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Nueva hipótesis sobre la evolución de los perezosos basándose en proteínas fósiles

Publicada el 06 DE JUNIO 2019, 15:49 En Divulgación Científica.

Un trabajo de investigación que ha sido publicado en la revista Nature Ecology & Evolution, propone una nueva hipótesis sobre el origen y la diversificación de los perezosos vivientes, así como sus relaciones de parentesco con otros perezosos gigantes extintos. El resultado obtenido es muy novedoso y difiere radicalmente de las hipótesis previas basadas en el estudio de los caracteres osteológicos.

Nueva hipótesis sobre la evolución de los perezosos basándose en proteínas fósiles
De derecha a izquierda: Ross D.E. MacPhee (AMNH), François Pujos y Analía Forasiepi (IANIGLA, CONICET)

Por: François Pujos & Analía Forasiepi*

Los perezosos constituyen un grupo de mamíferos placentarios endémicos de América del Sur. Estos animales, característicos de las faunas actual y fósil, forman con los osos hormigueros y los armadillos, el orden Xenarthra.

Los perezosos actualmente están representados por dos géneros que viven en la selva tropical: Bradypus, llamado “aí” o “perezoso de tres dedos” y Choloepus o “perezoso de dos dedos”. Sus movimientos y metabolismos muy lentos, y pasan la casi totalidad de sus vidas suspendidos en las ramas de los árboles.

Si bien diversos aspectos de la biología y la fisiología de estos emblemáticos animales son bien conocidos, sus orígenes y evolución siguen siendo temas de intenso debate. De hecho, jamás fue descubierto un resto fósil de un ancestro común cercano a ambos perezosos vivientes. Si los géneros actuales tuvieran ciertamente un origen difilético (es decir, derivados de ancestros distintos): ¿cuáles serían las relaciones filogenéticas con sus parientes lejanos, a saber, los perezosos terrestres gigantes del resto del Cenozoico?

Los perezosos se conocen en América del Sur desde principios del Oligoceno (~33Ma). Ocuparon todo el continente y colonizaron las Antillas y posteriormente América del Norte llegando hasta Alaska durante el Cuaternario. Todos fueron herbívoros, bípedos y/o cuadrúpedos, algunos habrían vivido en manadas y fueron probablemente lentos. Sin embargo, como fuera el caso para otros megamamíferos endémicos sudamericanos, la transición Pleistoceno-Holoceno (~10.000 años atrás) les fue fatal probablemente en relación al radical cambio climático (¿y la llegada del hombre?).

Basándose exclusivamente en caracteres osteológicos, los zoólogos y los paleontólogos han reconocido tradicionalmente cinco familias de perezosos: Megalonychidae, Megatheriidae, Nothrotheriidae, Mylodontidae y Bradypodidae. Las tres primeras fueron agrupadas en la superfamilia Megatherioidea que constituye el grupo hermano de los Megalonychidae (donde se incluyó a Choloepus), mientras que Bradypus curiosamente fue representado como el grupo hermano de todos los otros perezosos conocidos.

Desde casi dos décadas, los avances tecnológicos permitieron la realización de nuevos tipos de análisis basados en el estudio y la comparación de las moléculas orgánicas tanto de las especies actuales como las fósiles. En este campo, los estudios moleculares sobre la base del ADN antiguo (ADNa) son los más populares. George Poinar fue el primero en realizar en la década de los 80, extracciones de ADNa de insectos fosilizados en ámbar, aunque luego resultó ser el producto de contaminación, oportunamente resultó en una fuente de inspiración para novelas de ciencia ficción, como Parque Jurásico de Michael Crichton.

