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Como científico, el trabajo de laboratorio a veces puede resultar monótono. Pero en 2017, mientras realizaba un Ph.D. Estudiante de paleobiología en la Universidad de Bristol en el Reino Unido, escuché una exclamación alegre desde el otro lado de la habitación.

Kirsty Penkmanjefe de la Laboratorio de racemización de aminoácidos del noreste en la Universidad de York, acababa de leer los datos impresos en los cromatogramas y prácticamente estaba saltando arriba y abajo.

El instrumento había detectado firmas reveladoras de antiguos aminoácidos en cáscara de huevo. Los aminoácidos son los componentes básicos que forman las secuencias de proteínas en los organismos vivos.

Pero esto no era una cáscara de huevo cualquiera; era un fósil de un titanosaurioa dinosaurio herbívoro gigante que vivió hace unos 70 millones de años.

La copia impresa del cromatógrafo que vio Kirsty Penkman. Cada pico representa un aminoácido detectado por el instrumento durante el análisis. (Evan Saitta)

No sobrevive mucho material orgánico durante millones de años, lo que limita la capacidad de los científicos para estudiar la biología de organismos extintos en comparación con los modernos, cuyas proteínas y ADN pueden secuenciarse. Como sugirió el entusiasmo de Penkman, estos aminoácidos eran extraordinarios.

De hecho, este resultado llegó inesperadamente en medio de los esfuerzos de nuestro equipo por probar afirmaciones de conservación de proteínas casi prístina en dinosaurio hueso. Le había llevado varios huesos fósiles a Penkman, pero el resultados sugeridos no se habían conservado aminoácidos originales, y que incluso eran contaminado por microbios del entorno en el que habían sido enterrados.

Probar fósiles de cáscaras de huevo ni siquiera estaba en nuestro plan de investigación original.

Fragmentos de fósiles huérfanos

Sin embargo, acababa de ver que mi colega Beatriz DemarchiPenkman y su equipo habían detectado secuencias cortas de proteínas en Cáscara de huevo de ave de 3,8 millones de años. Predije que si las cáscaras de los huevos de los dinosaurios no conservaban ninguna proteína original, entonces sus huesos probablemente tampoco conservarían ninguna, y quería ver si ese era el caso. Por suerte, teníamos una fuente de cáscara de huevo de dinosaurio.

Alrededor del año 2000, muchos fragmentos de cáscaras de huevo fueron exportados ilegalmente desde Argentina al mercado comercial. Cuando era un niño obsesionado con los fósiles, incluso me regalaron un fragmento del tamaño de una moneda de una tienda de minerales de Estados Unidos. Penkman y yo probamos ese fragmento, así como otro fragmento de la tienda de regalos de un museo europeo.

Estos fragmentos de fósiles adquirieron en cierto modo valor científico porque no pertenecían a ninguna colección de museo. No tuvimos que preocuparnos de dañarlos durante el análisis. Para nuestra sorpresa, nos topamos con una rara oportunidad de estudiar restos orgánicos antiguos de un dinosaurio.

Aminoácidos en cáscara de huevo

Impulsado por este descubrimiento inicial, nuestro gran equipo internacional analizaron más cáscaras de huevos de dinosaurios de Argentina, España y China, utilizando una amplia variedad de técnicas.

Aunque algunas cáscaras de huevo conservaban los aminoácidos mucho mejor que otras, la evidencia general sugería que estas moléculas eran antiguas y originales, posiblemente con una antigüedad de entre 66 y 86 millones de años.

Durante la vida, las proteínas que ayudaron a calcificar la cáscara del huevo quedaron atrapadas dentro de los cristales minerales. Sin embargo, los aminoácidos restantes que detectamos consistían en moléculas libres que se habían desprendido de sus cadenas de proteínas mediante reacciones con el agua. Solo detectamos algunos de los aminoácidos más estables. Los menos estables estaban ausentes, ya que se habían degradado.

Una figura que muestra la silueta de un titanosaurio, un dinosaurio de cuello largo y patas rechonchas, así como modelos de bolas y palos de cuatro aminoácidos y una reacción química donde una proteína y agua se convierten en aminoácidos libres.
Un titanosaurio, modelos de los cuatro aminoácidos conservados y la reacción de degradación de una secuencia de proteínas en aminoácidos libres. (Arthur S. Brum (silueta), Ben Mills (modelos de bolas y palos), V8rik (reacción de hidrólisis))

Los aminoácidos aún conservados eran los que los químicos lo llaman racémico. Los aminoácidos pueden presentarse en configuraciones para diestros o zurdos. Los organismos vivos regulan sus aminoácidos de tal manera que aparecen casi exclusivamente en la configuración zurda. Después de que el organismo muere, los aminoácidos pueden convertirse entre manos hasta alcanzar 50-50 mezclas de ambas configuraciones.

