Recuperan parte del genoma de una mujer de hace 25.000 años a través del ADN hallado en los sedimentos de una cueva en Georgia

Vista general de los trabajos de excavación realizados en la cueva de Satsurblia, en el oeste de Georgia, en 2017. Crédito: © Anna Belfer-Cohen.

Durante casi dos décadas, los genomas aislados de restos fósiles han impulsado el estudio de la evolución humana. Sin embargo, a pesar de las grandes mejoras en la recuperación y el análisis de ese ADN, los investigadores solo han descifrado genomas completos de 23 humanos arcaicos, 18 de ellos neandertales. Ahora bien, esta semana se publica el cuarto estudio en menos de 3 meses que describe el aislamiento y la secuenciación de ADN obtenido de los sedimentos. Tales estudios revelan nuevos detalles sobre qué animales y humanos vivieron en estas áreas a lo largo del tiempo y cuándo. Juntos, también abren la puerta a lo que será un suministro mucho más abundante de material genético antiguo así como a una comprensión más rica de la vida de los humanos, osos, bisontes y otros organismos que suministran ese ADN.

"Estos son artículos muy interesantes que representan un gran paso adelante tanto en la recuperación de ADN antiguo como de ADN ambiental", dice Neil Gemmell (izquierda), genetista de la Universidad de Otago. Por su parte, Mads Reinholdt Jensen (derecha), investigador de ADN ambiental en la Universidad de Aarhus, agrega que al combinar los registros climáticos con el nuevo ADN obtenido de la tierra, "podemos comenzar a responder algunas preguntas existenciales y evolutivas emocionantes, tales como de qué forma la última Edad de Hielo reformó los ecosistemas y  posiblemente, qué especies se superpusieron en el tiempo".

La búsqueda de "ADN ambiental", el material genético que se halla en el suelo, el agua e incluso el aire, se remonta a la década de 1990. Los microbiólogos comenzaron aislando el ADN microbiano en un dedal de tierra para ver qué genes y especies había en la muestra. Pero el suelo también contenía material genético desprendido o defecado por organismos más grandes. Cada vez más investigadores han comenzado a depender de este ADN para monitorear las especies en ríos, lagos y otros entornos, incluso cuando los individuos de tales especie son esquivos. "La investigación moderna del ADN ambiental está despegando rápidamente", dice Michael Knapp (izquierda), ecólogo molecular de la Universidad de Otago. 

En 2003, los genetistas evolutivos informaron que este ADN desechado podría persistir durante miles de años. Para 2015, los investigadores demostraron que el ADN podría ayudar a reconstruir ecosistemas antiguos enteros. El uso de ADN ambiental se ha vuelto atractivo, no solo porque los restos óseos fósiles son raros, sino también porque la extracción de ADN de los huesos destruye parte de las muestras recuperadas.

(A) Mapa de la región del Cáucaso que muestra los sitios relevantes que han producido ADN antiguo de humanos (puntos azules), animales (punto rojo) o ambos (punto morado). Solo se muestran los sitios con restos del Mesolítico o más antiguos. (B) Capa B de la cueva de Satsurblia con la ubicación de la muestra SAT 29 mostrada. (C) Dos microfotografías (A y B) de la muestra de bloque SAT 15-14. Las microfotografías se tomaron adyacentes a SAT 16 LS29, en luz polarizada cruzada (XPL) y plana (PPL), mostrando los componentes y procesos dominantes. Los componentes antropogénicos típicos son huesos (B), huesos quemados (BB), carbón vegetal (Ch) y pedernal (Fl). Tenga en cuenta también la aparición de agregados de suelo redondeados (círculos amarillos) que fueron transportados a la cueva desde el exterior y que exhiben estrías cruzadas del componente de arcilla como resultado de ciclos repetidos de humectación y secado durante su formación. De manera similar, los recubrimientos de arcilla en los huecos (flecha azul) son el resultado de la filtración del agua a través del sedimento.

"¡Hay material de desecho por todas partes!",  dice Benjamin Vernot  (izquierda), genetista del Instituto Max Planck de Antropología Evolutiva (EVA).  "Si puedes obtener ADN de manera sistemática a partir de muestras de sedimentos, puedes estudiar a las personas que vivían en cientos o miles de lugares, incluso si no dejaron sus restos óseos". Esa perspectiva es emocionante, agrega  Viviane Slon (derecha), paleogenetista de la Universidad de Tel Aviv: "Esto abre la posibilidad de obtener una visión mucho más amplia de la historia genética de poblaciones pasadas".

Hasta este año los investigadores realizaron sondeos moleculares -piezas de ADN que coinciden con  ADN antiguo y que los investigadores buscaban estudiar- a suelos antiguos. Mediante esos sondeos pueden extraer ADN mitocondrial (ADNmt), el material genético que se halla en las mitocondrias y que se transmite a través de las mujeres, y saber qué especies estaban presentes. Ahora, los investigadores han demostrado que con un poco de tierra pueden secuenciar material genético de todo un genoma: el ADN nuclear, que proporciona mucha más información sobre una especie. "Es el objetivo más deseable", dice Knapp.