Si bien es de gran interés basar las hipótesis filogenéticas de los organismos en la información de su ADN, existen varios factores limitantes que restringen su utilización. En primer lugar, la tasa de descomposición del ADN es muy alta (generalmente, decenas de miles de años, siendo de 780.00 años la muestra de ADN más antigua conocida). Por su parte, la preservación de la molécula es dependiente de condiciones ambientales muy particulares, generalmente extremas (e.g., mucho frío, o directamente congelada). En relación a los perezosos, al principio de los años 2000, se pudo extraer ADNa de las bostas de Nothrotheriops encontradas en una cueva de yeso de Nevada, EU. Desde entonces, los estudios basados en ADNa de perezosos gigantes se multiplicaron especialmente en especímenes excepcionalmente bien conservados, como el Mylodon proveniente de la Cueva de Última Esperanza (Patagonia Chilena). Comparando las secuencias de ADN de los perezosos actuales y los fósiles, se evaluaron nuevas hipótesis, incluyendo Choloepus y Mylodon como parientes cercanos.

Recientemente, distintos grupos de investigación comenzaron a desarrollar un campo nuevo a saber: la paleo-proteómica. Las proteínas son macromoléculas codificadas por el ADN que se encuentran de manera abundante en todas las células de los organismos. A la diferencia del ADNa, las proteínas estructurales como el colágeno, con sus tres hélices de aminoácidos, enlazadas y empaquetadas en fibras, son mucho más resistentes, lo que implica que se degradan mucho más lentamente y resisten mucho mejor los procesos de fosilización en términos de calidad y tiempo. Así, se pudo obtener secuencias proteínicas de mamíferos del Plioceno (~3.8 Ma), cinco veces más antiguas que el ADNa más viejo conocido. Otra ventaja es que las proteínas se preservan en un espectro de ambientes tafonómicos más amplio. Además, el colágeno es una proteína que se preserva en los huesos y en menor proporción en los dientes por lo cual existe una gran disponibilidad en los vertebrados fósiles. También, resulta fácil de muestrear, la contaminación es más fácil de detectar y es posible extraer buena información filogenética comparativa a partir de las secuencias, aunque la escala de resolución taxonómica es menor que con el estudio del ADN. Las secuencias de colágeno son recuperadas usando la combinación de un espectrometro de masas en conjunto con un cromatógrafo líquido de alto rendimiento.

Los avances tecnológicos y metodológicos en este campo han motivado a un grupo multidisciplinario, liderado por Ross MacPhee, del Museo Americano de Historia Natural de Nueva York (AMNH, EU), a abordar el problema de las relaciones filogenéticas de los perezosos a través del estudio de las proteínas antiguas. Para este estudio se procesaron un gran número de muestras provenientes de distintas partes del continente, incluyendo, al norte las Montañas Rocosas, la región Atlántica Norteamericana, las Antillas en Centroamérica, la Amazonia Neotropical, la región Pampeana y la Patagonia Chilena.

En las ramas del árbol, los perezosos arborícolas Choloepus (derecha) y Bradypus (izquierda), habitantes actuales de la selva amazónica. Sobre el tronco, el perezoso trepador, Acratocnus del Cuaternario de las Antillas. Al pie del tronco, Mylodon, uno de los perezosos del Cuaternario de distribución más austral, incluyendo el sur de la Patagonia. A su derecha, la contrapartida boreal, Megalonyx, cuya distribución alcanzó las altas latitudes de Alaska. A la derecha Megatherium, el perezoso terrestre de mayor talla del Cuaternario América del Sur, llegó a duplicar la masa de un elefante actual. Reconstrucción: Jorge Blanco.

Considerando sus inicios, el proyecto ha incluido más de diez años de trabajo y la colaboración internacional de distintos especialistas de Alemania, Argentina, Chile, Dinamarca, Estados Unidos, Francia, Inglaterra y Perú. En el presente estudio, se obtuvieron secuencias proteínicas para dos especies de Bradypus y una especie de Choloepus, pero también, para catorce especies de perezosos gigantes que representan todas las familias de Folivora actualmente reconocidas. Este análisis presenta la más completa filogenia molecular propuesta al día para este grupo de mamíferos.

