Se ha identificado por primera vez ADN de hace dos millones de años, abriendo un nuevo capítulo en la historia de la evolución. Se trata de fragmentos microscópicos de ADN ambiental en sedimentos de la Edad de Hielo en el norte de Groenlandia, que son un millón de años más antiguos que el anterior registro de ADN extraído de un hueso de mamut siberiano.

El ADN antiguo se ha utilizado para cartografiar un ecosistema de dos millones de años de antigüedad que soportó un cambio climático extremo. Los resultados podrían ayudar a predecir el impacto medioambiental a largo plazo del calentamiento global actual.

El descubrimiento fue realizado por un equipo de científicos dirigido por el profesor Eske Willerslev y el profesor Kurt Kjær. El profesor Willerslev es miembro del St. John’s College de la Universidad de Cambridge y director del Centro de Geogenética de la Fundación Lundbeck de la Universidad de Copenhague, donde también trabaja el profesor Kjær, experto en geología. Los resultados de las 41 muestras utilizables halladas ocultas en arcilla y cuarzo se publican en Nature.

Localidad principal en la formación geológica Kap København. En la parte inferior de la sección, los depósitos marinos profundos se superponen a los depósitos costeros de material arenoso fino. Las dos personas de arriba toman muestras de ADN ambiental | foto Profesor Svend Funder

Por fin se ha abierto un nuevo capítulo que abarca un millón de años más de historia y, por primera vez, podemos observar directamente el ADN de un ecosistema del pasado tan lejano en el tiempo, afirma Willerslev. El ADN puede degradarse rápidamente, pero hemos demostrado que, en las circunstancias adecuadas, ahora podemos remontarnos más atrás en el tiempo de lo que nadie se hubiera atrevido a imaginar.

Las antiguas muestras de ADN se encontraron enterradas en sedimentos acumulados durante 20.000 años, explica Kjær. El sedimento acabó conservándose en el hielo o el permafrost y, lo que es más importante, no fue alterado por el ser humano en dos millones de años.

Primer plano de material orgánico en los depósitos costeros. Las capas orgánicas muestran rastros de la rica flora vegetal y fauna de insectos que vivieron hace dos millones de años en Kap København, en el norte de Groenlandia | foto Profesor Svend Funder

Las muestras incompletas, de unas pocas millonésimas de milímetro, se tomaron de la Formación Kap København, un depósito de sedimentos de casi 100 metros de espesor situado en la boca de un fiordo del Océano Ártico, en el punto más septentrional de Groenlandia. El clima de Groenlandia en aquella época oscilaba entre el ártico y el templado y era entre 10 y 17 ºC más cálido que el de Groenlandia en la actualidad. Los sedimentos se acumulaban metro a metro en una bahía poco profunda.

Se descubrieron evidencias de animales, plantas y microorganismos, como renos, liebres, lemmings, abedules y álamos. Los investigadores descubrieron incluso que el mastodonte, un mamífero de la Edad del Hielo, llegó hasta Groenlandia antes de extinguirse. Anteriormente se pensaba que el área de distribución de estos animales parecidos a los elefantes no llegaba hasta Groenlandia desde sus orígenes conocidos en Norteamérica y Centroamérica.

El trabajo detectivesco de 40 investigadores de Dinamarca, Reino Unido, Francia, Suecia, Noruega, Estados Unidos y Alemania desveló los secretos de los fragmentos de ADN. El proceso fue minucioso: primero había que determinar si había ADN oculto en la arcilla y el cuarzo y, en caso afirmativo, si se podía separar el ADN del sedimento para examinarlo. Finalmente, la respuesta fue afirmativa. Los investigadores compararon cada fragmento de ADN con extensas bibliotecas de ADN recogido de animales, plantas y microorganismos actuales. Comenzó a formarse una imagen del ADN de árboles, arbustos, aves, animales y microorganismos.

Restos de ramas de madera del bosque que creció en Kap København hace dos millones de años | foto Profesor Svend Funder

Algunos de los fragmentos de ADN eran fáciles de clasificar como predecesores de especies actuales, otros sólo podían relacionarse a nivel de género y algunos procedían de especies imposibles de ubicar en las bibliotecas de ADN de animales, plantas y microorganismos que aún viven en el siglo XXI.

