sábado, 2 de febrero de 2019

Arqueogenómica: el ADNa de los sedimentos y las nuevas posibilidades de investigación. Denisova y otros casos.




Introducción

La introducción de los análisis genéticos en el estudio de la evolución humana desde hace más de 40 años, pero especialmente su desarrollo durante la última década, han supuesto una auténtica revolución en la forma que tenemos de entender y construir nuestro pasado evolutivo. Sus aportaciones nos han permitido deshacernos del simplista dibujo lineal de nuestro árbol genealógico en que cada una de las especies sucedía a la anterior en un estricto orden espacial y temporal y sustituirlo por la elaboración de complejas líneas temporales con diversas ramas, unas más exitosas que otras y casi todas extintas en la actualidad, en las cuales diferentes especies compartieron territorios y tiempos, además de interrelacionarse genéticamente entre ellas, revelando de esta forma patrones demográficos: reemplazo, migración y mestizaje de poblaciones y especies (Slatkin et al., 2016) sorprendentes si recuperamos las perspectivas de hace poco màs de una década.

Un ejemplo de esto es la determinación de las relaciones genéticas establecidas entre los homínidos antiguos del Pleistoceno y los primeros humanos modernos: entre los denisovanos, neandertales y HAM, así como una cuarta población humana aún por establecer con exactitud. Más allá del aspecto ya señalado de la profundización en nuestra comprensión de la evolución humana y la dispersión de nuestra especie desde nuestra cuna en África (al menos por el momento), quizás el resultado más sorprendente obtenido por la paleogenética sea el descubrimiento de una nueva especie humana, los Denisovanos, una población homínida arcaica que hasta el momento de su documentación genética era desconocida debido a la absoluta ausencia de restos fósiles (Krausse et al., 2010).


docum graf PORTADA3.png

El continuo y desbordante perfeccionamiento de las técnicas de recuperación de ADN fósil está permitiendo obtener una gran información genética de recursos impensables hasta hace unos pocos años. En este sentido una de las técnicas más sorprendentes que se ha desarrollado desde hace poco más de una decena de años (Haile 2007) y que presenta un mayor potencial informativo de cara al futuro es el denominado ADN de los sedimentos, que no es más que una parte de los ya extensos estudios de ADN ambiental (Fig. 1.) (Pedersen et al., 2014). Su aplicación al registro arqueológico tiene múltiples facetas como la reconstrucción de paleoambientes, el estudio de paleodietas, la determinación de rutas migratorias, el descubrimiento de poblaciones y especies humanas hasta ahora desconocidas, la determinación de cómo un grupo se convierte en otro genéticamente distinto con el paso del tiempo o determinar la diversidad genética de las ocupaciones de las cuevas, entre otros muchos. El estudio sedimentario del ADNa amenaza con una previsible resolución de problemas con un difícil abordaje desde los enfoques tradicionales de la arqueología y la paleoantropología.

 
Fig. 1. Mapa con los yacimientos en dónde se ha documentado eDNA. En azul los yacimientos con sedaDNA.

En este trabajo analizaremos en profundidad dos de los papers referentes a estudios de ADNa sedimentario con mayor repercusión científica y mediática. El 1ª fue presentado en 2014 y supuso una notable sorpresa al adelantar 2000 años el contacto de las sociedades de C-R en las Islas Británicas con el proceso de neolitización a través del consumo de trigo doméstico de las zonas de Europa donde el Neolítico era una realidad asentada.

 El segundo de los papers sobre los que trabajaremos se publicó en 2017. Por primera vez, en un trabajo científico se exponían los resultados obtenidos en la secuenciación de DNAa homínido conservado en los sedimentos de yacimientos en cueva. Concretamente en los sedimentos de varias cuevas del Pleistoceno medio y tardío euroasiático, obteniendo resultados realmente prometedores. La importancia del trabajo radica en una característica intrínseca de la conservación de los fósiles óseos humanos, estos son una rareza cotizada en el registro arqueológico y paleoantropológico. Por lo tanto, la capacidad de recuperar ADNa de homínidos más allá de la presencia o no de macrofósiles es un paso adelante en las posibilidades de aproximarnos a nuestro pasado evolutivo.

Antecedentes y breve reseña de un caso práctico

Antes de profundizar en esos dos trabajos haremos una breve reseña de dos antecedentes en los que se ha recuperado ADNa (animal y vegetal) de los sedimentos, porque más allá del impacto mediático que ha tenido la reciente caracterización de ADNmt humano en estos, la técnica tenía ya un recorrido significativo y había sido aplicada en otros muchos contextos arqueológicos. No es, por lo tanto, una técnica tan novedosa como ha sido divulgado, quizás lo es el resultado obtenido.

