Conservación de tejidos blandos en fósiles de dinosaurio: una actualización

Publicado previamente en el blog del Geoscience Research Institute el 17 de Agosto de 2017)

POR RONNY NALIN

“Porque polvo eres y al polvo volverás.” Este versículo de Génesis 3 resume perfectamente el destino que espera a todos los organismos tras la entrada del pecado en el mundo. Pero, ¿cuánto tardan en descomponerse las moléculas orgánicas de las que estamos hechos después de la muerte? En general, cuanto más tiempo transcurre, mayor es el deterioro. Esto es especialmente cierto en el caso de los tejidos blandos, las partes de los organismos que no están mineralizadas, como la piel, los músculos o los vasos sanguíneos. En 1993, Mary Schweitzer, entonces afiliada al Museo de las Rocosas, reportó datos que sugerían la posibilidad de tejidos blandos y biomoléculas conservados en un hueso de Tyrannosaurus rex con una supuesta edad de 68 Ma.1 Sus resultados fueron recibidos con gran escepticismo. En 1966 Roman Pawlicki y sus colaboradores habían publicado observaciones similares acerca de la presencia de vasos sanguíneos, colágeno y osteocitos presentes en huesos de dinosaurio,pero no suscitaron mucho debate, probablemente porque la película Jurassic Park, que popularizó el tema, todavía no había sido escrita ni filmada.

En las últimas dos décadas, Mary Schweitzer y su grupo de investigación han encontrado ejemplos adicionales y han utilizado una amplia gama de técnicas analíticas para documentar sus hallazgos.3-9 Parece que la posibilidad de que los tejidos blandos y las biomoléculas de los dinosaurios se hayan conservado hasta la actualidad es cada vez más aceptada. Este blog revisa parte de lo que se ha publicado sobre este tema entre enero de 2016 y agosto de 2017.

A: Ornitisquio ceratópsido (Psittacosaurus sp.).

B: un dibujo interpretativo que muestra diferentes elementos del esqueleto y la piel con patrones de pigmento.

Imagen de Vinther et al. (2016), (CC BY).

Especímenes de dinosaurios con preservación de tejidos blandos reportados en 2016-2017.

Se reportaron tres esqueletos diferentes de dinosaurio, con huesos articulados o asociados, en los que se menciona la presencia de tejido blando. El primero, un ornitisquio ceratópsido (Psittacosaurus sp.) del Cretácico Inferior de China (Fig. arriba), la piel conservada como una película comprimida, con patrones de pigmentación característicos.10 Se cree que los pigmentos representan materia orgánica original, más específicamente residuos de melanina. Esta interpretación se basó en imágenes de microscopía electrónica de barrido (SEM) que mostraban impresiones ovoides similares a los melanosomas (orgánulos que contienen melanina).

El segundo, un anquilosaurio (Zuul crurivastator) del Cretácico Superior de Montana, conserva estructuras integumentarias como los osteodermos, con envolturas oscuras que probablemente corresponden a la queratina original.11 El artículo en el que se describe el fósil no incluye un análisis químico o microscópico de los tejidos blandos, pero lo menciona como tema de interés para futuras investigaciones.

El tercer esqueleto es también de un anquilosaurio (Borealopelta markmitchelli) del Cretácico Inferior de Alberta.12 Este esqueleto articulado se encontró en depósitos marinos, en una formación donde anteriormente se habían encontrado ictiosaurios y plesiosaurios pero no dinosaurios. Los sedimentos encapsulados muestran evidencia de que el cadáver sufrió un enterramiento rápido, no hay indicios de actividad de carroñeros a pesar que se han encontrado algunas madrigueras en depósitos circundantes. La excepcional conservación del fósil alcanza el nivel molecular e incluye restos de materia orgánica en escamas y en las fundas córneas de los salientes de la armadura del animal. El análisis químico realizado mediante espectroscopía de masas indicó la presencia de melanina en el residuo orgánico, especialmente feomelanina (un pigmento marrón rojizo). Los melanosomas no parecen haberse conservado en este espécimen.

