METROLos gusanos microscópicos desenterrados del permafrost siberiano podrían pertenecer a una especie que se extinguió en otras partes de la Tierra hace mucho tiempo. Los investigadores dijeron que los diminutos nematodos de 46.000 años utilizan genes similares a los de sus parientes modernos para entrar en un estado de hibernación en el que los gusanos pueden vivir indefinidamente durante decenas de miles de años. Los hallazgos fueron recientemente publicado en Genética PLOS.1
En 2018un equipo de científicos dirigido por el ecologista Anastasia Shatilovich en la Academia de Ciencias de Rusia publicaron experimentos en los que cavaron profundamente en el permafrost cerca del río Kolyma en el noreste de Siberia. El equipo cavó 40 metros en los sedimentos limosos del afloramiento de Duvanny Yar, donde una gran parte de la orilla del río se derrumbó, exponiendo el suelo congelado durante mucho tiempo. Allí, los investigadores desenterraron casi 300 muestras, dos de las cuales contenían un solo nematodo. Los investigadores revivieron ambos y, utilizando la datación por radiocarbono, fecharon el suelo y la materia vegetal en estas muestras hace 46.000 años.
Después de años de estudiar la genética y la morfología de los nematodos congelados durante mucho tiempo, Shatilovich y sus colegas ahora afirman que los gusanos reanimados son una especie no descrita anteriormente, una de hace 46 000 años, lo que los convierte en los animales vivos más antiguos del planeta.
Para aprender más sobre los gusanos que su equipo había encontrado, Shatilovich se los llevó al biólogo celular. Teymuras Kurzchalia, quien, en ese momento, trabajaba en el Instituto Max Plank de Biología Molecular y Genética en Japón, pero ahora está jubilado. “Anastasia vino de Moscú con gusanos más o menos en el bolsillo, que habían sobrevivido 46.000 años, y los puse bajo el microscopio”, recordó. “Y pensé, esto, wow, era realmente algo”.
Sobreviviendo a través del tiempo
Si bien 46 000 años de supervivencia son impresionantes, los nematodos no son los únicos animales que se sacan vivos del hielo. Los investigadores creen que el permafrost en el afloramiento de Duvanny, y las criaturas y la materia vegetal dentro de él, han permanecido congelados desde el período Pleistoceno. En la década de 1930, el científico ruso PN Kapterev, prisionero del GULAG, que trabajaba en la estación científica de Skovorodino, encontró un crustáceo enterrado en el permafrost que, al descongelarse, podía moverse y comer. Desde entonces, los científicos han reanimado a otras criaturas microscópicas encerradas en permafrost, incluyendo rotíferos y osos de aguay brotó semillas de larga latencia.
Shatilovich, Kurzchalia y sus colegas no se detuvieron en revivir a los animales. Los investigadores cultivaron los nematodos revividos durante 100 generaciones, lo que tomó años, según Kurzchalia. También se complicó por el hecho de que ambos individuos eran mujeres. Afortunadamente, dijo Kurzchalia, eran partenogénicos.
Según su forma y tamaño uniformes, los gusanos al principio parecían pertenecer a uno de los dos géneros existentes, Panagrolaimus o Plecto. Pero las comparaciones del genoma completo con los genomas de nematodos disponibles indicaron que no eran miembros de ninguna especie actual. En cambio, las criaturas que hibernan durante mucho tiempo parecen estar estrechamente relacionadas pero distintas de otras Panagrolaimus especies, informaron los investigadores. El equipo también realizó una extensa caracterización morfológica de los nematodos y descubrió que su forma y tamaño corporal no coincidían con ninguna Panagrolaimus especies que existen en la actualidad.
“Es realmente una nueva especie, noventa y nueve por ciento de probabilidad”, dijo Kurzchalia. “Es Jurassic Park en cierto modo”. Kurzchalia y su equipo decidieron llamar a esta especie Panagrolaimus kolymaensis después del río Kolyma donde se descubrieron los especímenes.
Los investigadores también buscaron información sobre los procesos biológicos que permitieron que los gusanos vivieran tanto tiempo congelados en el hielo.
Otros nematodos pueden vivir en ambientes extremos como desiertos áridos y tundras heladas al entrar en un estado de animación suspendida conocido como criptobiosis. En el estudio, los miembros del laboratorio de Kurzchalia informaron que podían inducir este cierre metabólico reversible en respuesta a la desecación severa en las especies modelo de uso común. Caenorhabditis elegans colocándolos primero en ambientes húmedos y luego secándolos. Pero los gusanos secos solo permanecieron viables durante aproximadamente una semana, dijo Kurzchalia. Simplemente congelando C. elegans los mata, aunque los animales deshidratados y luego congelados pueden sobrevivir por lo menos 500 días, y Kurzchalia dijo que sospecha que pueden sobrevivir mucho más tiempo, tal vez indefinidamente.