El primer artículo “Diverse Plant and Animal Genetic Records from Holocene and Pleistocene Sediments” (Willerslev et. al, 2003) se publicó en 2003 en Science. Reseñamos este trabajo por su carácter pionero y por presentar resultados de sedimentos dispares en sus características. En el mismo se dan a conocer los análisis genéticos sedimentarios del permafrost en Siberia así como de sedimentos templados de Nueva Zelanda, demostrando las posibilidades de conservación del ADNa animal y vegetal, incluso durante largos períodos de tiempo, de hasta 400.000 años. Siendo posible también en ausencia de macrofósiles dentro de los yacimientos, como en el caso de Siberia en que las secuencias genéticas determinaron la presencia de diversos taxones de especies tan características del Pleistoceno como el mamut, el bisonte y el caballo.

El segundo de los trabajos a reseñar apareció publicado en 2009 en la revista PNAS bajo el epígrafe “Ancient DNA reveals late survival of mammoth and horse in interior Alaska” (Haile et al., 2009). Su inclusión reseñada nos pareció oportuna al permitirnos ejemplificar una de las potenciales aplicaciones de la técnica, la datación de extinciones. En él se recoge la pervivencia del mamut lanudo y el caballo en extensas zonas del interior de Alaska hasta al menos 10,500 años BP, lo cual en su momento contradecía en varios milenios las fechas de extinción determinadas por la ausencia de restos macrofósiles. De igual forma, estos datos pusieron en cuestión la coincidencia entre la extinción de la megafauna y la llegada del HAM a América. Se trabajó a partir de núcleos de sedimentos congelados.

Además de estos dos antecedentes, resumiremos brevemente un paper reciente, “DNA evidence of bowhead whale exploitation by Greenlandic Paleo-Inuit 4,000 years ago” (Seersholm et al., 2016). En esta ocasión hemos considerado este artículo por la interesante aplicación de sedaDNA a la reconstrucción de las paleodietas y las economías de subsistencia de las culturas prehistóricas e históricas en Groenlandia. Los resultados confirmaron los datos recogidos por el registro macrofósil, documentado la explotación de las mismas especies tanto salvajes como domésticas pero además este tipo de estudios mostró una mayor precisión al dejar al descubierto la importancia económica que habían tenido especies como el caribú, la ballena o la morsa cuyo sesgo en la conservación hace que se haya subestimado su importancia. Estamos ante un ejemplo de cómo los estudios de sedaDNA permitirán conocer con mayor precisión las paleodietas de las poblaciones antiguas.

Comentario metodológico

Resulta un poco obvio recordar aquí la formación de las acumulación de sedimentos en los yacimientos arqueológicos y su origen tanto natural como antrópico. Como hemos visto, desde hace poco más de una década el aDNA se empieza a tomar en consideración como uno de los elementos que pueden formar parte de los sedimentos. Ese aDNA tiene o tuvo múltiples focos de procedencia y su presencia sedimentaria puede ser consecuencia de la caída (corte) de cabellos, de hemorragias de los ocupantes de los yacimientos, de heces orina y vómitos, de partos o incluso de la descomposición de la piel, carne y grasa de los cuerpos.


La metodología de la recogida de muestras genéticas requiere una explicación que excede los objetivos de este trabajo pero en pocas palabras se puede decir que es necesario implementar métodos de asepsia que eviten cualquier tipo de contaminación de las muestras con ADN moderno durante la recogida, el traslado, almacenamiento de las mismas y por último en el submuestreo. Los análisis se realizan en laboratorios especializados bajo un estricto protocolo de control de las posibles fuentes de contaminación.  

El tamaño de las muestras para extraer grandes cantidades de ADN es muy reducido, apenas unos gramos (Fig. 2). Para el análisis de DNA procedente de muestras óseas, por ejemplo, es muy útil la secuenciación shotgun, técnica de consistente en determinar la secuencia del ADN del genoma de un organismo por medio de la ruptura del genoma en diminutos fragmentos de ADN que a través de un software busca coincidencias en las secuencias de ADN y las utiliza para ordenar los fragmentos individuales en el orden correcto que permita reconstruir el genoma. Sin embargo, la presencia ADN de bacterias y la casi imposibilidad de asignar secuencias cortas de ADN nuclear a taxones de mamíferos en sedaDNA limita su utilidad en el análisis de sedimentos.