Tal vez menos impresionante que la conservación de tejidos blandos, pero igualmente interesante, es la evidencia de conservación en el tejido óseo de dinosaurio de componentes moleculares originales con una composición química distinta. Esta firma química se utilizó para sugerir la presencia de hueso medular (un tipo de hueso producido por las hembras de las aves durante la ovulación) en restos de un T. rex del Cretácico Superior de Montana

Mark Armitage proporcionó nuevos datos14 sobre la exquisita conservación de vasos sanguíneos, osteocitos y colágeno a nivel submicrónico en el cuerno y en las costillas del Triceratops horridus descubierto por él mismo en los depósitos del Cretácico Superior de Montana.15 Las observaciones se basaron en imágenes microscópicas, principalmente de material óseo disuelto. El siguiente paso de este proyecto debería ser el análisis químico del material. Este ejemplo de conservación de tejidos blandos es particularmente impresionante, dada la meteorización relativamente intensa del cuerno (se encontraron raíces, hifas fúngicas y restos de insectos atravesando el cuerno).

Mary Schweitzer y sus colaboradores publicaron un nuevo estudio16 sobre los restos del hadrosaurio Brachylophosaurus canadensis (del Cretácico Superior de Montana) en el que previamente se habían encontrado evidencias de conservación de biomoléculas endógenas.Utilizando un protocolo más riguroso para la preparación de las muestras y mediante técnicas de espectrometría de masas de mayor resolución, recuperaron ocho secuencias peptídicas de colágeno del hueso del hadrosaurio. Dos de las secuencias identificadas replicaron algunas de las encontradas en el estudio anterior, mientras que las otras seis eran nuevas.

Resultados obtenidos en un dinosaurio sauropodomorfo (Lufengosaurus). Varios fragmentos planos y transparentes de tejido blando encontrados a lo largo y en el interior de los canales vasculares de un hueso de las costillas se analizaron con espectroscopía infrarroja aplicada directamente in situ y no en muestras procesadas de hueso.

Un importante estudio presentó resultados obtenidos en un dinosaurio sauropodomorfo (Lufengosaurus) del Jurásico Inferior de China.17Varios fragmentos planos y transparentes de tejido blando encontrados a lo largo y en el interior de los canales vasculares de un hueso de las costillas se analizaron con espectroscopía infrarroja aplicada directamente in situ y no en muestras procesadas de hueso. Esta técnica no destructiva evita la posibilidad de contaminación de la muestra durante la disolución del hueso. El espectro de absorción observado era distintivo y típico del colágeno. Además, se encontraron partículas de hematita (un óxido de hierro) en los canales vasculares así como las lagunas dejadas por los osteocitos. Se interpretó que las partículas se habían formado a partir de iones de hierro unidos a células sanguíneas y a proteínas fijadoras de hierro. Citando a los autores, este estudio proporcionó “una evidencia innegable de que restos de colágeno y proteína se conservaron en el interior de los canales vasculares osteonales centrales de este dinosaurio”.

Finalmente, un interesante abstracto fue presentado en el Congreso de la Sociedad Canadiense de Paleontología de Vertebrados de 2017.18 Fósiles del Cretácico Superior de la formación Dinosaur Park de Alberta mostraron una inesperada elevada tasa de conservación de tejidos blandos. Tras disolver varias muestras de hueso de 25 ejemplares (16 de ellos dinosaurios), incluyendo especímenes conservados en arenisca o en rocas arcillosas y representando diferentes grados de articulación, se buscaron tejidos blandos. De las 22 muestras que se disolvieron satisfactoriamente, 20 (incluidas las muestras de dinosaurio) dieron resultados positivos. Parece que la conservación de tejidos blandos en los fósiles de la formación Dinosaur Park es más común de lo esperado, independientemente del tipo de sedimento y del grado de articulación de los huesos.

Artículos recientes sobre el proceso de conservación

Entender el proceso por el cual las moléculas orgánicas se conservan durante decenas o cientos de millones de años supone un importante desafío para aquellos que aceptan una cronología de “largas edades”. Se cree, por ejemplo, que las proteínas se degradan significativamente en periodos de tiempo mucho más cortos, de apenas unas pocas decenas de miles de años.19 Por esta razón varios estudios están intentando explorar mecanismos potenciales que expliquen la conservación excepcional de tejidos blandos en restos de dinosaurios.