El biólogo evolutivo Pere Gelabert (izquierda) y el arqueólogo Ron Pinhasi (derecha), ambos de la Universidad de Viena, junto con sus colegas, han utilizado esta técnica de recuperacion de ADN antiguo en sedimentos en la cueva Satsurblia, en el oeste de Georgia, donde se han encontrado herramientas antiguas, restos fósiles de humanos modernos y de animales. 

El equipo recolectó seis muestras de sedimentos de capas de entre 32.000 y 17.000 años de antigüedad y, entre las mismas, encontraron material genético de una mujer humana moderna, así como de lo que parecía ser un 'perro' y una 'bovino'. A continuación, colocaron este material genómico y lo compararon con los genomas modernos.

El ADN de la mujer representa a un grupo de humanos modernos nunca antes descubierto y que vivió hace unos 25.000 años. Su linaje contribuyó a los europeos modernos, pero en mucho menor grado en los asiáticos modernos, informa el equipo de Gelabert y Pinhasi en Current Biology. El trabajo arrojó solo un 0,5% de su genoma, pero "eso sigue siendo tremendamente impresionante", dice Gemmell.

Foto: Una vista desde la cueva Satsurblia en Georgia occidental, donde se descubrió un hueso humano que data de hace más de 13.000 años.

El equipo de Pinhasi comparó el ADN del 'perro' con los genomas conocidos de canes, así como el ADNmt, y concluyó que pertenecía a un linaje de lobos ya extinto y que es anterior al antepasado de los lobos y perros modernos. Estos datos apoyan la hipótesis de que las poblaciones de lobos se conformaron cuando terminó la última Edad de Hielo, y que esta población de lobos desapareció a medida que varió el clima, posiblemente debido a un cambio en las presas y la competencia de otras especies. Ningún resto de su ADN existe en sedimentos más recientes.  

Por lo que respecta al genoma del 'bovino', este pertenecía a un bisonte y su ADNmt se puede encontrar en ejemplares que aún viven. En conjunto, esta instantánea de la vida antigua, a través de los sedimentos de la cueva, muestra que "hemos pasado a la siguiente fase de recuperación de ADN antiguo", dice Pinhasi, al disponer de suficientes secuencias de alta calidad para hacer análisis evolutivos extensos.

No obstante, advierte que "tenemos muy pocas pistas sobre si las especies animales se superpusieron", ya que los mismos podrían haber ocupado la cueva con cientos o incluso miles de años de diferencia.

Anna Linderholm (izquierda), arqueóloga de la Universidad Texas A&M, College Station, está encantada con los genomas recuperados, aunque están incompletos. "Con este único estudio, el equipo ha demostrado la fuente de información sin explotar que son ​​los sedimentos".

El nuevo estudio se suma a otros para mostrar el la importancia del ADN recuperado de los sedimentos antiguos. Mientras el equipo de Pinhasi estaba en el oeste de Georgia, el paleoecólogo molecular Mikkel Winther Pedersen (derecha), de la Universidad de Copenhague, estaba examinando los sedimentos de la cueva Chiquihuite, en el norte de México. Su equipo extrajo genomas de tres osos negros y lo que resultó ser un oso gigante de cara corta, el cual no se sabía que se hubiera extendido tan al sur.

Tanto Pedersen como Pinhasi se basaron en los costes cada vez más bajos de secuenciación de ADN y adoptaron un enfoque de fuerza bruta al analizar todo el ADN en una muestra utilizando la "secuenciación de escopeta", la técnica más barata y popular disponible. Luego, los equipos compararon esos fragmentos secuenciados con bases de datos de ADN con el fin de clasificar esas secuencias por especies y ordenarlas en genomas. “No tienen que saber lo que buscan antes de empezar”, dice Vernot.

El propio trabajo de Vernot sobre sedimentos en una cueva de España (en Atapuerca) mostró que un enfoque más específico, en el que los investigadores utilizan sondeos moleculares para extraer tramos particulares de ADN, también se puede utilizar para obtener información de todo el genoma. Usó estos datos para reconstruir la historia de la ocupación neandertal de la cueva de Estatuas en Atapuerca. De manera similar, Matthias Meyer (izquierda), un genetista del Instituto Max Planck de Leipzig, y sus colegas, examinaron el ADN del suelo de la famosa cueva Denísova, donde se encontraron los primeros fósiles de los humanos extintos del mismo nombre. Descubrieron que la cueva albergaba a neandertales y humanos modernos, así como a denisovanos, posiblemente al mismo tiempo.

“Todos estos estudios testifican que el análisis del ADN antiguo ambiental está llegando a su mayoría de edad”, dice Meyer.

Fuente: sciencemag.orgElizabeth Pennisi | 12 de julio de 2021

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