¿Qué secretos puede contener el ADN de 2 millones de años?

La semana pasada, investigadores daneses compartieron un descubrimiento extraordinario en una revista Naturaleza. Recuperaron y secuenciaron fragmentos de ADN de organismos que vivieron hace 2 millones de años. El material genético se recolectó de depósitos de permafrost en Groenlandia e incluía organismos como mastodontes, liebres, gansos, insectos y plantas como álamos y abedules.

El ADN es el doble de antiguo que cualquier cosa que se haya secuenciado, lo que brinda a los investigadores una nueva ventana a un ecosistema antiguo que antes no se conocía bien. ¿Cómo podría la capacidad de secuenciar un ADN tan antiguo afectar nuestra comprensión del pasado y el presente de la Tierra? Descubrir, penn hoy habló con cuatro miembros de la facultad de Penn: la antropóloga Kathleen Morrison, el biólogo Corlett Wood, el paleontólogo Peter Dodson y el biólogo conservacionista Daniel Janzen, sobre cómo los hallazgos podrían sacudir sus campos.

kathleen morrisonSally and Alvin V. Shoemaker Profesor y Presidente del Departamento de Antropología, Escuela de Artes y Ciencias

Esta investigación es muy emocionante, y no solo porque los investigadores pudieron recuperar el ADN más antiguo conocido hasta ahora. Lo que es realmente prometedor es que esta combinación de ADN antiguo (aDNA) y ADN ambiental (eDNA) se combinaron tan bien que brindan una imagen amplia del entorno pasado.

El ADN ambiental ha sido valioso en los estudios ecológicos modernos, por ejemplo, al mostrar la presencia de carpas asiáticas invasoras en el lago Michigan mucho antes de que se vieran peces verdaderos allí, y el ADNa se ha utilizado ampliamente para estudiar los restos de organismos individuales. Cuando tomamos estos dos tipos de investigación y los aplicamos a muestras encontradas en sedimentos (no es sorprendente que llamemos a este sedimento ADN antiguo o ADN seda), se abre un mundo completamente nuevo.

Si queremos estudiar ambientes pasados ​​en lugar de organismos individuales, necesitamos una forma de obtener una muestra representativa de los animales y plantas que vivieron en un tiempo y lugar determinados. Por lo general, hacemos esto identificando lo que llamamos representantes de esos organismos antiguos, como los granos de polen de plantas pasadas. Los analistas de polen identifican miles de granos de polen en una muestra de sedimento para reconstruir la vegetación del pasado, pero no existe una forma sencilla de que los animales lo hagan. Entonces, sedaDNA nos brinda una nueva herramienta para hacer esto y también nos brinda otra herramienta para reconstruir la vegetación pasada. En paleoecología, siempre tratamos de usar múltiples proxies y compararlos entre sí, no solo para aumentar la precisión, sino también para tratar de recopilar la mayor cantidad de información posible sobre el entorno general. Este estudio muestra que es posible extender los estudios de sedaDNA al pasado.

Me encantaría que pudiéramos desarrollar la capacidad para hacer este tipo de trabajo aquí en Penn.

madera corlettProfesor Asistente, Departamento de Biología, Escuela de Artes y Ciencias

Estudio comunidades ecológicas contemporáneas y, para mí, una de las mejores cosas es comprender los patrones de interacción y coexistencia de las especies: quién ocurre con quién y quién interactúa con quién. Esa es una de las cosas que entiendo que es mucho más difícil de hacer en las comunidades antiguas porque generalmente no se toman muestras. Una de las cosas buenas de este artículo es que encontró una gran cantidad de más especies que en el antiguo registro de polen o fósil, lo que nos brinda una imagen mucho más completa de todos los jugadores que podrían haber existido en estos 2 millones de años. antiguo. Comunidad.

Otra cosa que me llamó la atención de inmediato es cuánto tiempo hace 2 millones de años. Fue en este momento que los primeros humanos reconocibles comenzaron a desarrollarse. Ha pasado mucho tiempo. Y una de las razones por las que esta investigación es tan científicamente fascinante es que el ADN es una molécula relativamente frágil. Se debilita con el tiempo. Hay un montón de enzimas que pueden descomponerlo, y es muy susceptible al daño de la luz solar. Una de las partes inteligentes de este trabajo es el descubrimiento de que el ADN puede unirse a los minerales del suelo, lo que parece protegerlo tanto de los rayos UV como de las enzimas.