Las muestras de dos millones de años de antigüedad también ayudan a los científicos a hacerse una idea de una etapa desconocida hasta ahora en la evolución del ADN de una serie de especies que aún existen en la actualidad.

Las expediciones son caras y muchas de las muestras se tomaron en 2006, cuando el equipo estaba en Groenlandia para otro proyecto. No ha sido hasta que se ha desarrollado una nueva generación de equipos de extracción y secuenciación de ADN que hemos podido localizar e identificar fragmentos de ADN extremadamente pequeños y dañados en las muestras de sedimentos. Esto significaba que por fin podíamos cartografiar un ecosistema de dos millones de años de antigüedad.

Los profesores Eske Willerslev y Kurt Kjær exponiendo capas frescas para el muestreo de sedimentos | foto Profesor Svend Funder

El ecosistema de Kap København, que no tiene equivalente en la actualidad, existió a temperaturas considerablemente más altas que las actuales, y porque, a primera vista, el clima parece haber sido similar al que esperamos en nuestro planeta en el futuro debido al calentamiento global, afirma el coautor y profesor adjunto Mikkel Pedersen, del Centro de Geogenética de la Fundación Lundbeck.

Uno de los factores clave aquí es hasta qué punto las especies podrán adaptarse al cambio de condiciones derivado de un aumento significativo de la temperatura. Los datos sugieren que pueden evolucionar y adaptarse a temperaturas muy variables más especies de lo que se pensaba. Pero, sobre todo, estos resultados muestran que necesitan tiempo para hacerlo. La velocidad del calentamiento global actual significa que los organismos y las especies no disponen de ese tiempo, por lo que la emergencia climática sigue siendo una enorme amenaza para la biodiversidad y el mundo: la extinción está en el horizonte para algunas especies, incluidas plantas y árboles.

Al revisar el ADN antiguo de la Formación Kap København, los investigadores también hallaron ADN de una amplia gama de microorganismos, entre ellos bacterias y hongos, que siguen cartografiando. En un futuro trabajo de investigación se presentará una descripción detallada de cómo funcionaba biológicamente la interacción -entre animales, plantas y organismos unicelulares- dentro del antiguo ecosistema del punto más septentrional de Groenlandia.

Reconstrucción artística del paisaje que rodea hoy la formación Kap København. Este desierto ártico es uno de los entornos más fríos y secos, lo que se refleja en la escasa biodiversidad y producción | foto Beth Zaiken/bethzaiken.com

Ahora se espera que algunos de los “trucos” del ADN vegetal de dos millones de años de antigüedad descubierto puedan utilizarse para ayudar a que algunas especies en peligro de extinción sean más resistentes al calentamiento del clima.

Es posible que la ingeniería genética pueda imitar la estrategia desarrollada por plantas y árboles hace dos millones de años para sobrevivir en un clima caracterizado por el aumento de las temperaturas y evitar la extinción de algunas especies, plantas y árboles, afirma Kjær. Esta es una de las razones por las que este avance científico es tan significativo, porque podría revelar cómo intentar contrarrestar el devastador impacto del calentamiento global.

Los hallazgos de la Formación Kap København, en Groenlandia, han abierto una nueva etapa en la detección de ADN. Por lo general, el ADN sobrevive mejor en condiciones frías y secas como las que prevalecieron durante la mayor parte del periodo transcurrido desde que se depositó el material en Kap København, explica Willerslev. Ahora que hemos conseguido extraer ADN antiguo de la arcilla y el cuarzo, es posible que la arcilla haya conservado ADN antiguo en ambientes cálidos y húmedos en yacimientos encontrados en África.

Si podemos empezar a explorar el ADN antiguo en granos de arcilla de África, es posible que podamos reunir información pionera sobre el origen de muchas especies diferentes -quizás incluso nuevos conocimientos sobre los primeros humanos y sus antepasados- las posibilidades son infinitas.

Fuentes

University of Cambridge | Kjær, K.H., Winther Pedersen, M., De Sanctis, B. et al. A 2-million-year-old ecosystem in Greenland uncovered by environmental DNA. Nature 612, 283–291 (2022). doi.org/10.1038/s41586–022–05453-y

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