Con esto se producen genotecas o bibliotecas de ADN clonado de cadena simple a las que se les aplica un criterio taxonómico para identificar el tipo de secuencias presentes. Posteriormente se buscan en las alicuotas similitudes con ADN mediante la captura por hibridación en el que se emplean sondas para los diferentes genomas.  Las sondas son fragmentos de ADN o ARN de cadena simple, complementarias a la región de ADN o ARN que queremos encontrar. Contienen alguna "marca" que permite revelar su unión (hibridación) a la secuencia elegida y de esa manera revela presencia de la región buscada.



Fig. 2. Preparación de una muestra de sedimentos para extraer su ADN. La cantidad apenas llega a unos gramos.

            La transición del Mesolítico al Neolítico en las Islas Británicas a partir del ADN sedimentario: Sedimentary DNA from a submerged site reveals wheat in the British (Allaby, R. et al., 2014).

Una de las investigaciones que ha desarrollado de forma práctica la recuperación del ADN sedimentario se plasmó en forma de resultados en el artículo científico “Sedimentary DNA from a submerged site reveals wheat in the British”. Esta investigación ha permitido documentar la primera evidencia de consumo de una variedad de trigo (Triticum monococcum) o escanda en un yacimiento arqueológico localizado en la actualidad bajo el mar de la costa sur de Inglaterra, concretamente en Bouldnor Cliff, sito en la isla de Wight (Fig. 3), en donde se localizó un paleosuelo mesolítico en un perfecto estado de conservación y cuya datación se remonta a fechas muy tempranas en referencia a la llegada de la agricultura a las islas, 8000 BP.


Fig. 3. Localización del yacimiento Bouldnor Cliff en la Isla de Wigth.




           
El trabajo fue recogido en la revista científica Science en el año 2015. Las investigaciones de arqueología subacuática (Fig. 3.) se desarrollaron bajo la dirección del Dr. Robin Allaby, adscrito a la Universidad de Warwick, en colaboración con el profesor Vicente Gaffney de la Universidad de Bradford y el profesor Mark Pallen de Warwick Medical School y algunos otros investigadores.

El equipo de trabajo propone como la hipótesis más plausible para fundamentar la presencia de trigo doméstico en las muestras de sedimento submarino la existencia de fuertes  redes sociales y comerciales en la Europa postpaleolítica. En ese sentido, ese ADNa de trigo actuaría de “testigo actual” (Allaby 2015) de los contactos que las sociedades mesolíticas del territorio continental de las Islas Británicas mantenían con buena parte de la Europa continental, en la cual ya se expresaba de forma nítida los sistemas productivos propios del Neolítico. Por lo tanto, tenemos sociedades de cazadores-recolectores que conocen otros sistemas productivos e incluso consumen los productos generados por los grupos neolíticos pero mantienen su propio sistema predatorio.

Las hipotéticas redes comerciales se establecerían  a partir del aprovechamiento de los puentes naturales de tierra que en parte habrían unido la costa sureste de Gran Bretaña con el continente europeo en los momentos finales de la máxima expansión glaciar. Estos actuarían como elementos necesarios y propiciatorios de los intercambios económicos entre los grupos humanos que cohabitaban Europa, por un lado las sociedades aún predadoras de los cazadores-recolectores post-paleolíticos en las islas y las incipientes sociedades productoras de agricultores continentales del sur de Europa.

Algunas de las variedades del cereal del trigo documentado en la investigación ya eran cultivadas comúnmente en zonas del sur de Europa, en donde el proceso de neolitización estaba ya bastante avanzado durante el momento Mesolítico en que se trabaja en el yacimiento británico. En total se tomaron 4 pequeñas muestras (Tabla 1) del sedimento terrestre original, el paleosuelo mesolítico asociado a restos orgánicos (avellanas y conchas) que a partir del deshielo postglaciar quedó sumergido en las aguas del mar de Inglaterra. Fueron muestreadas en intervalos sucesivos de 2 cms comenzando por la zona superior de la estratigrafía. Cada muestra es una equivalencia temporal aproximada de una década.

         Tabla 1. Número de muestras, datos y ADN aportado por cada muestra.