El resultado del análisis es muy sorprendente en varios aspectos y difiere radicalmente de los resultados obtenidos anteriormente basándose en caracteres osteológicos. Efectivamente, como fue sugerido por algunos estudios basados en ADNa, las especies vivientes de Choloepus están cercanamente relacionadas al icónico perezoso terrestre de la Cueva de Última Esperanza, Mylodon y especies afines (Mylodontidae). Similarmente, las especies de Bradypus resultan ser parientes cercanos de dos grupos de perezosos terrestres de distribución tanto sudamericana como norteamericana: los Nothrotheriidae y los Megatheriidae, incluyendo a Megatherium, uno de los mamíferos de mayor tamaño del Cuaternario de América del Sur. El conocimiento de la edad de los fósiles y la paleobiogeografía permitió por su parte calibrar los orígenes y los momentos de radiación e interpretar los movimientos faunísticos. Así, otro resultado inesperado, es que los perezosos que colonizaron las Antillas, probablemente ~30 millones de años atrás (como Parocnus y Acratocnus y formas afines), conforman una nueva familia, los Megalocnidae, y son el grupo hermano de todos los otros perezosos. Esto evidencia también una evolución en Centroamérica insular separada de aquella del continente durante millones de años. Finalmente, la distancia filogenética propuesta y comúnmente aceptada para los perezosos vivientes, parece ser menos distante. Este trabajo acaba de ser publicado en la revista inglesa Nature Ecology and Evolution.

François Pujos y Ross D.E. MacPhee presentaron el artículo en el CCT Mendoza.

Es interesante destacar que similares conclusiones sobre las relaciones de parentesco de los perezosos fueron publicadas simultáneamente por otro grupo de investigación, liderado por el Frédéric Delsuc (Universidad de Montpellier) en la revista Current Biology. En este caso, el trabajo fue basado en el estudio del ADN de varios perezosos vivientes y fósiles. Es importante destacar la coincidencia en los resultados pues es basado en diferente evidencia molecular: el ADN utilizado en el trabajo de Delsuc y colaboradores es mitocondrial, mientras que las proteínas del colágeno utilizadas en el trabajo de MacPhee y colaboradores son codificadas por el núcleo celular. 

En síntesis, la paleo-proteómica es una nueva herramienta que presenta un enorme potencial para reconstruir las relaciones de parentesco de los distintos vertebrados, incluyendo las especies que vivieron millones de años atrás, contrastar con las hipótesis previas y comprender de este modo la compleja historia evolutiva de los mamíferos. 

Investigadores argentinos implicados:

  • François Pujos & Analía Forasiepi IANIGLA, CCT-CONICET-Mendoza, Mendoza
  • Alejandro Kramarz, Sección Paleontología de Vertebrados, MACN, Buenos Aires
  • Matías Taglioretti & Fernando Scaglia, Museo Municipal de Ciencias Naturales “Lorenzo Scaglia”, Mar del Plata
  • Maximiliano Lezcano & José Luis Lanata, Instituto de Investigaciones en Diversidad Cultural y Procesos de Cambio, CONICET & Universidad Nacional de Río Negro, Bariloche
  • Adam Hadjuk, Museo de la Patagonia “F. P. Moreno”, Bariloche
  • Marcelo Reguero, Paleontología de Vertebrados, MLP, Buenos Aires

Coordinador del Proyecto:

  • Ross D.E. MacPhee Department of Mammalogy, AMNH, New York, USA

*Son investigadores del IANIGLA, CCT CONICET Mendoza. Son paleontólogos, cuya especialidad es el estudio de los mamíferos fósiles de la fauna de América del Sur. Han contribuido en el trabajo con el contenido y la discusión paleontológica. Desde hace varios años trabajan en conjunto con Ross D.E. MacPhee en distintos proyectos vinculados al estudio de la anatomía y la filogenia.