Abren el camino a revivir peces prehistóricos de hace 15 millones de años

 

En la escuela, el instituto e incluso en la universidad, lo habitual es separar la geología de la biología, los minerales de los seres vivos, como si fueran dos mundos contrapuestos. Sin embargo, muchos seres vivos generan partes duras formadas por minerales de fabricación propia, los llamados biominerales. Estos constituyen los esqueletos, conchas, dientes, escamas, espinas, y un largo etcétera de partes duras que, en los seres vivos, realizan funciones muy diversas.

Los biominerales son básicos en la conservación geológica de los seres vivos. Aunque hay muy diversos tipos de fósiles y de procesos de fosilización, lo usual es que un organismo (o una parte del mismo) quede enterrado en sedimentos y que se conserve como fósil por procesos similares a los que transforman estos sedimentos en rocas sedimentarias. Normalmente, son esas partes duras de los seres vivos las que soportan este tipo de procesos, de tal forma que, en condiciones óptimas, un hueso o una concha puede preservarse casi sin modificaciones durante millones de años. Pero es más habitual que la presión, temperatura y fluidos existentes en estos ambientes alteren la forma y la composición químicas de los delicados cristales que forman los biominerales, destruyendo así mismo cualquier otra molécula de menor dureza. De ahí que un hueso actual tenga un aspectos ligeramente diferente del que muestra un hueso fósil.

Pero volvamos a los biominerales y a los seres vivos que los fabrican. El proceso de secretar biominerales se realiza gracias a unas células u orgánulos especiales, pero siempre está acompañado de macromoléculas orgánicas, como las proteínas, los lípidos o los azúcares, que son las encargadas de dirigir la mineralización. Las proteínas, por ejemplo, activan o interrumpen la mineralización, controlan la forma final de cada pequeño cristal de biomineral y el lugar donde se produce. A igual que ocurre con otras macromoléculas, las proteínas quedan parcialmente atrapadas alrededor y dentro de los cristales de biominerales cuya formación dirigen.

Como indicamos anteriormente, es habitual que los biominerales se alteren químicamente, se disuelvan o transformen durante la fosilización. Estos cambios acarrean la pérdida de las proteínas que pudieran estar preservadas dentro o alrededor de los biominerales ya que son moléculas fácilmente degradables. El caso más paradigmático es el del ADN que sólo se puede preservar en el registro sedimentario un par de millones de años porque se degrada fácilmente tras la muerte del organismo.

Pero ¿qué ocurre con las proteínas? ¿podrán preservarse algunas de ellas si están atrapadas dentro de los cristales de los biominerales?

Una investigación multinstitucional, liderada por el Dr. Jarosław Stolarski del Instituto de Paleobiología de la Academia Polaca de Ciencias (PAN), Varsovia - Polonia, en colaboración con el Dr. Ismael Coronado del Laboratorio de Paleontología de la Universidad de León, ha encontrado proteínas preservadas en biominerales de peces fósiles que habitaron la Tierra hace la friolera de 15 millones de años. Más concretamente, estas proteínas se han conservado en los llamados otolitos de peces fósiles. Pero ¿qué son estas estructuras?

El oído interno de los vertebrados es un órgano cuya función principal regula el equilibrio. Para ello, los vertebrados crean pequeñas partículas formadas por biominerales, cuyo desplazamiento dentro de unos canales del oído interno avisa al cerebro de su posición, aceleración, etc. En el caso de los peces, estas estructuras pueden alcanzar tamaños de varios milímetros e incluso centímetros y se conocen como otolitos. Los otolitos permiten a los peces escuchar y equilibrar el cuerpo dentro de la masa de agua y son habituales como fósiles en sedimentos y rocas sedimentarias tanto marinas como de agua dulce. Estas estructuras, compuestas por pequeños cristalitos en forma de aguja del mineral aragonito, forman capas concéntricas alrededor de un núcleo, y durante su mineralización atrapan no sólo a las proteínas encargadas de la biomineralización, sino también a otras macromoléculas.

En sedimentos arcillosos e impermeables de la sierra de Santa Cruz (Polonia), de edad miocena (unos 14.8 millones de años), estos científicos han encontrado una buena colección de otolitos fósiles de la brótola de roca (Phycis), un pez de hábitos nocturnos que habita los fondos marinos del Atlántico. Según nos cuenta el Dr. Ismael Coronado, quien evaluó el estado de preservación de estos fósiles, los otolitos fósiles estudiados muestran unas propiedades químicas y cristalinas casi idénticas a las presentes en otolitos de las brótolas actuales, con los que fueron comparados. Esta fosilización extraordinaria fue posible porque los materiales en los que se encontraban enterrados, las capas arcillosas de esta región polaca, sellaron los otolitos impidiendo su degradación por fluidos. También ayudó la presencia de una climatología constante de la región, que evitó cambios bruscos de temperatura que podrían haber generado modificaciones en el fósil. Por lo tanto, el estado de preservación de estos otolitos era óptimo para comprobar si quedaban proteínas no alteradas dentro de sus biominerales.

El trabajo pionero publicado por Stolarski y colaboradores en la revista Scientific Reports (13:3822), muestra que los otolitos fósiles estudiados contienen un 10% de las proteínas de las brótolas actuales. De hecho, el resto del material proteico que contenían los otolitos se ha degradado con el paso del tiempo y sus enlaces se han roto en estructuras más pequeñas, como péptidos y aminoácidos. La secuenciación de las proteínas fósiles completas ha permitido compararlas con las actuales, reconociendo 11, que incluyen proteínas específicas para el desarrollo del oído interno, la biomineralización de los otolitos y aquellas que solo aparecen en membranas del oído interno.

Estas similitudes sugieren que los procesos de biomineralización del oído interno se han mantenido estables, sin cambios, a través del tiempo geológico y que los avances en paleoproteómica nos pueden ayudar a entender las relaciones evolutivas entre diferentes organismos, siempre y cuando sus fósiles se preserven adecuadamente.

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