Los datos arrojados por el análisis del sedaDNA[1] extraído permitió la reconstrucción paleoambiental que completaba los datos procedentes de los análisis palinológicos. Hace 8000 años dominaba un paisaje de tipo boscoso que incluía la presencia de arbolado pertenecientes a diversos géneros y familias como el roble, el álamo, el manzano, el álamo o el haya. Estos bosques estaban rodeados de unos abundantes pastos. El roble y el álamo también se detectaron en el perfil de polen, mientras que el manzano, el haya y el aliso se han documentado a partir de los restos arqueológicos de madera trabajada aparecidos en el yacimiento.

Los análisis genéticos se complementaron con los análisis palinológicos que a su vez reflejaron la abundancia de especies de herbáceas (Poaceae). Se puede diferenciar claramente dos partes en la estratigrafía. La primera comprendería los dos estratos inferiores, de  0 a 2 y de 2 a 4 cms, dominados principalmente por los clados de las herbáceas aunque también se secuenciaron genomas coincidentes con Triticeae, de las Pooideae, con porcentajes de presencia relativamente pequeños, en torno al 4%. Triticeae engloba una serie géneros en los que destacan plantas domesticadas propias del cultivo de cereales. Esta significativa presencia se dispara en los estratos superiores, en ellos las lecturas asignadas a Triticeae crecen para dominar en dichos estratos, de 4 a 6 y 6 a 8 cms. En base al análisis de los datos obtenidos, los autores concluyen que la hipótesis más consistente es que las señales de la presencia de polen del trigo no signifiquen un origen autóctono del cultivo del cereal sino que tenga un origen externo.

            Este origen exógeno del polen del trigo se reafirma al contextualizar su documentación en el perfil general de un hábitat propio de cazadores-recolectores mesolíticos, que se traza por la presencia de los genomas de los mamíferos documentados en el análisis del sedaDNA. Cabe destacar la importante señal de géneros como Bovidae y Canis, es decir, uros, perros y lobos. Estos se completan con otros menos abundantes que responden a especies de la familia de los ciervos, los urogallos y del género rodentia.

En el apartado de las dataciones, los resultados nos retrotraen a un momento temprano, con sociedades postpaleolíticas de cazadores-recolectores que consumen trigo doméstico 2000 años antes de la hasta ahora supuesta introducción de la agricultura en el Reino Unido, dicho con otras palabras, adelanta en gran parte los primeros y tímidos pasos del proceso de neolitización en las Islas Británicas.

En las dataciones radiocarbónicas del yacimiento se trabajó con un total de 21 muestras de de madera y restos orgánicos de origen vegetal que habían sido extraídos de las muestras de sedimentos. A partir de los resultados obtenidos, se ha podido inferir una inundación marina de los paleosuelos del yacimiento  entre 8020-7980 cal BP, que representa la última fecha de actividad humana en el sitio, con inundación completa en 7990 hasta 7900 cal año BP (Tabl 2).

Tabla 2. Resultados de las dataciones radiocarbónicas.


            La consecuencia más interesante extraída de la investigación para el conocimiento de las sociedades prehistóricas en la actual Inglaterra es que las poblaciones de hace 8000 años no eran insulares y a pesar de representar sistemas productivos diferentes con respecto a las poblaciones neolíticas continentales (especialmente del sur de Europa), mantenían con estas importantes y fluidos contactos económicos, sociales y culturales, y quizás también genéticos a pesar de las diferencias en sus sistemas económicos. Esto se explica en parte a causa de la gran movilidad de las sociedades mesolíticas.

Este contacto fluido permitió la llegada de una variedad de trigo antiguo, la escanda,  2000 años antes del asentamiento en las islas de la propia neolitización, por lo que podríamos estar ante un proceso gradual bastante espaciado en el tiempo. Existe un gran decalaje entre las fechas neolíticas británicas y la presencia del trigo, decalaje que se reduce a 400 años con los principales yacimientos neolíticos del norte de Europa. Por contra, el Neolítico desarrollado en el sur de Europa entra en íntima relación con el desarrollo de la cerámica cardial que en el sur de Francia se data en fechas tempranas en torno al 8000 BP. Es más, es posible que los yacimientos más antiguos de la dispersión litoral de esta cultura posiblemente sumergidos.

Hace 8.000 años las poblaciones humanas que ocupaban las islas británicas vivían bajo un sistema productivo propio de las sociedades de cazadores-recolectores, mientras que de forma contemporánea se iba desarrollando el imparable proceso de neolitización en el sur de Europa que de forma progresiva irá introduciendo una economía productiva basada en la extensión de los cultivos y de la agricultura y el consiguiente proceso de asentamiento sedentario en pequeños poblados, con la consecuente transformación del paisaje y el paisanaje europeo. Para la llegada de la escanda a las Islas Británicas fue indispensable el contacto entre mesolíticos “británicos” y los agricultores neolíticos incipientes del resto Europa.

