Ungulados nativos de América del Sur

Cuando Charles Darwin visitó el sur de América, en la década de 1830, descubrió fósiles de varios mamíferos, algunos especialmente extraños de los cuales fue difícil su clasificación.

Hablamos del Toxodon y Macrauchenia.

• Toxodon: de aspecto externo en general homogéneo, con parecido superficial a hipopótamos. Este mamífero herbívoro tiene un cráneo de gran tamaño (aproximadamente de 70 cm de longitud), con las mandíbulas provistas de dientes de crecimiento continuo. La mandíbula tiene forma de pala en la región del mentón, con incisivos procumbentes, lo que supone una estructura adecuada para un intenso pastoreo. Se ha sugerido que Toxodon fue un mamífero de hábitos anfibios, similar al hipopótamo. Sin embargo, ciertos caracteres indican hábitos fundamentalmente terrestres, como los de mamíferos actuales de tipo graviportal tales como elefantes y rinocerontes. Entre estos caracteres merecen citarse las proporciones del fémur y tibia y la posición de la cabeza por debajo de la cruz.






• Macrauchenia: con un tamaño similar al de un camello, con el cráneo alargado en el que se destacan, por su posición, las amplias fosas nasales situadas en la parte dorsal, lo que supone la presencia de una proboscis o trompa. Los miembros estaban provistos de tres dígitos terminados en cascos, lo cual les confería una escasa adaptación a la carrera.

Restoration of M. patachonica byRobert Bruce Horsfall

INTRODUCCIÓN

Descritos por el naturalista británico Charles Robert Darwin como "los animales más extraños jamás descubiertos". Hoy, al igual que hace 180 años, no es tan claro si tenían un origen o varios, si surgieron antes o después de la transición Cretácico / Paleógeno hace 66,2 millones de años, o si tienen más probabilidades de pertenecer a los elefantes y sirenios del superorden Afrotheria que a los euungulates (vacas, caballos y aliados) de superorden Laurasiatherin.

Sin el gran grupo de los mamíferos placentarios recientemente extintos, es  evolutivamente difícil de clasificar a los aproximadamente 280 géneros agrupados como "ungulados nativos de América del Sur”.

Los análisis utilizando ADN antiguo no ha tenido éxito en aclarar estas dudas, probablemente a causa de la degradación rápida del ADN en depósitos semitropicales y templados.

Por esta razón, surge una nueva forma de análisis basada en la proteómica para detectar características comunes, a partir de muestras óseas del Cuaternario, en taxones del Toxodon (Notoungulata) y Macrauchenia (Litopterna), especies unguladas de América del Sur.

MARCANDO LA DIFERENCIA

Desde la época de Darwin, nadie ha sido capaz de averiguar dónde encajan las extrañas bestias en el árbol de los mamíferos. Pero ahora, a través del análisis de la proteína de colágeno a partir de fósiles de 12.000 años de edad, se podría haber resuelto el problema. 

Los científicos encargados del trabajo piensan que las proteínas antiguas podrían revolucionar el estudio de especies de larga extinción, revelando los secretos de los fósiles de hace millones de años que resultan difíciles de estudiar utilizando ADN.

Ungalados nativos de América del Sur (SANUs) se organizan convencionalmente en cinco órdenes (Litopterna, Notoungulata, Astrapotheria, Xenungulata y Pyrotheria) que a veces se agrupan como un superorden placentario (Meridiungulata). Aparecen muy temprano en el registro Paleógeno y evolucionaron, a partir de entonces, a lo largo de muchas líneas divergentes, como atestigua su abundante registro fósil. La mayoría de los linajes se habían extinguido a finales del Mioceno, aunque algunas especies de Litoptena y Notoungulata persistieron en la época del Pleistoceno Tardío. A pesar del interés de continuar en su historia evolutiva, las relaciones filogenéticas entre sí de los principales clados o ramas de SANUs, y con otros placentarios, siguen siendo poco conocidos.

Parte de un grupo de aproximadamente 280 mamíferos Ungulados, vivieron en el continente por cerca de 60 millones de años antes de desaparecer hace unos 12.000 años. La confusión sobre su ascendencia es debida en parte, a un registro fósil fragmentario, pero también a la dificultad de aislar ADN de fósiles de Ungulados, puesto que la molécula se degrada rápidamente en el clima cálido del continente.

 Ian Barnes, un biólogo de evolutiva molecular del Museo de Historia Natural de Londres, se asoció con el bioarqueólogo Mateo Collins de la Universidad de York, Reino Unido, y un equipo internacional de investigadores, para intentar una táctica diferente: la extracción de colágeno.

La proteína sobrevive, a lo largo del tiempo, aproximadamente diez veces más que el ADN y es un importante componente estructural del hueso.

 "En comparación con el ADN, no hay absolutamente toneladas de ello", asegura Barnes.

