È stato estratto (forse) DNA antico da fossili cretacici

Con questa dicitura si indica una qualsiasi traccia di DNA (nucleare e/o mitocondriale) proveniente dai resti di organismi ormai morti, o in casi eccezionali anche dalle tracce fossili. Questo perché tracce di DNA possono sopravvivere per migliaia di anni, anche fino a 500-700 mila anni (Le proteine anche un po' di più). Per essere più corretti, negli ultimi 2-3 anni siamo riusciti a studiare campioni antichi anche 2 milioni di anni circa (grazie signori mammut).

Studiare queste tracce non è facile. Quello che troviamo non è più il DNA originario dell'organismo, di quando era in vita, perché con la morte dell'organismo le cellule si disgregano e il DNA non è più protetto. Infatti, anche solo dopo 100 anni, il DNA originario endogeno corrisponderà a circa l'1%, o anche meno, mentre nei denti e nella rocca petrosa (una porzione dell'osso temporale) anche fino al 20%. Diminuiscono le dimensioni delle molecole di DNA e le estremità di queste molecole subiscono modificazioni, si degradano. La degradazione può avvenire per attività degli enzimi che lavorano indipendentemente e non più sotto il controllo cellulare, per attività microbica, per variazioni del pH, per l'azione dell'ossigeno, per la temperatura ecc.

Uno dei cambiamenti più significativi è la trasformazione della Citosina in Uracile (che di solito sostituisce la Timina). Altri cambiamenti sono la comparsa di siti in cui non sono presenti basi azotate e la modificazione di pirimidine e residui glicosidici.

A cosa è servito tutto questo preambolo?

Quello che si può leggere qui, anche in modo approssimativo, è che le tracce di DNA si preservano per poco tempo e, solo in casi eccezionali (come il ritrovamento di resti "congelati" nel permafrost) o in fossili recenti, c'è la possibilità di trovare qualche frammento 'utile'.

E allora, possibile che sia stato trovato aDNA in fossili cretacici?

Gli autori dello studio affermano di essere riusciti ad estrarre DNA antico di pesci fossilizzati di Lycoptera, antichi pesci del Cretatico inferiore e rinvenuti a Beipiao, nella provincia di Liaoning (Cina).

La prima “anomalia” che salta all’occhio è che non parlano molto del processo di fossilizzazione perché, una scoperta del genere, dovrebbe fornire maggiori informazioni sul contesto geologico. Anche perché questo ci permetterebbe di studiare fossili simili, rinvenuti in matrici rocciose simili, ma viene soltanto detto che i reperti sono stati estratti da tufo formatosi circa 130-140 milioni di anni fa. Spero soltanto che, se questa ricerca dovesse essere pubblicata, si possa investigare sul contesto geologico perché sarebbe una scoperta straordinaria.

Ora, analizzerò i restanti punti della ricerca senza nessuna ‘intromissione’.

Sono state identificate 276 sequenze di Actinopterygii, e ciò è stato possibile grazie ad un metodo innovativo chiamato "Three Stage Online BLASTN (3SONB)". In sostanza, sono state allineate le sequenze di questi genomi, rinvenuti dai fossili, con quelli di vari ordini di pesci Actinopterygii, sia con pinna raggiata che con pinna non raggiata. Alcuni frammenti di DNA antico mostrano delle “somiglianze”, sia con tutti e due i gruppi che con altri phyla, in quanto alcune regioni genomiche parrebbero essere altamente conservate.

L’analisi filogenetica ha combinato il DNA antico e sequenze odierne di DNA, concentrandosi maggiormente su quattro sequenze codificanti proteine: α-tubulina, NFkBp105, STK-PP1β e SOGA3.

I risultati rivelano ciò: Lycoptera si trova, filogeneticamente parlando, tra Osteoglossiformes e Clupeocephala, portando quindi a capire che le specie di Lycoptera sono strettamente legate e imparentate a quelle di Osteoglossiformes e con Cyprinoformes.

Ma, paradossalmente, sembrano non esserci connessioni genetiche tra questi gruppi in quanto si trovano isolati dal punto di vista geografico, come se lo scambio genetico tra questi gruppi si forme fermato.

Tutto questo è molto importante perché, in genere, queste ricostruzioni si basano sulle caratteristiche anatomiche e paleontologiche, e non sul DNA. Anche perché, come sappiamo anche grazie a studi genetici di fossili un po’ più “recenti”, le analisi anatomiche non corrispondono il più delle volte a quelle paleontologiche.

Gli autori, anche giustamente, affermano che il DNA o il RNA svolgono un ruolo molto importante nella regolazione dello sviluppo delle componenti morfologiche, e qui si analizzerà una componente evoluzionistica che caratterizza una grande quantità di gruppi di pesci: l’isolamento geografico (e una progressiva diluizione delle somiglianze genomiche e morfologiche).