Conclusiones

En buena parte, este estudio puede aportar indicios para comprender como emergió el proceso de neolitización ya no solo en las Islas Británicas sino también en otras partes del planeta, es decir, de qué forma se desarrollo la transición del Mesolítico al Neolítico, y cómo durante ese periodo transicional diferentes sistemas productivos se relacionan entre si.

El análisis de sedaDNA aplicado a sedimentos terrestres y marinos se ha demostrado  muy eficaz en la compilación de información de contextos paleoambientales, generando un mayor rango de datos y con una mayor precisión que el estudio de los conjuntos de macrofósiles y que los análisis polínicos.

La gran sorpresa, el ADNa humano en los sedimentos: Neandertal and Denisovan DNA from Pleistocene sediments (V. Slon et al., 2017. Science)

En el pasado año de 2017 se produjo la publicación de uno de esos trabajos que suponen un punto de inflexión en el desarrollo de la investigación en la Evolución Humana ya que por primera vez se recuperó aDNA de homínidos extintos sin la necesidad de hallar y trabajar sobre los fósiles óseos. La responsable de la investigación fue Vivian Slon que, al frente de un grupo internacional de trabajo, publicó en la revista Science un artículo científico con los resultados obtenidos de la aplicación de las técnicas de recuperación de ADN fósil a los sedimentos de 7 cuevas del Pleistoceno Medio y Superior europeo. Estas siete cuevas fueron El Sidrón (España), Vindija Cave (Croacia), La Caune de L´Aragó, Les Cottés (Francia), Trou Al´Wesse (Bélgica), Denisova Cave y  Chagyrskaya Cave (Rusia).

Este trabajo trasciende las repercusiones de otros trabajos precedentes en la recuperación de ADN de los sedimentos porque en sí mismo podemos decir que se trata de una prueba de concepto, esto quiere decir, que es la demostración práctica de una técnica, en este caso para la recuperación de ADNa homínido y repercute en la creación de nuevas ventanas de oportunidades para la investigación de aspectos de nuestro pasado en los cuales hasta la fecha no había posibilidades de obtener información debido a la ausencia de restos óseos fósiles de homínidos en determinadas zonas geográficas o yacimientos arqueológicos.

El trabajo consistió en el aislamiento del ADN de diversos taxones de mamíferos (incluidos los homínidos) recogidos en los sedimentos de las cuevas anteriormente citadas. En el conjunto fueron tomadas hasta 85 muestras, de ellas 36 fueron recogidas para el estudio y 49 procedían de trabajos anteriores y habían sido recogidas para ser datadas por termoluminiscencia (Tabla. 3). El objetivo fundamental consistió en determinar las posibilidades de conservación del ADN de mamíferos, especialmente de homínidos, en la matriz de sedimentos de las cuevas pleistocénicas. En la elaboración del muestreo se abarcaron unas amplias horquillas, tanto temporales como espaciales (Eurosia), con muestras de una antigüedad de 14000 kya, las más recientes y de 550 kya para los periodos más remotos.

Tabla 3. Reparto de muestras sedimentarias en cada yacimiento.
Yacimiento
Nº de muestras tomadas
Les Cottés
4
Caune de L´Arago
13
Trou Al´Wesse
5
El Sidrón
1
Vindija Cave
1
Denisova Cave
3
Denisova Cave
49
Chagyrskaya Cave
9
Total de yacimientos
84

Nº de muestras recogidas en cada yacimiento. En azul las muestras regocidas ex profeso para el estudio. En rojo las muestras recogidas para dataciones pero utilizadas en el estudio. En marrón el total de muestras.

Los análisis permitieron la documentación genética tanto de homínidos como de otros grandes mamíferos. En el caso de los humanos arcaicos resultó positivo en 9 de las 85 muestras. Estas nueve muestras proceden de 9 capas que a su vez proceden de cuatro yacimientos arqueológicos: El Sidrón, Trou Al´Wesse, Denisova Cave y  Chagyrskaya Cave.