MÉTODO

El principal objetivo de la investigación, publicada en la revista Nature, fue implementar un protocolo funcional para la extracción de información molecular de especies extintas, así como lograr identificar sus relaciones de parentesco con otros mamíferos. Para ello, se extrajo información molecular de restos fósiles de Toxodon y Macrauchenia, con el fin de reconstruir parte de la historia evolutiva de los Notoungulata y Litopterna.

Para cada ungulado, se obtiene aproximadamente el 90% de cobertura de secuencia directa de colágeno tipo I, cadenas α1 y α2, lo que representa aproximadamente 900 de 1.140 residuos de aminoácidos para cada subunidad. Una filogenia se estima a partir de una alineación de estas secuencias fósiles con las transcripciones de genes de colágeno (I) a partir de los genomas de mamíferos disponibles o datos de secuencia de masa derivadas espectrométricamente obtenidos para este estudio.

La mejor información molecular proviene del ADN pero, con una antigüedad promedio de 12.000 años de las muestras de Toxodon y Macrauchenia analizadas, no han permitido, por el momento, a los investigadores obtener esa información.

Sin embargo “existe la posibilidad de analizar elementos moleculares más estables y resistentes, tales como el colágeno. A diferencia del ADN, el colágeno es una proteína caracterizada por constituir fibras y representa el componente más abundante de la piel y de los huesos, conformando casi un cuarto de las proteínas totales presentes en los mamíferos”, señala el  investigador del Conicet y el Museo Nacional de Universidad Nacional de La Plata Javier N. Gelfo. 

A partir de técnicas de cromatografía líquida y espectrometría de masas, los investigadores pudieron analizar 48 muestras tomadas de Toxodon y Macrauchenia y recuperar, por primera vez, secuencias de colágeno Tipo I (existen distintos tipos de colágeno y el Tipo I, COL1, se encuentra en abundancia en la dermis, tendones, la dentina de los dientes, la córnea y en particular en los huesos).

Comparando las diferencias entre las secuencias de colágeno Tipo I de las especies fósiles y de los mamíferos conocidos, se pudo observar cómo la misma se ha ido modificando a partir de un ancestro en común. De este modo se obtuvo una hipótesis sobre la historia evolutiva y las relaciones de parentesco entre estos grupos.  

REVOLUCION PROTEÓMICA

Dice el bioarqueólogo Collins “espectrómetros de masas de hoy pueden medir masas de proteínas con mayor precisión que antes, y se pueden recoger y concentrar componentes raros dentro de mezclas de proteínas.”

Con la mejora continua en la instrumentación y procedimientos analíticos, la proteómica puede producir una revolución en la sistemática como la alcanzada por la genómica, pero con la posibilidad de llegar a mucho más atrás en el tiempo.

El ADN más antiguo recuperado hasta el momento, a partir de un núcleo de hielo en Groenlandia, es 450-800 mil años. Las proteínas podrían llegar a millones de años, mientras que la proteína más antigua recuperada hasta el momento es de un camello que vivió en el Ártico hace 3,2 millones de años.

Las proteínas también podrían ser útiles para el estudio de especies extintas que vivieron más recientemente en ambientes calurosos, donde los estudios de ADN son difíciles: Collins los describe como animales "extraños y maravillosos" durante el Pleistoceno tardío, desde  elefantes enanos y enormes roedores de la isla indonesia de Flores, a lagartos y canguros gigantes de Australia.

CONCLUSIÓN

Es muy probable que el ancestro de las órdenes Litopterna, Notoungulata y Perissodactyla, haya vivido en América del Norte, dando origen en América del Sur al menos a las dos órdenes analizadas.

Gracias a los resultados de los análisis se podría indicar que al menos dos órdenes de ungulados nativos de América del Sur, los Notoungulata y los Litopterna, se encuentra cercanamente emparentados con el actual orden Perissodactyla,  formando un grupo al que se ha denominado Pan-Perissodactyla.

Las implicaciones de este primer trabajo son “enormes” desde el punto de vista metodológico, según Gelfo, ya que se abre la puerta a que otros grupos de investigación intenten aplicar estas técnicas a otros grupos de animales extintos. 

REFERENCIAS

• Welker, F., Collins, M. J.,Thomas, J. A., Wadsley, M. y Brace, S. (2015). “Ancient proteins resolve the evolutionary history of Darwin’s South American ungulates”. Nature, doi:10.1038/nature14249 <http://www.nature.com/articles/nature14249.epdf>
• Museo de la plata. UNLP, Faculta de de Ciencias Naturales y museo. “Grandes mamíferos sudamericanos del Cuaternario” <http://www.museo.fcnym.unlp.edu.ar/uploads/docs/grandes_mamiferos_sudamericanos.pdf>
• J. S. Estefanía. (19 de marzo de 2015) “El estudio de colágeno revela la evolución de los ungulados de Sudamérica”. PANGEA, Online magazine. <http://www.pangea-magazine.com/el-estudio-de-colageno-revela-la-evolucion-de-los-ungulados-de-sudamerica/ >
• “Toxodon".Art. Encyclopædia Britannica Online. Web. 05 Apr. 2015. <http://global.britannica.com/EBchecked/media/138124>