Se ha sugerido que los vasos sanguíneos y las estructuras de osteocitos encontradas en los huesos de dinosaurio podrían no representar el material orgánico original sino imitaciones creadas por biopelículas bacterianas que colonizaron las cavidades del hueso.20 Sin embargo Schweitzer y colaboradores21 realizaron experimentos con biopelículas bacterianas cuyos resultados descartaron esta hipótesis. Curiosamente, durante la preparación de las muestras de hueso para sus experimentos los autores del estudio observaron que la eliminación de compuestos orgánicos del hueso no es fácil, incluso usando un tratamiento agresivo que incluía ciclos sucesivos de calor extremo, blanqueo y tratamiento enzimático. Propusieron que, cuando están encerrados en hueso cortical denso, los lábiles compuestos orgánicos pueden persistir durante más tiempo.

En su artículo sobre el colágeno conservado en un hueso de Lufengosaurus, Lee y colaboradores descubrieron que el colágeno se conserva sólo en los canales vasculares, no en la matriz ósea.17 Dado que el interior de los canales vasculares a menudo contiene partículas de hematita, los autores sugirieron que el colágeno se conservó porque quedó atrapado entre las concreciones de hematita del interior de los vasos y los minerales carbonatados de apatito de la matriz ósea circundante.

Hay quien todavía cuestiona la fiabilidad de los resultados publicados por Mary Schweitzer y su grupo. Por ejemplo, Buckley y colaboradores22 demostraron que todas las secuencias peptídicas presuntamente correspondientes a los dinosaurios T. rex y B. canadensis coinciden con secuencias de colágeno del hueso de avestruz. Esto implicaría que no se puede descartar la contaminación cruzada entre las muestras de dinosaurio y material de avestruz en el laboratorio.

Conclusiones

La discusión en torno a la conservación de tejidos blandos en huesos de dinosaurio es un ejemplo fascinante de cambio de paradigma científico. Aunque todavía existe cierta resistencia, la evidencia de material biomolecular endógeno en fósiles ha llevado a una proliferación de nuevas observaciones y a la búsqueda de datos que previamente se pasaron por alto, sólo porque se consideraban más allá del ámbito de la posibilidad. Es evidente que este campo de estudio posee un gran potencial de crecimiento, incluyendo el estudio sistemático del tipo de moléculas que se conservan con mayor frecuencia en el registro fósil, y posibles niveles diferenciales de degradación y descomposición presentados por estas biomoléculas en los diferentes niveles estratigráficos. Esta área de investigación resulta altamente relevante para los modelos de orígenes, porque tiene implicaciones en la discusión sobre largas vs cortas edades para la edad de la vida en la tierra. ¿Es realista pensar que los tejidos originales se conservaron durante decenas de millones de años? ¿Son más bien evidencias de que desde la muerte del organismo fosilizado ocurrió en un tiempo mucho más reciente, unos cuantos miles de años como máximo? Mi impresión es que la respuesta a estas preguntas no dependerá demasiado de la evidencia en sí misma. Cuando se trata de orígenes y ciencias históricas, las pruebas incuestionables a favor de un modelo tienden a relativizarse. Aquellos que están comprometidos con una cronología de millones de años probablemente intentarán normalizar un suceso que antes se consideraba excepcional, proponiendo escenarios que hagan posible la conservación a través de las “largas edades”. Tal vez uno de los resultados positivos de sus esfuerzos sea una mejor comprensión de la estructura biomolecular, la termodinámica, las vías de desintegración, y la interacción de las biomoléculas con el entorno químico circundante. Sin embargo, aquellos que aceptan la cronología bíblica también tendrán la oportunidad de señalar posibles deficiencias en los mecanismos postulados para la conservación de tejidos blandos a través de las “largas edades”. Por otra parte, el hecho de que la conservación de los tejidos blandos resulte ser más común de lo que anteriormente se pensaba, en lugar de excepcional, encaja bien con el modelo bíblico de los orígenes, con una cronología corta y un diluvio universal. Los tejidos blandos conservados no son una “prueba” de la veracidad de la historia bíblica pero ciertamente son compatibles con una cosmovisión bíblica. De hecho, es muy probable que los ejemplos más exquisitos de conservación de tejidos blandos nunca dejen de desconcertar a aquellos que les asignan antigüedades tan inmensas que resultan incluso difíciles de conceptualizar.