De ellas, ocho muestras habían conservado ADN mitocondrial de uno o varios individuos neandertales y solamente uno de los genomas recogidos en la cueva de Denisova contenía ADN de otra población homínida distinta y también extinta, en esta caso los denisovanos. Las muestras de Les Cottés (Francia) y Vindija Cave solamente mostraron resultados positivos en la presencia de ADN de mamíferos, sin haberse podido documentar genoma homínido. Por contra, en El Sidrón el único ADN recuperado es homínido. En el lado negativo quedó la cueva Caune de L´Aragó donde no se pudo recuperar ningún ADN. Con la excepción de esas dos cuevas, en las 5 restantes se rescató el ADN de 12 familias de mamíferos (Fig. 5), entre ellos cabe destacar los cricétidos, bóvidos, mustélidos, équidos, cérvidos y cánidos. La representación genética de mamíferos encaja con los registros zooarqueológicos de los yacimientos
.

Fig. 5. Gráfico con la leyenda de los mamíferos documentados en cada yacimiento.

            Otro de los análisis que se llevaron a cabo fue la evaluación comparativa de la cantidad de ADN que es posible recuperar en función de que las muestras procedan de sedimentos o bien de restos óseos. Para ello se procedió al recuento del número de fragmentos de ADNmt recuperados en cada miligramo de hueso y de sedimento. La comparación se hizo con muestras recogidas en las mismas capas de los mismos tres yacimientos arqueológicos. El rango de ADNmt de homínidos que fueron recuperados de las muestras de hueso varió entre los 28 a los 9.142 por miligramo de hueso, por contra las muestras sedimentarias aportaron un rango que iba desde los 34 a los 4,490 fragmentos de ADNmt de mamíferos en el sedimento. Esto pone de manifiesto que los sedimentos conservan grandes cantidades de ADNmt.

En la secuenciación del sedaDNA uno de los problemas fundamentales es controlar con precisión el posible movimiento de ADN a través de los niveles arqueológicos para descartar posibles contaminaciones de los niveles más antiguos con ADN más moderno procedentes de las capas superiores. Esta potencial mezcla postdeposicional puede derivarse de la saturación de los sedimentos por la acumulación de grandes cantidades de ADN en un punto concreto, por ello es importante un riguroso control estratigráfico.

La metodología implementada para argumentar la presencia de estratigrafías sin contaminación genética moderna en los diferentes estratos que aportaron restos de ADN de mamíferos consistió en la comparación de los taxones de mamíferos identificados en base al ADN con los provenientes de los registros arqueológicos. La identidad entre ambos registros permitió a los autores concluir la integridad de la distribución espacial del ADN antiguo.

El anterior párrafo se ejemplifica en el caso de la cueva rusa de Chagyrskaya. El ADNmt recuperado respondía a  patrones de degradación propios del ADN antiguo y se documentó en niveles arqueológicos muy ricos en restos óseos y líticos. En contraposición, el nivel inmediatamente inferior estratigráficamente hablando, que arqueológicamente era estéril, también lo fue en la identificación de ADN perteneciente a taxones de mamíferos antiguos. Por otro lado, también se comprobó como las secuencias de ADNmt que correspondía a mamut lanudo y a rinoceronte lanudo se documentaron niveles coherentes del Pleistoceno Superior, estando ausentes en los niveles arqueológicos posteriores a la extinción propuesta para estos taxones. Esta es la argumentación para sostener la no contaminación genética de la estratigrafía, es decir, que para la cueva de Chagyrskaya no hubo movimientos intraestratigráficos de fragmentos de ADN mitocondrial hacia abajo.

Las alteraciones y contaminación postdeposicionales de la estratigrafía depende en gran parte de las condicìones de cada uno de los yacimìentos arqueológicos por lo que la toma metódica de muestras de sedimentos en cada yacimiento es imprescindible para controlar los movimientos intraestratigráficos, estas deben ser rigurosamente estudiados en cada sitio arqueológico antes de que el ADN recuperado pueda ser vinculado a un nivel arqueológico específico. Para implementar dicho control es preciso planificar un muestreo de alta intensidad que controle tanto la capa en la que fue recogida la muestra de sedaDNA los niveles estratigráficos que estén en relación estratigráfica con el nivel estudiado.

El ADN homínido en los sedimentos

Más allá de los datos referidos a diferentes taxones de mamíferos que pueden resultar muy relevantes, una de las prioridades fundamentales fue la secuenciación ADNa homínido. De esta forma, en cuatro de los yacimientos arqueológicos se obtuvieron resultados positivos en la reconstrucción de parte del genoma humano, concretamente del ADN mitocondrial, documentándose de esta forma la presencia de dos poblaciones humanas extintas, Homo neandertalensis y denisovanos. El ADNmt resulta más fácil de recuperar que el ADN nuclear por ser más numeroso en las células eucariotas, del primero hay 100 copias por célula y del segundo únicamente 2.