Desde una perspectiva de nicho en mi campo, la ecología evolutiva, una cosa que podría ser un poco especulativa pero potencialmente poderosa sobre el ADN antiguo es que te permite mirar directamente las secuencias de ADN ancestral. Si tuviéramos el conjunto de datos correcto, podría permitirnos ver cómo evolucionan los miembros de las comunidades con el tiempo, por ejemplo, en las interacciones polinizador-planta o parásito-huésped.

Finalmente, esto nos muestra un gran ejemplo de persistencia en la ciencia. Este grupo recolectó las muestras por primera vez en 2006, las examinó varias veces y no solo no pudo recuperar el ADN, sino que nunca pudo recuperarlo. Pero con los avances en la tecnología de secuenciación genómica, pudieron extraer información genética significativa de sus muestras. Y eso llevó a este gran avance.

Pedro Dodsonprofesor emérito de anatomía, Facultad de Medicina Veterinaria

Es notable lo que la paleogenómica está logrando en estos días. Solíamos obsesionarnos con extraer ADN de una sola muestra. Ahora ha surgido que el ADN ambiental puede reconstruir ecosistemas enteros de animales, plantas e invertebrados marinos. Importante.

Sabemos que el ADN es algo frágil, pero parece ser un poco más duradero de lo que se creía anteriormente. Los autores sugieren que 5 millones de años puede ser un límite de tiempo superior. Desde mi estrecha perspectiva como paleontólogo de dinosaurios, eso todavía deja un espacio de más de 60 millones de años hasta que se vuelve interesante para mí. Honestamente, nunca espero un informe creíble sobre el ADN de los dinosaurios, incluso con los avances realizados con biomoléculas fósiles.

daniel jazenprofesor y Presidente Término Thomas G. y Louise E. DiMaura, Departamento de Biología, Escuela de Artes y Ciencias

El punto clave aquí es que para dar sentido al ADN extraído de esta antigua muestra de suelo, los investigadores necesitaban una biblioteca de referencia de códigos de barras de ADN animal moderno. Esto es lo que han hecho Winnie Hallwachs y varios costarricenses y canadienses en Costa Rica, creando una biblioteca de referencia de códigos de barras de ADN de insectos tropicales, también conocidos como huellas dactilares de especies de ADN.

Muchos ADN tienen una huella dactilar típica, por lo que si obtienes una pieza desconocida de ADN de algo, muy a menudo puedes saber si era una planta, un mamífero, solo por ciertas firmas. Pero cuando comienza a preguntar qué especies de plantas, mamíferos o insectos realmente necesita códigos de barras y una biblioteca de códigos de barras. Al crear una colección de códigos de barras de ADN para insectos modernos, estamos preparando el mundo para la conservación y otros usos que aún no existen.

Este estudio también fue un ejemplo muy positivo de los posibles usos del ADN ambiental. Sospecho que este trabajo hará que una pequeña cantidad de personas se pregunten cuánto tiempo puede durar el ADN en el suelo. ¿Cómo se descompone a ciertas temperaturas, al congelarse y descongelarse, o con microbios? Cuanto tiempo dura en el agua? ¿Cuánto tiempo dura en un felpudo?

Durante el último año, hemos tomado muestras de código de barras de ADN de nueve parques nacionales diferentes en Costa Rica. Actualmente estamos escribiendo un documento para la comunidad científica, el público en general y el gobierno de Costa Rica que comparará estos parques con la cantidad de biodiversidad de insectos que contienen para guiar la respuesta de cada parque al cambio climático y la pérdida de biodiversidad resultante que están experimentando. . Como subproducto, esto pone al menos 100.000 especies desconocidas de insectos tropicales en descripción formal. Tenemos al menos 30 000 especies nuevas en proceso taxonómico de una parcela forestal de 10 hectáreas.

Podrías hacer lo mismo, hacer la misma pregunta sobre cualquier ecosistema que use eDNA, no solo los que existen y puedes salir y ver, sino los que estaban allí hace un año, hace 10 años, hace 100 años, Hace 1000 años entonces. Es un tipo diferente de microscopio. Otra forma de ver el mundo es a través de las huellas dactilares de eDNA que todo ser vivo deja atrás.