REFERENCIAS

1 Schweitzer, M.H., Biomolecule preservation in Tyrannosaurus rex. Journal of Vertebrate Paleontology, 1993. 13(Supplement to n. 3): p. 56A.
2 Pawlicki, R., A. Korbel, and H. Kubiak, Cells, Collagen Fibrils and Vessels in Dinosaur Bone. Nature, 1966. 211(5049): p. 655-657.
3 Schweitzer, M.H., et al., Soft-tissue vessels and cellular preservation in Tyrannosaurus rex. Science, 2005. 307(5717): p. 1952-1955.
4 Asara, J.M., et al., Protein sequences from Mastodon andTyrannosaurus rex revealed by mass spectrometry. Science, 2007. 316(5822): p. 280-285.
5 Organ, C.L., et al., Molecular phylogenetics of Mastodon andTyrannosaurus rex. Science, 2008. 320(5875): p. 499.
6 Schweitzer, M.H., et al., Biomolecular characterization and protein sequences of the Campanian Hadrosaur B. canadensis.Science, 2009. 324(5927): p. 626-631.
7 San Antonio, J.D., et al., Dinosaur Peptides Suggest Mechanisms of Protein Survival. PLoS One, 2011. 6(6): p. e20381.
8 Schweitzer, M.H., et al., Molecular analyses of dinosaur osteocytes support the presence of endogenous molecules.Bone, 2013. 52(1): p. 414-423.
9 Schweitzer, M.H., et al., A role for iron and oxygen chemistry in preserving soft tissues, cells and molecules from deep time. Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences, 2014. 281(1775).
10 Vinther, J., et al., 3D Camouflage in an Ornithischian Dinosaur. Current Biology, 2016. 26(18): p. 2456-2462.
11 Arbour, V.M. and D.C. Evans, A new ankylosaurine dinosaur from the Judith River Formation of Montana, USA, based on an exceptional skeleton with soft tissue preservation. Royal Society Open Science, 2017. 4(5): p. 161086.
12 Brown, C.M., et al., An Exceptionally Preserved ThreeDimensional Armored Dinosaur Reveals Insights into Coloration and Cretaceous Predator-Prey Dynamics. Current Biology, 2017.
13 Schweitzer, M.H., et al., Chemistry supports the identification of gender-specific reproductive tissue in Tyrannosaurus rex. 2016. 6: p. 23099.
14 Armitage, M.H., Preservation of Triceratops horridus tissue cells from the Hell Creek Formation, MT. Microscopy Today, 2016. 24: p. 18-23.
15 Armitage, M.H. and K.L. Anderson, Soft sheets of fibrillar bone from a fossil of the supraorbital horn of the dinosaurTriceratops horridus. Acta Histochemica, 2013. 115(6): p. 603608.
16 Schroeter, E.R., et al., Expansion for the Brachylophosaurus canadensis Collagen I Sequence and Additional Evidence of
the Preservation of Cretaceous Protein. Journal of Proteome Research, 2017. 16(2): p.920-932.
17 Lee, Y.-C., et al., Evidence of preserved collagen in an Early Jurassic sauropodomorph dinosaur revealed by synchrotron FTIR microspectroscopy. 2017. 8: p. 14220.
18 van der Reest, A.J. and P.J. Currie, Preliminary results of an investigation into the preservation of soft tissue structures in bone from the Dinosaur Park Formation. Vertebrate Anatomy Morphology Palaeontology, 2017. 4: p. 49.
19 Wadsworth, C. and M. Buckley, Proteome degradation in fossils: investigating the longevity of protein survival in ancient bone. Rapid Communications in Mass Spectrometry, 2014. 28: p. 605-615.
20 Kaye, T.G., G. Gaugler, and Z. Sawlowicz, Dinosaurian soft tissues interpreted as bacterial biofilms. PLoS One, 2008. 3(7):
p. e2808.
21 Schweitzer, M.H., A.E. Moyer, and W. Zheng, Testing the Hypothesis of Biofilm as a Source for Soft Tissue and Cell-Like Structures Preserved in Dinosaur Bone. PLoS One, 2016. 11(2): p. e0150238.
22 Buckley, M., et al., A fossil protein chimera; difficulties in discriminating dinosaur peptide sequences from modern crosscontamination. Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences, 2017. 284(1855).

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