Por cuevas, el análisis del sedaDNA permitió recuperar secuencias neandertales de ADN mitocondrial en la cueva asturiana de El Sidrón y en las cuevas localizadas en los montes de Altai, tanto en Chagyrskaya como en Denisova Cave. En estas tres cuevas la presencia neandertal ya estaba documentada en base a los restos de fósiles óseos aportados por el registro arqueológico. Del mismo modo, el aDNA también está presente en los sedimentos de la cueva belga de Trou Al'Wesse el ADN neandertal. La particularidad de este yacimiento es que su registro arqueológico carece de restos fósiles óseos de homínidos durante el Pleistoceno medio. De cualquier forma, estos resultados (la presencia genética de Homo neanderthalensis) parecen coherentes con la industria lítica musteriense documentada en el registro arqueológico.

El resultado con mayor interés nos remite a los sedimentos de la cueva rusa de Denisova, en la cual se ha documentado la ocupación alternante de las poblaciones neandertal-desinovana (Fig. 5). En esta cueva, se conocía con anterioridad la presencia de ambas poblaciones homínidas arcaicas por los datos arqueogenómicos aportados por su registro fósil óseo. En los niveles asociados a complejos industriales del Paleolítico Medio en lo que es la Galería principal del yacimiento, con anterioridad no existía constancia arqueológica de restos fósiles neandertales, sin embargo los análisis de sedaDNA permitieron la reconstrucción de la secuencia de ADN mitocondrial de Neandertal. En la Galería Este del mismo yacimiento la identificación de ADN mitocondrial aportó incluso mejores resultados con señales del genoma de Homo neanderthalensis y Denisovano dentro de su estratigrafía inferior. Esta zona de la cueva es donde en 2008 ya se habían hallado los restos óseos de homínidos arcaicos  (Krause et al., 2010) que permitieron el hito de descubrir por primera vez una especie humana a través de la secuenciación de su genoma y no por sus restos fósiles. Esta presencia homínida interestratigráfica argumenta la presencia simultánea de ambas poblaciones homínidas, conviviendo en las montañas de Altái y aporta un hipotético escenario espacial y temporal para el intercambio genético ya documentado entre ambos grupos humanos. Recordemos que hasta un 17% del genoma denisovano procede de la hibridación con Homo neanderthalensis. Cabe señalar que el sedaDNA del nivel 15 de Denisova Cave (su estrato base, el más antiguo) es en estos momentos la prueba arqueológica más temprana (antigua) de la existencia de esta población.

Fig. Estratigrafía de la cueva de Denisova, con ocupaciones alternativas de neandertal y denisovanos.



Conclusiones

            Las técnicas de recuperación del ADNmt por captura por hibridación a partir de muestras sedimentarias se ha revelado como una metodología relativamente muy eficaz en su aplicación a yacimientos en cueva del Pleistoceno medio y superior, al menos ante la ausencia o la escasez de macrofósiles óseos en el registro arqueológico pleistocénico. Sin duda, su implementación futura aportará un enriquecimiento de las muestras disponibles de los genomas mitocondriales de neandertales y denisovanos. También es posible que en el futuro más inmediato los resultados se vean enriquecidos con la documentación de ADNn, con una mayor carga informativa que el ADNmt, que de momento únicamente ha permitido la certificación de los diferentes taxones en cada estrato.

El estudio demuestra su eficacia incluso para aquellas muestras que no fueron recogidas ex profeso para el análisis genético y que se han conservado a temperatura ambiente durante largos periodos. Algunas de las muestras que responden a estos casos y que se pueden mostrar perfectamente válidas para la recuperación aDNA son las muestras de sedimentos recogidas con el objetivo de llevar a cabo dataciones, también las muestras tomadas para los análisis de la formación de los yacimientos o incluso para la reconstrucción de los paleoambientes en los yacimientos a través de los análisis palinológicos. Sin duda, su extensión y popularización en las investigaciones del Paleolítico determinará el conocimiento que acumulamos de las primeras etapas de la Humanidad. Por concluir con un pensamiento, ¿la aplicación de esta técnica a los sedimentos de las cuevas con representaciones gráficas paleolíticas determinará quienes fueron los creadores del primer “arte” (ante las dudas que algunos tienen)?.

