ADN neandertal sin necesidad de fósiles

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Una de las noticias más destacadas del año es la obtención de ADN mitocondrial y ADN nuclear humano del suelo de dos cuevas de los montes Altai (Denisova y Chagyrskaya) y en Atapuerca (Galería de las Estatuas de la Cueva Mayor).

Tener material genético de especies extintas sin necesidad de fósiles es un gran hito científico y tecnológico. Este material proviene de restos de bacterias y otros microorganismos, orina, heces, sangre… que se descomponen, se adhieren a los minerales del suelo, y dejan minúsculas trazas de material orgánico imposibles de recuperar y de analizar hasta hace pocos años. La conservación de ADN en ese material orgánico requiere de unas condiciones ambientales de humedad y temperatura excepcionalmente estables y un total aislamiento, sin alteraciones naturales o antrópicas. Todo esto reúne tal complejidad que equivale a «extraer polvo de oro del aire», en palabras de Adam Siepel, genetista investigador del ADN antiguo.

Desde 2003 se viene trabajando con la posibilidad de encontrar ADN conservado en el sedimento, gracias al hallazgo de material genético de mamut, caballo y 19 especies vegetales en el permafrost y en cuevas de Siberia. Entre los restos no se había conseguido distinguir ADN humano no contaminado. Por fin, en 2017 se publicó el éxito de una primera exploración realizada con esta técnica, que consiguió detectar ADN mitocondrial de neandertales en varias cuevas euroasiáticas (Les Cottés en Francia, Trou Al’Wesse en Bélgica, El Sidrón en España, Vindija en Croacia, Caune de l’Arago en Francia, Denisova y Chagyrskaya en Rusia). En Trou Al’Wesse se habían encontrado herramientas y marcas de corte en huesos de animales, pero no restos humanos. Además, también se detectó ADN denisovano en el sedimento de la cueva Denisova.

ADN nuclear y Estatuas

Faltaba por encontrar ADN nuclear, y ahora se ha conseguido. Es la primera vez que se obtiene ADN nuclear del sedimento. Se ha encontrado ADN mitocondrial en más de 60 muestras tomadas del suelo de las tres cuevas mencionadas al comienzo (Chagyrskaya, Denisova y Estatuas), y ADN nuclear en 30 muestras.

En Estatuas es donde se han conseguido los resultados más sorprendentes. De allí procede la falange de un dedo meñique derecho de un neandertal adulto publicada en 2018. Previamente, se había encontrado industria musteriense y restos de fauna procesados, publicados en 2017, fruto del estudio de la cueva desde 2008. Ahora, el ADN nuclear posibilita conocer varias historias de ocupación de Estatuas por parte de los neandertales:

  • Un primer grupo estuvo en la cueva hace 110 ka (miles de años). Su material genético corresponde a un individuo masculino. Este grupo pertenece a un linaje originado hace 130 ka, donde también encajan los neandertales de Altai, Scladina y Hohlenstein-Stadl. Esta radiación (entendida como un conjunto de líneas que divergen desde un antepasado común) se corresponde con el inicio de un periodo cálido entre dos glaciaciones.
  • Otro grupo reemplazó al anterior hace 80 ka. Se trata de una radiación que coincide con el momento de un nuevo ciclo glaciar. Este ADN se ha hallado en al menos cuatro mujeres. De este linaje surgen los llamados neandertales clásicos, con los rasgos morfológicos más típicos que tanto nos gusta ilustrar cuando establecemos una comparación con los humanos modernos: cara media proyectada, moño occipital, toro supraorbital, cráneo alargado que abarca un cerebro grande, caja torácica y pelvis anchas, etc.  ¿Fue un reemplazo violento de un grupo por otro, hubo o no coexistencia entre distintos grupos, fue el comienzo del frío lo que causó la extinción del grupo más antiguo…?, son algunas cuestiones que este trabajo suscita.

El futuro de esta tecnología es prometedor. ¿Llegaremos a conocer pronto más evidencias de trazas de los denisovanos? Esta especie escurridiza no dejó fósiles (o no encontrados por ahora) en el sudeste asiático, pero quién sabe si su ADN está esperando a ser hallado en el suelo de alguna cueva. ¿Conoceremos el ADN de Homo erectus gracias a ello? ¿Será de Homo erectus el rastro arcaico desconocido que aparece en el genoma denisovano?

¿Permitirá resolver dudas sobre si fueron humanos modernos o neandertales los ocupantes de determinadas cuevas sobre las que tenemos dudas, o los autores de determinados conjuntos líticos chatelperronienses o uluzzienses?

