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Quilo de Ciencia

El quilo, con “q” es el líquido formado en el duodeno (intestino delgado) por bilis, jugo pancreático y lípidos emulsionados resultado de la digestión de los alimentos ingeridos. En el podcast Quilo de Ciencia, realizado por el profesor Jorge Laborda, intentamos “digerir” para el oyente los kilos de ciencia que se generan cada semana y que se publican en las revistas especializadas de mayor impacto científico. Los temas son, por consiguiente variados, pero esperamos que siempre resulten interesantes, amenos, y, en todo caso, nunca indigestos.

Paleontología Molecular.

Paleontología molecular - Quilo de Ciencia podcast - Cienciaes.com

En esta ocasión, os ofrezco un nuevo episodio de quilo Vintage, dedicado a la disciplina llamad paleontología molecular, que estaba prácticamente aún en la adolescencia cuando escribí sobre ella por primera vez, en abril de 2003.

Podéis leer aquí el artículo.

Conviene explicar algunos conceptos de química elemental del DNA para dejar claro algunas cosas importantes del estudio relatado. Como sabemos, la base de la estructura del DNA es una larga ristra de moléculas del carbohidrato desoxirribosa unidos por átomos de fósforo y de oxígeno, lo que se denomina un grupo fosfato. La presencia de fósforo en el DNA es lo que hace a este elemento imprescindible para la vida. Las “letras” que contienen la información genética están unidas a la desoxirribosa.

Las uniones entre las desoxirribosas y los grupos fosfato pueden romperse mediante la intervención de una molécula de agua, en una reacción llamada hidrólisis, o ruptura por el agua. Esta reacción afortunadamente no sucede con rapidez si no es en el interior de las células, cuando estas lo requieran, ya que cuentan con enzimas llamadas DNAsas, encargadas de acelerarla. Sin embargo, aunque en el exterior de las células la reacción es mucho más lenta, hay que tener en cuenta que la ruptura de solo una de las uniones entre la desoxirribosa y el grupo fosfato ya supone un serio daño al DNA, puesto que la secuencia de letras se ve interrumpida. Si se producen demasiadas rupturas, el DNA es reducido a fragmentos pequeñitos que cada vez contienen menos información sobre la especie a la que pertenecieron, y que, además, no pueden ser empleados para su amplificación por la técnica del PCR.

Por las razones anteriores, si queremos tener la mayor probabilidad posible de encontrar ADN antiguo en el suelo y en suficiente buen estado como para ser analizado, conviene intentar extraerlo de lugares en los que la reacción de hidrólisis sea lo más lenta posible. Estos lugares son, bien lugares muy fríos, ya que la temperatura es un factor que acelera las reacciones químicas, también la reacción de hidrólisis, claro, bien en lugares muy secos en los que la poca agua conseguirá que la hidrólisis suceda en una tasa baja. Esto es lo que explica los emplazamientos elegidos por los investigadores para intentar extraer DNA del subsuelo.
Según lo que he podido aprender sobre este fascinante tema de la paleontología molecular, los científicos han desarrollado varias técnicas para adentrarse en el pasado, utilizando al DNA como si se tratara de una máquina del tiempo, aunque, por el momento, esta solo pueda viajar hacia atrás.

Una de las técnicas consiste en extraer y analizar DNA de restos fósiles. Para este objetivo, los dientes se han revelado como la mejor fuente de DNA. En este caso, se analiza DNA de ejemplares de especies normalmente conocidas, como por ejemplo mamuts descongelados u otros ejemplares de fauna antigua, ya extinta. Esto permite adquirir información real sobre los genes que estas especies poseían. Estas técnicas permiten también analizar los genomas de microrganismos causantes de enfermedades en el pasado. Así, se ha podido analizar el genoma del virus de la gripe causante de la pandemia de 1918, o incluso el genoma de la bacteria causante de la peste negra en el siglo XIV en Europa.

Otra forma de acceder al pasado evolutivo de las especies es el análisis filogenético, que podríamos definir como el estudio del árbol de la vida, o al menos de algunas de sus ramas. Todos los seres vivos descendemos de un ancestro común, y nuestro genoma ha ido derivando desde él, dando origen a las diferentes especies. Al igual que nosotros estamos genéticamente más relacionados con nuestros padres y hermanos que con los habitantes del norte de Groenlandia (donde no creo que escuchen esto), y nuestro genoma refleja esa relación de parentesco, algunas especies están más relacionadas entre sí que otras. Analizando las divergencias entre las secuencias de los genomas de las especies, los científicos, gracias también a los impresionantes avances en bioinformática, pueden establecer la relación más probable entre especies relacionadas y deducir cómo se ha producido su evolución a partir de un ancestro común, por ejemplo, la evolución de los felinos, de los cetáceos o de los primates. Pueden incluso inferir la secuencia de al menos algunos de los genes que poseía el ancestro común de todo el grupo de organismos relacionados de que se trate, a pesar de no disponer de restos fosilizados de ese ancestro. Así, se puede inferir cómo sería el genoma del ancestro de todos los cánidos, o de todos los marsupiales, por ejemplo.

Aún otra manera de acceder a información genómica del pasado es el análisis de los llamados pseudogenes. Estos son, como su nombre indica, falsos genes, genes que ya no funcionan, aunque su DNA se mantiene en el genoma. Estos genes pueden ser genes “abandonados” por resultar inútiles, o genes que han sido sustituidos en el pasado por nuevas versiones que son las que funcionan hoy. Los pseudogenes, al no funcionar, al no manifestar su información, no sufren presión de selección. Su secuencia a lo largo de la evolución varía de manera diferente a la de los genes funcionales, y esto proporciona también información sobre cómo funciona la evolución genética y el tipo de selección que se ha oio llevando a cabo en determinados genes de ciertas especies.

Por último, tenemos la técnica de la que hablaba al principio la de la excavación molecular, podríamos decir, en la que se excava en busca de antiguo DNA que haya podido resistir en mayor grado del normal la inevitable degradación química por hidrólisis.

A pesar de todas estas posibilidades para adquirir conocimiento evolutivo, el árbol de la vida es tan gigantesco, y la cantidad de genes en las especies tan enorme, que es prácticamente imposible llegar a conocer con precisión cómo fue sucediendo la evolución desde LUCA, el Último Ancestro Universal Común de todos los seres vivos, nombre derivado de las siglas en inglés para esas palabras.

(Jorge Laborda, 03/09/2023)

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