Sin embargo, a pesar de este prometedor panorama que se adivina en el horizonte, es preciso explorar aún cuáles pueden ser los límites de esta técnica. No hemos de olvidar los resultados negativos para las muestras más antiguas. De momento, son 130.000 los años para el ADNmt más antiguo recuperado de los sedimentos, lejos aún de los 430.000 para el ADN más antiguo recuperado a partir de muestras óseas de la Sima de los Huesos-Atapuerca (Meyer et al., 2016), además de ser ADN nuclear.

Bibliografía

            Hailea, J., Froeseb, D., MacPheec, D. E., Robertsd, R.G., Arnoldd, L., Reyes, A.V., Rasmussen, M., Nielsene, R., Brookf, B.W.,  Robinson, S., Demurod, M., Gilberta, T.P.,  Munche, K., Austing, J.J., Cooperg, A., Barnesh, I., Mölleri, P., Willersleva, E., 2009. Ancient DNA reveals late survival of mammoth and horse in interior Alaska. PNAS VOLUMEN 106 22352–22357.

Haile, J., Holdaway, R. Oliver, R., Gilbert, M. T., Nielsen, R., Munch, K., Ho, S. Y.,  Shapiro, B., Willerslev, E. 2007. Ancient DNA chronology within sediment deposits: Are paleobiological reconstructions possible and is DNA leaching a factor? Mol. Biol. Evol. 24, 982–989.

            Krause, J., . Fu, Q., Good, J. M., Viola, B., Shunkov, M.V., Derevianko, A.P., Pääbo, S., 2010. The complete mitochondrial DNA genome of an unknown hominin from southern Siberia. Nature 464, 894-897.

            Meyer, M., Arsuaga, J.L., de Filippo, C., Nagel, S., Aximu-Petri, A., Nickel, B.,  Martínez, I., Gracia, A., Bermúdez de Castro, J.M., Carbonell, E., Viola, B., Kelso, J.,  Prüfer, K., Pääbo. S., 2016. Nuclear DNA sequences from the Middle Pleistocene Sima de los Huesos hominins. Nature 531, 504–507.          

            Moreno-Mayar, J.V, Potter, B.A., Vinner,., Steinrücken, M., Rasmussen, S., Terhorst, J.,  Kamm, J.A., Albrechtsen, A., Malaspinas, A-S., Sikora, M.,  Reuther, J.D.,  Irish, J., Malhi, R.S., Orlando, L., Song, Y.S,.  Nielsen, R.,Meltzer, D.J., Willerslev, E. 2018.  Terminal Pleistocene Alaskan genome reveals first founding population of Native Americans.

            Slatkin, M., Racimo, F., 2016. Ancient DNA and human history. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 113, 6380-6387.

            Smith, O., et al., 2015. Sedimentary DNA from a submerged site reveals wheat in the British Isles 8000 years ago. SCIENCE 27, 998-1001.

            Valeur Seersholm, F., Winther Pedersen, M., Jensen Søe, M., Shokry, H.,  Siu Tze Mak, S., Ruter, Raghavan, M., Fitzhugh, W., Kjær, K.H., Willerslev, E., Meldgaard, M., Kapel., C.M.O., Hansen. A.J., 2016. DNA evidence of bowhead whale exploitation by Greenlandic Paleo-Inuit 4,000 years ago. Nature comunications. Online.

Willerslev, E., Hansen, A.J., Binladen, J., Brand, T. B., Gilbert, M. T., Shapiro, B.,  Bunce, M., Wiuf, C., Gilichinsky, D.A., Cooper, A., 2003. Diverse plant and animal genetic records from Holocene and Pleistocene sediments. Science 300, 791-795.

Willerslev, E., Cooper, A., 2005. Ancient DNA. Proc. Biol. Sci. 272 , 3-16.

Pedersen, M.W., Overballe-Petersen, S., Ermini, L., Der Sarkissian, C., Haile, J., Hellstrom, M., Spens, J., Thomsen, P.F., Bohmann, K., Cappellini, E., Schnell, I.B., Wales, N.A., Carøe, C., Campos, P.F., Schmidt, A.M. Z., Thomas, M., Gilbert, P., Hansen, A.J.,  Orlando, L., Willerslev. E., 2016. Ancient and modern environmental DNA.





[1] Abreviaturas en ingles de ADN antiguo de los sedimentos.