¿Acabará siendo una tecnología de empleo común y extendido en paleoantropología? ¿Funcionará en yacimientos exteriores, posibilitando un conocimiento mucho más rico de la distribución espacial y patrones de movimiento de los humanos? Imaginemos que dentro de unos años estamos en el campo haciendo prospecciones, abrimos una cata, cogemos una muestra de tierra, y con un estudio del ADN ya sabemos lo que podríamos llegar a encontrar en una excavación extensiva del lugar. ¿Podrá ser? De hecho, con los microorganismos ya se está haciendo. Las posibilidades son tremendas.

Referencias:

Imagen de cabecera: Galería de las Estatuas. Crédito: Madrid Scientific Films

DNA in sediments and Neandertal radiations. Credit: Bernot, V. et al. (2021)

Neandertal DNA with no need for fossils

One of the most remarkable news of the year is the collection of human mitochondrial DNA and nuclear DNA from the soil of two caves in the Altai Mountains (Denisova and Chagyrskaya) and Atapuerca (Galería de las Estatuas in Cueva Mayor).

Having genetic material from extinct species without the need for fossils is a major scientific and technological milestone. This material comes from the remains of bacteria and other microorganisms, urine, faeces, blood… which decompose, adhere to the minerals in the soil, and leave tiny traces of organic material that were impossible to recover and analyse until a few years ago. The preservation of DNA in this organic material requires exceptionally stable environmental conditions of humidity and temperature and total isolation, without natural or anthropogenic disturbance. This is so complex that it is the equivalent of “discovering that you can extract gold dust from the air”, in the words of Adam Siepel, geneticist, researcher of ancient-DNA.

Work on the possibility of finding DNA preserved in dirt has been ongoing since 2003, with the discovery of genetic material from mammoths, horses and 19 plant taxa in Siberian caves and permafrost. However, uncontaminated human DNA could not be found among the remains. Finally, in 2017, the success of a first exploration using this technique was published, which could detect Neandertal mtDNA in several Eurasian caves (Les Cottés in France, Trou Al’Wesse in Belgium, El Sidrón in Spain, Vindija in Croatia, Caune de l’Arago in France, Denisova and Chagyrskaya in Russia). At Trou Al’Wesse, tools and animal bones with cut marks had been found, but no human remains. In addition, Denisovan DNA was also detected in the sediment of the Denisova cave.

Nuclear DNA and Estatuas

Nuclear DNA had yet to be found, and now we have it. This is the first time that nuclear DNA has been obtained from dirt. In total, mtDNA was found in more than 60 samples taken from the sediment of the three caves mentioned at the beginning (Chagyrskaya, Denisova and Estatuas), and nuclear DNA in 30 samples.

In Estatuas we have the most surprising results. This is where the phalanx of a right little finger of an adult Neandertal was published in 2018. Previously, Mousterian industry and processed faunal remains had been found, published in 2017, which was the result of the study of the cave since 2008. Now, nuclear DNA makes it possible to know several histories of the Neandertal occupation of Estatuas:

  • A first group was in the cave c. 110 ka (thousands of years ago). The genetic material corresponds to a male individual. This group belongs to a lineage from 130 ka, to which the Altai, Scladina and Hohlenstein-Stadl Neandertals also belong. This radiation (understood as a set of lineages diverging from a common ancestor) corresponds to the beginning of a warm period between two glaciations.
  • Another group replaced the previous one c. 80 ka. This is a radiation that coincides with the time of a new glacial cycle. This DNA has been found in at least 4 females. From this lineage arise the so-called classic Neandertals, with the most typical morphological features that we like to illustrate so much when making comparisons with modern humans: projecting midface, occipital bun, supraorbital torus, elongated skull with a large brain, wide rib cage and pelvis, etc. Was it a violent replacement of one group by another, was there or not coexistence between different groups, was it the start of the cold that caused the extinction of the oldest group…?, are some of the questions that this work raises.

The future of this technology is promising: will we soon see more evidence of traces of the Denisovans? This elusive species left no (or so far not known) fossils in Southeast Asia, but who knows if its DNA is waiting to be found in a cave soil. Will we find the DNA of Homo erectus thanks to it? Will be see if Homo erectus is the unknown archaic trace that appears in the Denisovan genome?

Will it resolve doubts about whether modern humans or Neandertals were the occupants of certain caves with doubts today, or the authors of certain Chatelperronian or Uluzzian lithic assemblages?

Will it become a commonly and widely used technology in palaeoanthropology? Will it work in outdoor sites, enabling a much richer understanding of the spatial distribution and movement patterns of humans? Let’s imagine in a few years’ time that we are prospecting in the field, we open a pit, we take a dirt sample, and with a DNA study we can already know what we might find in an extensive excavation of the site. Will that happen? In fact, this is already being done with microorganisms. The possibilities are tremendous.

References:

Header image: Galería de las Estatuas. Credit: Madrid Scientific Films

 

2 pensamientos en “ADN neandertal sin necesidad de fósiles

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