febrero 5, 2023

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El ADN más antiguo conocido ofrece un vistazo al exuberante Ártico

En el permafrost en el extremo norte de Groenlandia, los científicos han descubierto los fragmentos de ADN más antiguos que se conocen, lo que proporciona una visión inusual de un ecosistema antiguo inusual.

los El material genético data de al menos 2 millones de años, casi el doble de la edad del enorme ADN siberiano que transportaba récord anterior. muestras, descrito informó el miércoles en Nature, provino de más de 135 especies diferentes.

Juntos, demostraron que un área a solo 600 millas del Polo Norte alguna vez estuvo cubierta por un bosque de álamos y abedules y habitada por mastodontes. Los bosques también albergaban caribúes y liebres árticas. Y las cálidas aguas costeras estaban repletas de cangrejos herradura, una especie que hoy en día no se puede encontrar más al norte de Maine.

Expertos independientes elogiaron el estudio como un gran avance.

“Es casi mágico poder deducir una imagen tan completa de un ecosistema antiguo a partir de pequeños fragmentos de ADN preservado”, dijo Beth Shapiro, paleoantropóloga de la Universidad de California en Santa Cruz.

“Creo que sorprenderá a la gente”, dijo Andrew Christ, geólogo de la Universidad de Vermont que estudia el antiguo Ártico. “Definitivamente lo hizo por mí”.

El descubrimiento se produjo después de dos décadas de apuestas científicas y reveses frustrantes.

Uno de los líderes del proyecto, Eske Willerslev, ideó formas de extraer ADN de los sedimentos cuando era estudiante de posgrado en la Universidad de Copenhague. En 2003, él y sus colegas estudiaron una sección de permafrost en Siberia y encontraron ADN de Las plantas Como sauces y margaritas que datan de hace 400.000 años.

Este descubrimiento estableció un récord para el ADN más antiguo, y muchos científicos dudaron de que se pudiera encontrar algo mucho más antiguo. Pero en 2006, el Dr. Willerslev y Kurt Kjaer, geólogo de la Universidad de Copenhague, intentaron desafiar las probabilidades en el norte de Groenlandia. Se dirigieron a una formación geológica llamada Kappenhaven, una cresta desnuda tan desolada como la superficie de la luna. Previamente, los científicos encontraron fósiles de plantas con una antigüedad estimada de 2,4 millones de años. Encontrar ADN en el sedimento fue asombroso.

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“Si desea que las cosas avancen, debe dar algunos pasos”, dijo el Dr. Kjaer.

Los investigadores desenterraron el permafrost y lo llevaron a Copenhague para buscar ADN. No logran encontrar ninguno.

En años posteriores, el Dr. Willerslev y sus colegas tuvieron más éxito cuando examinaron sedimentos y huesos más pequeños de otras partes del mundo. Descubrir Una gran cantidad de ADN humano antiguo Ayúdanos a remodelar nuestra comprensión de la historia de nuestra especie.

En el camino, los investigadores modificaron sus métodos para extraer ADN de muestras antiguas y actualizaron las máquinas que usaron para secuenciarlo. A medida que mejoraran en la caza de genes, tomarían más especímenes de Cape Copenhaven para otra oportunidad.

Pero durante años fallaron una y otra vez. De vez en cuando los molestaban lo que parecían fragmentos cortos de ADN, que se llaman lecturas. Los investigadores no pudieron descartar la posibilidad de que pequeños fragmentos de ADN en Groenlandia, o incluso en su laboratorio, hubieran contaminado las lecturas.

Finalmente, después de una importante actualización en su tecnología, encontraron ADN en las muestras en 2017. El permafrost resultó estar cargado de material genético. En poco tiempo habían recolectado millones de fragmentos de ADN.

“Fue un gran avance”, dijo el Dr. Willerslev. “Pasaba de nada o muy poco que no sepas que es real, a de repente: está ahí”.

Los investigadores etiquetaron los fragmentos con las secuencias de ADN de las especies vivas para ver dónde pertenecen en el árbol evolutivo. Encontraron 102 tipos diferentes de plantas, incluidas 78 reconocidas previamente a partir de fósiles y 24 especies nuevas. El ADN vegetal pintó un cuadro de bosques dominados por álamos y abedules.

Otras secuencias provienen de animales salvajes, incluidos caribúes, liebres, industriales, gansos, lemmings y hormigas. Los investigadores también encontraron especies marinas, como cangrejos herradura, corales y algas.