Una mezcla 50-50 se conoce como racémica y sugiere que los aminoácidos se habían separado de sus cadenas proteicas. hace mucho tiempo.

Un dibujo de dos manos sosteniendo dos configuraciones de un modelo químico.  Las dos configuraciones se reflejan entre sí.
Versiones de aminoácidos para diestros y zurdos. Si bien los llamados estereoisómeros tienen la misma fórmula química, están organizados como imágenes especulares entre sí. (NASA)

Calcita, un archivo de aminoácidos

Nuestros resultados de cáscaras de huevos de dinosaurio mostraron una degradación más extrema que la observada en fósiles más jóvenes de cáscara de huevo de pájaro y concha de molusco. Nuestros resultados también coincidieron los de experimentos que exponen la cáscara del huevo al calor en el laboratorio, simulando la degradación durante miles o millones de años.

Los organismos refuerzan estos caparazones con un tipo de Mineral de carbonato de calcio llamado calcita.. A diferencia del fosfato de calcio que forma el hueso, la calcita puede actuar como un sistema cerrado al atrapar los productos de las proteínas involucradas en la calcificación a medida que se descomponen, incluidos los aminoácidos libres separados de las secuencias de proteínas. Este sistema cerrado nos permitió observar los aminoácidos en nuestros análisis.

La cáscara de huevo de ave se encuentra incluso entre las mejores materiales encontrar secuencias de proteínas conservadas en fósiles, y mucho menos aminoácidos libres. El equipo de Demarchi ha detectado secuencias cortas e intactas de aminoácidos todavía unidos en una cadena desde al menos la cáscara de huevo de ave. 6,5 millones de años.

Otros investigadores han afirmado haber encontrado mas antiguo aminoácidos, así como mas extremo y afirmaciones menos probables de secuencias de proteínas preservadas. Pero nuestro estudio utiliza un gama más amplia de métodos e informa la mejor señal para moléculas estables en un tejido que ahora sabe que conserva bien las moléculas.

Los aminoácidos de nuestros dinosaurios podrían tener el récord del material relacionado con proteínas más antiguo encontrado hasta ahora, del cual la evidencia es muy sólida, y la primera evidencia clara de un dinosaurio mesozoico.

Una esfera estampada en negro.
Cáscara de huevo de dinosaurio bajo microscopía óptica. (Siatta et al., Geochimica et Cosmochimica Acta, 2024)

Usando calcita para mirar hacia atrás en el tiempo

La secuencia genética del ADN que finalmente se expresa en proteínas proporciona un código fuente para los organismos que los científicos pueden estudiar. Pero si sólo se conserva un subconjunto de aminoácidos en el fósil, es como eliminar todas las letras de un libro, excepto cinco: poco análisis literario es posible. Entonces, ¿qué mensajes de la vida antigua podrían persistir en estas cápsulas del tiempo de calcita?

Una señal biológicamente informativa podría implicar isótopos estables, que son átomos del mismo elemento con diferentes masas. Los científicos pueden observar el proporciones de isótopos estables de carbono, oxígeno o nitrógeno para conocer su fuente, como la dieta del animal. Dado que la calcita de cáscara de huevo es un sistema cerrado, es más probable que las proporciones de isótopos estables en sus aminoácidos provengan directamente del dinosaurio, en lugar de contaminación externa.

En futuras investigaciones, nuestro equipo utilizará fósiles para buscar aún más atrás en el tiempo. Organismos distintos de la puesta de huevos. dinosaurios reforzaban sus tejidos con calcita. Por ejemplo, los artrópodos marinos llamados trilobites que vivieron hace más de 500 millones de años. tenían calcita en los ojos.

El estudio de restos más antiguos podría ayudar a los científicos a comprender los cambios moleculares que ocurren en los fósiles durante largos períodos de tiempo. La calcita fósil, la cápsula del tiempo molecular de la Tierra, puede enviar débiles relatos de vidas desaparecidas hace mucho tiempo para que los investigadores comprendan mejor su biología.

Las cáscaras de huevo huérfanas utilizadas en nuestro análisis inicial tuvieron un final feliz. Finalmente consiguieron un nuevo hogar en Argentina. Museo Provincial Patagónico de Ciencias Naturalesmuseo de ciencias naturales de la Patagonia, repatriado a la única provincia conocido por producir ese tipo de la estructura microscópica de la cáscara de huevo.La conversación

Evan Thomas SaittaBecario Postdoctoral en Paleontología, Universidad de Chicago

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