Alcuni pesci odierni a pinna raggiata sono il prodotto di antiche modificazioni ambientali che hanno comportato l’isolamento di certi antichi gruppi. Con il passare del tempo, ogni gruppo isolatosi è stato caratterizzato dalla comparsa di nuove e uniche mutazioni rendendo gruppi imparentati tra di loro, caratterizzati magari da antenati comuni, sempre più distanti dal punto di vista genetico. Insomma, questo comporta la scomparsa nel corso del tempo di "somiglianze" di sequenze omologhe di DNA proprio a causa delle mutazioni indipendenti accumulate.

Tuttavia, se c’è uno scambio genico tra questi genomi, questo può comportare un rallentamento di questa perdita di sequenze omologhe attraverso processi biologico-evolutivi come quello della conversione genetica, come è accaduto nei gruppi di pesci citati prima.

Ritornando al discorso di prima, Cypriniformes e Lycoptera sembrano condividere un antenato comune. Tutto molto bello, vero? E invece, come per ogni ricerca scientifica che si rispetti, c’è qualche problema. Infatti, i fossili di Cypriniformes sono antichi circa 60 milioni di anni, e di conseguenza c’è una discrepanza di almeno 133 milioni, e ciò implica che questo gruppo si sia originato ben prima della disgregazione del “supercontinente” Pangea. Questo è un dato interessante perché i cipriniformi sono tipici di ambienti di acqua dolce e sono distribuiti in tutto il mondo (ad esclusione dell’Antartide, dell’Australia e del Sud America).

Ritorniamo alla frase riportata prima: DNA e RNA svolgono un ruolo molto importante nella regolazione dello sviluppo delle componenti morfologiche. Le morfologie degli antenati degli attuali ciprinoformi erano molto diverse da quelle attuali, e ciò ha portato ad un graduale predominio di “sottogenomi” recessivi. In parole povere, geni e caratteri recessivi sono diventati frequenti proprio per via della suddivisione di questi antichi genomi in sottogenomi, e così facendo morfologie recessive sono diventate dominanti (e diverse) e più “frequenti” per ogni “nuovo” (sotto)gruppo, portando così alle morfologie che caratterizzano i ciprinoformi odierni.

In sostanza, il genoma di Cyprinoformes contiene componenti genetiche tipiche di Lycoptera, e ciò indica che quest’ultimo possa essere un antenato diretto proprio dei ciprinoformi.

I ricercatori, inoltre sembrano aver identificato una sequenza di DNA ribosomiale (28S) associata al genoma di Mesomycetozoea, un gruppo di organismi flagellati appartenenti al gruppo Opisthokonta. In parole povere, sembrano esserci tracce di antiche relazioni simbiotiche tra questi parassiti e le prede di questi pesci fossili.

I ricercatori sembrano aver identificano 7 sequenze di DNA antico corrispondenti a due generi di gamberetto e a una specie di ragno marino. Insomma, i decapodi parrebbero essere stati lo spuntino di questi pesci fossili.

Inoltre, la tomografia computerizzata a raggi X sui fossili, non ha trovato tracce di altri organismi, concludendo che si tratta di specie simbiotiche di Lycoptera (includendo sia le prede che i parassiti).

Quello che mi lascia perplesso…

Non essendo ancora una pubblicazione a tutti gli effetti, ci possiamo dare dentro commentando questo articolo. Posso dirvi, per quel poco che conosco, mi sembrano lavori troppo “lineari”, come se gli autori avessero studiato organismi in vita. Conoscendo un po’ i vari fenomeni tafonomici, mi sembra difficile pensare che certi resti fossili abbiano potuto restituire informazioni che sono in genere difficili da reperire quando si studiano organismi estinti ma recenti, come Neanderthal e compagnia bella. Non trovo nessuna spiegazione sul contesto geologico, perché è fondamentale sapere dove e come si sono fossilizzati questi organismi, e quali tipologie di sedimento (o qualsivoglia condizione ambientale) abbia potuto permettere la preservazione di DNA antico. Voi cosa ne pensate?

Fonte ricerca: Insights from the Early Cretaceous: The promise of Lycoptera aDNA sequencing Wanqian Zhao, Zhanyong Guo, Zengyuan Tian, Tongfu Su, Gangqiang Cao, Zixin Qi, Tiancang Qin, Wei Zhou, Jinyu Yang, Mingjie Chen, Xinge Zhang, Chunyan Zhou, Chuanjia Zhu, Mengfei Tang, Di Wu, Meirong Song, Yuqi Guo, Liyou Qiu bioRxiv 2023.06.18.545504