Con un genoma completo, los investigadores pudieron probar si P. kolymaensis tiene una maquinaria molecular relacionada con la criptobiosis similar a la de C. elegans. La genómica comparativa reveló genes en P. kolymaenis que eran similares a los previamente asociados con criptobiosis c. elegans, incluyendo genes para procesos metabólicos críticos que ayudan a los gusanos a producir trehalosa, que según Kurzchalia es “el jugador más importante” para sobrevivir a la desecación.
En respuesta a las temperaturas bajo cero, la trehalosa adquiere un estado similar al de un gel, que sirve para proteger las células y su contenido, estabilizar las proteínas y prevenir la formación de cristales de hielo dañinos dentro de las células. En c. elegans, los ambientes húmedos estimulan la producción de trehalosa, agotando las reservas de lípidos de los animales y preparándolos para entrar en criptobiosis. Los investigadores encontraron que, al igual que c. elegans, P. kolymaensis también produce el azúcar en ambientes húmedos, y que esto ayuda a que los animales entren en criptobiosis y se mantengan viables después de la desecación. Sin embargo, para algunos miembros de P. kolymaensis, no fue necesario un aumento de la humedad antes de la desecación para que entraran en hibernación.
¿Vivo o muerto?
dan shainun biólogo de la Universidad de Rutgers que participó en un trabajo similar en rotíferos en permafrost, escribió en un correo electrónico que lo que encontró más sorprendente es que el nematodo de laboratorio común y ampliamente estudiado C. elegans aparentemente también es capaz de sobrevivir a largo plazo. Por lo tanto, no son solo “unas pocas especies atípicas exóticas y altamente evolucionadas las que pueden hacerlo, sino que parece que una amplia gama de animales tiene potencialmente la maquinaria para hacer la transición a un estado criptobiótico”, dijo. Shain no trabajó en el artículo actual, pero ha colaborado con algunos de sus autores en el pasado.
“Estamos demostrando que estos gusanos tienen los mismos mecanismos o al menos similares para entrar en criptobiosis”, dijo Kurzchalia. “La naturaleza ha hecho algo universal para sobrevivir a través del tiempo”.
Los autores dijeron que esperan que este tipo de investigación conduzca a más investigaciones sobre cómo evolucionaron los nematodos y mantuvieron la capacidad de sobrevivir durante períodos de tiempo tan prolongados. Kurzchalia también espera que los científicos puedan inducir la criptobiosis en otros animales. “Los nematodos son animales muy complicados, pero si congelan su metabolismo por un tiempo indefinido, ¿por qué no podríamos hacer esto en las células de los mamíferos?”. preguntó Kurzchalia. Este tipo de tecnología podría producir órganos, tejidos y sangre más duraderos, dijo, así como células que podrían sobrevivir a los viajes espaciales.
Sin embargo, la trehalosa es tóxica para las células de los mamíferos y los vertebrados carecen de las enzimas para producirla. Y quedan otras preguntas, como exactamente cómo los gusanos ponen en marcha sus células y reparan el daño del ADN después de haber estado congelados durante tanto tiempo, dijo Kurzchalia.
Previamente, las técnicas de datación por radiocarbono del equipo habían sido criticado por otros investigadores, quienes dijeron que el permafrost podría haberse contaminado con nematodos más tarde en la línea de tiempo geológica de lo que sugiere su entorno.
“Es complicado cada vez que alguien publica un estudio que muestra la antigüedad. Siempre se puede cuestionar si la contaminación fue un problema o no”, dijo Amy Treonis, ecologista de la Universidad de Richmond que no participó en el estudio.
Lo que no está claro es si 46.000 años en el permafrost es el máximo tiempo posible de suspensión de criptobiosis para esta especie. Shain dijo que no es probable que los animales puedan sobrevivir indefinidamente. “Eventualmente, los cambios biológicos que conducen a la muerte en condiciones templadas finalmente harán lo mismo durante la criptobiosis”, dijo.
Referencia
- Shatilovich A et al. Una nueva especie de nematodo del permafrost siberiano comparte mecanismos de adaptación para la supervivencia criptobiótica con la larva de C. elegans dauer. PLoS Genet. 2023;19(7):e1010798