“Ha reemplazado todo lo que imaginamos”, dijo el Dr. Kjaer.

Los investigadores también buscaron en el permafrost nuevas pistas sobre la edad de los fósiles. Encontraron capas en los sedimentos en los que los minerales revelaron que el campo magnético de la Tierra se había invertido. La edad de esos reflejos ayudó a los investigadores a determinar que Cap Copenhaven tiene al menos 2 millones de años, pero no pudieron establecer un límite superior claro. “Mi instinto como geólogo es que él es mayor”, dijo el Dr. Kjaer.

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Los investigadores descartaron la posibilidad de que el ADN provenga de especies más jóvenes que contaminan el permafrost más antiguo. El ADN de los abedules carecía de muchas de las mutaciones que tienen las especies vivas, lo que indica que eran antiguos. El ADN también tenía un patrón distinto de daño que solo ocurre cuando las partículas han estado presentes en los sedimentos durante períodos de tiempo geológicos.

“Realmente ayuda a demostrar que se trata de ADN antiguo”, dijo Tyler Murchie, investigador postdoctoral en la Universidad McMaster que no participó en el nuevo estudio.

Los investigadores se sorprendieron con algunas de las especies que encontraron. Hoy, los caribúes viven en Groenlandia, como lo hacen en la mayor parte del Ártico. Pero hasta ahora, su registro fósil indica que evolucionaron hace un millón de años. Su ADN ahora duplica su historia evolutiva.

Love Dalen, un paleontólogo de la Universidad de Estocolmo que el año pasado desenterró el ADN megalítico de 1,2 millones de años en Siberia, está asombrado de que hayan aparecido mastodontes en Groenlandia. “¿Qué diablos están haciendo allí?” Preguntó.

Dalen señaló que los fósiles de mastodonte más antiguos conocidos de 75.000 años se encuentran en Nueva Escocia, mucho más jóvenes que el ADN de Groenlandia y mucho más al sur que el cabo Copenhaven. Él dijo: “No puedes ir al norte por tierra”.

Investigadores daneses determinaron que los mastodontes de Groenlandia hace dos millones de años pertenecían a una rama profunda y previamente desconocida del árbol genealógico de los mastodontes. “Podría significar que son los ancestros de los mastodontes del Pleistoceno tardío que conocemos, o podrían representar una nueva especie”, dijo Dalen.

Ecológicamente, los mastodontes encajan bien con los bosques de álamos y abedules de Groenlandia, al igual que en los bosques de América del Norte. Si bien los caribúes son más comunes en la tundra del norte, una subespecie vive en los bosques canadienses, lo que brinda pistas sobre cómo prosperaron los antiguos caribúes. Pero la presencia de cangrejos herradura en aguas costeras poco profundas indica que los océanos y la tierra alguna vez fueron notablemente cálidos.

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El Dr. Willerslev y sus colegas continúan estudiando el ADN en busca de pistas sobre cómo todas estas especies pudieron prosperar mil millas al norte del Círculo Polar Ártico. Por ejemplo, los árboles tenían que vivir medio año en la oscuridad. El ADN conservado durante dos millones de años puede contener los secretos de la adaptación.

Los científicos también están interesados ​​en cómo los fragmentos de ADN logran sobrevivir tanto tiempo y desafiar las expectativas. Su investigación indica que las moléculas de ADN pueden adherirse a los minerales de feldespato y arcilla, protegiéndolos de daños mayores.

Con base en este descubrimiento, los investigadores están desarrollando nuevos métodos que esperan les permitan extraer más ADN de los antiguos sedimentos. El Dr. Kjaer y sus colegas están excavando sitios de cuatro millones de años en Canadá con la esperanza de romper su propio récord.

dijo Dallin, pueden tener éxito. Pero el daño que él y los investigadores daneses encontraron en el ADN más antiguo le sugiere que sería imposible encontrar material genético antiguo de más de cinco millones de años. “Esto de ninguna manera indica que habrá ADN de fósiles de la era de los dinosaurios”, dijo.

El Dr. Crist dijo que encontrar más ADN podría ayudarlos a comprender mejor cómo el cambio climático provocado por los humanos está alterando el Ártico. Dijo que no debemos asumir que la región se parecerá a los ecosistemas más al sur. Después de todo, el ecosistema de Cape Copenhaven hace dos millones de años no tiene igual hoy.

“La vida se adaptará, pero de maneras que no esperamos”, dijo el Dr. Christ.