Huesos fósiles revelan secretos de un mundo perdido

Investigadores de la Universidad de Nueva York lograron examinar por primera vez moléculas relacionadas con el metabolismo preservadas en huesos fósiles de animales que vivieron entre 1.3 y 3 millones de años atrás. Estos rastros químicos proporcionaron una visión única sobre los animales y los entornos que habitaron.

Al analizar señales metabólicas vinculadas a la salud y la dieta, los científicos reconstruyeron detalles sobre climas y paisajes antiguos, incluyendo temperatura, condiciones del suelo, precipitaciones y vegetación. Los resultados, publicados en la revista Nature, indicaron que los ambientes eran significativamente más cálidos y húmedos que los actuales en las mismas regiones.

El estudio de los metabolitos, que son las moléculas producidas y utilizadas en la digestión y otros procesos químicos en el cuerpo, puede revelar información sobre enfermedades, nutrición y exposición ambiental. Aunque la metabolómica se ha convertido en una herramienta poderosa en la investigación médica moderna, rara vez se ha aplicado a fósiles. La mayoría de los estudios sobre restos antiguos se basan en el ADN, que ayuda principalmente a establecer relaciones genéticas, pero no la biología cotidiana.

El profesor Timothy Bromage, de la Facultad de Odontología de NYU y líder del equipo de investigación internacional, expresó: "Siempre tuve interés en el metabolismo, incluyendo la tasa metabólica del hueso, y quería saber si sería posible aplicar la metabolómica a los fósiles para estudiar la vida temprana. Resulta que el hueso, incluyendo el hueso fósil, está lleno de metabolitos".

Por qué los huesos fósiles pueden preservar química

En años recientes, los científicos descubrieron que el colágeno, la proteína que proporciona estructura a los huesos, la piel y los tejidos conectivos, puede sobrevivir en huesos antiguos, incluidos los fósiles de dinosaurios. Bromage propuso que, si el colágeno se preserva en un hueso fósil, entonces tal vez otras biomoléculas también estén protegidas en el microambiente óseo.

Las superficies óseas son porosas y están llenas de pequeñas redes de vasos sanguíneos que intercambian oxígeno y nutrientes con el torrente sanguíneo. Durante el crecimiento óseo, los metabolitos que circulan en la sangre podrían quedar atrapados en espacios microscópicos dentro del hueso, donde podrían permanecer protegidos durante millones de años.

Para probar esta idea, el equipo utilizó espectrometría de masas, una técnica que convierte moléculas en partículas cargadas para su identificación. Las pruebas en huesos de ratones modernos revelaron casi 2,200 metabolitos. El mismo enfoque también permitió a los investigadores detectar proteínas de colágeno en algunas muestras.

Pruebas de fósiles de paisajes humanos primitivos

Los investigadores aplicaron este método a huesos fósiles de animales que datan de entre 1.3 y 3 millones de años. Estas muestras provienen de excavaciones anteriores en Tanzania, Malawi y Sudáfrica, regiones conocidas por la actividad humana temprana.

Los fósiles pertenecieron a animales con parientes modernos que aún viven cerca de esos sitios hoy. El equipo analizó huesos de roedores (ratón, ardilla de tierra, jerbo) así como de animales más grandes, incluyendo un antílope, un cerdo y un elefante. Se identificaron miles de metabolitos, muchos de los cuales coincidían estrechamente con los encontrados en especies vivas.

Dieta y salud reflejadas en los huesos

Muchos de los metabolitos detectados reflejaron procesos biológicos normales, como la descomposición de aminoácidos, carbohidratos, vitaminas y minerales. Algunos marcadores químicos estaban vinculados a genes relacionados con el estrógeno, indicando que ciertos animales fósiles eran hembras.

Otros compuestos revelaron signos de enfermedad. En un caso notable, un hueso de ardilla de tierra de Olduvai Gorge en Tanzania, datado en aproximadamente 1.8 millones de años, mostró evidencia de infección por el parásito que causa la enfermedad del sueño en humanos, provocada por Trypanosoma brucei y transmitida por la mosca tse-tsé.

Bromage comentó: "Lo que descubrimos en el hueso de la ardilla es un metabolito que es único para la biología de ese parásito, que libera el metabolito en el torrente sanguíneo de su huésped. También observamos la respuesta antiinflamatoria metabolómica de la ardilla, presumiblemente debido al parásito".

Rastreo de dietas y entornos antiguos

La evidencia química también reveló qué plantas consumieron los animales. Aunque las bases de datos de metabolitos de plantas son mucho menos completas que las de animales, los investigadores identificaron compuestos vinculados a plantas regionales como el áloe y el espárrago.

Bromage explicó: "Lo que eso significa es que, en el caso de la ardilla, mordisqueó áloe y tomó esos metabolitos en su propio torrente sanguíneo. Dado que las condiciones ambientales del áloe son muy específicas, ahora sabemos más sobre la temperatura, las precipitaciones, las condiciones del suelo y el dosel arbóreo, reconstruyendo esencialmente el entorno de la ardilla. Podemos construir una historia alrededor de cada uno de los animales".

Estos hábitats reconstruidos se alinean con investigaciones geológicas y ecológicas previas. Por ejemplo, el lecho de Olduvai Gorge en Tanzania ha sido descrito como un bosque de agua dulce y pradera, mientras que el lecho superior refleja bosques más secos y áreas pantanosas. En todos los lugares estudiados, la evidencia fósil apunta consistentemente a climas más húmedos y cálidos que los actuales.

Bromage concluyó: "El uso de análisis metabólicos para estudiar fósiles puede permitirnos reconstruir el entorno del mundo prehistórico con un nuevo nivel de detalle, como si fuéramos ecólogos de campo en un entorno natural hoy".

Equipo de investigación y apoyo

Los autores adicionales del estudio incluyen a Bin Hu, Sher Poudel, Sasan Rabieh y Shoshana Yakar de la Facultad de Odontología de NYU; Thomas Neubert, Christopher Lawrence de Jesus y Hediye Erdjument-Bromage de la Escuela de Medicina Grossman de NYU; junto con colaboradores de instituciones en Francia, Alemania, Canadá y Estados Unidos. La investigación fue apoyada por The Leakey Foundation, con apoyo adicional para el microscopio electrónico de barrido proporcionado por los Institutos Nacionales de Salud.

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