Cómo Los Mamuts Lanudos Sobrevivieron Al Frío Ártico

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El antiguo adn de mamut lanudo muestra que los cambios en la sangre ayudaron a las bestias a adaptarse al frío.

El inmenso mamut lanudo de pelo lanudo alguna vez prosperó en las frías llanuras árticas a pesar de haber migrado originalmente de un clima más tropical. Un nuevo estudio ha encontrado pequeñas mutaciones genéticas que cambiaron la forma en que el oxígeno fue administrado por su sangre y podría ser responsable de su tolerancia al clima frío.

El mamut lanudo era una especie de elefante y estaba más estrechamente relacionado con los elefantes asiáticos de hoy. Se extinguió hace unos 10.000 años. Pero debido a que el mamut vivió en el Ártico, se han encontrado muchos restos de la especie preservados en el permafrost.

Los antepasados ​​tanto del mamut como del elefante asiático se originaron en África hace alrededor de 6,7 millones a 7 millones de años y se quedaron unos 4 millones de años antes de trasladarse al sur de Europa y luego a lo que hoy es Siberia y las llanuras del norte de Canadá, alrededor de un millón. años después.

Casi al mismo tiempo "se produjo un evento cataclísmico en la Tierra: la edad del hielo", dijo Kevin Campbell, de la Universidad de Manitoba en Winnipeg, Canadá, quien dirigió el estudio sobre la sangre del animal antiguo, que se detalla en el número del 2 de mayo en línea. de la revista Nature Genetics.

Los mamuts, al igual que sus primos elefantes de hoy, se habrían adaptado al clima cálido en el que evolucionaron. En estos climas, el mayor problema de un elefante es deshacerse del calor: lo hacen con sus grandes orejas, a través de las cuales muchos portadores de calor Los vasos sanguíneos circulan. Agitan sus oídos alrededor de la brisa para disipar ese calor.

Ese problema perenne del elefante se invirtió para los mamuts una vez que la Edad de Hielo se asentó y "se creó un ambiente completamente nuevo" en el Ártico, que también se había calentado hasta ese momento en la historia de la Tierra, dijo Campbell. Ahora los mamuts tenían que aguantar todo el calor que podían.

"Sabemos que conservar el calor se convirtió en su principal preocupación", dijo Campbell a WordsSideKick.com.

Los mamuts se adaptaron a su nuevo hogar, más frío, en parte al desarrollar una "piel gruesa y enorme" y reducir el tamaño de sus orejas en comparación con sus parientes más cálidos. "Sus orejas eran pequeñas, como platos", dijo Campbell, refiriéndose a los mamuts adaptados al frío.

Cómo se adaptaron otros animales del Ártico.

Pero Campbell sospechaba que los mamuts también podrían haber tenido sangre que estuviera mejor adaptada para trabajar en el frío, como hacen muchos mamíferos del Ártico con vida.

En la actualidad, otros animales del Ártico, como el reno y el buey almizclero, tienen un sistema de sangre "contracorriente". Esencialmente, los vasos sanguíneos que llevan la sangre arterial cálida y cargada de oxígeno hacia las piernas y los pies pasan muy cerca de las venas que llevan la sangre venosa más fría para ser re-oxigenada. El contacto cercano entre los dos tipos de vasos permite que la sangre arterial pase su calor a la sangre venosa que regresa al corazón y los pulmones. Este sistema evolutivo mantiene el calor en el núcleo del cuerpo del animal y reduce la pérdida de calor debido al clima frío, a la vez que permite que la sangre arterial lleve su oxígeno a las extremidades.

"Permite que sus pies y extremidades se enfríen", dijo Campbell.

Esto contrasta con los humanos, donde el flujo de sangre simplemente se detiene en un frío extremo para mantener el calor en el núcleo. Es por eso que la gente se congela pero los renos no.

Pero este sistema de contracorriente no es suficiente por sí solo para mantener a los animales del Ártico funcionando en el frío. La clave es la hemoglobina, la proteína de la sangre que atrapa el oxígeno en los pulmones y lo envía a los otros órganos del cuerpo. La proteína de la sangre esencialmente necesita una cierta cantidad de energía calorífica para impulsar su liberación de las moléculas de oxígeno que transporta a los tejidos y órganos que la necesitan.

Cuando la sangre está fría "es muy poco probable que se alcance ese umbral", dijo Campbell.

Para solucionar este problema, los renos y muchos otros mamíferos del Ártico desarrollaron una forma de hemoglobina ligeramente modificada que requiere menos energía para suministrar su oxígeno.

Resucitando una molécula antigua.

Campbell quería ver si los mamuts también podían desarrollar una forma especializada de hemoglobina que continuaría trabajando a bajas temperaturas y les permitiría conservar el calor corporal.

Solo había un problema: los mamuts están extintos.

"No podemos tomar una muestra de sangre congelada", explicó Campbell.

En cambio, Campbell y sus colegas utilizaron genes extraídos de restos de mamut para recrear y examinar la hemoglobina de mamut.

"Tuvimos que devolverlo a la vida", dijo Campbell.

El equipo extrajo ADN de un espécimen de mamut siberiano de 43,000 años de edad y tenía la porción que contiene las instrucciones de hemoglobina en secuencia.

Cuando Campbell vio los resultados, dijo que "hubo algunos cambios que sugirieron procesos fisiológicos" que significaron que los mamuts evolucionaron de una forma especializada de hemoglobina adaptada al frío.

Los cambios representaron solo el 1 por ciento de la región del gen que contenía las instrucciones para la hemoglobina, "pero uno de esos cambios es profundo", dijo Campbell. Ese cambio "va a hacer que se adapten al frío".

Para averiguar si estos cambios genéticos realmente produjeron un tipo diferente de hemoglobina, el equipo utilizó un método que se ha utilizado para producir hemoglobina humana. El método consiste en poner los genes específicos en E. coli, que leerá el ADN humano, o mamut, como su propio ADN y producirá la sustancia en cuestión.

Pero las muestras de ADN de mamut recuperadas de muestras congeladas están muy dañadas, por lo que Campbell y su equipo se dirigieron primero al primo vivo más cercano del mamut.Recibieron el ADN y el ARN (el material que contiene las instrucciones para las proteínas en las células) de un elefante asiático vivo y los colocaron en E. coli.

Y por supuesto, "estos E. coli Hizo hemoglobina del elefante asiático ", dijo Campbell.

Una vez que se revisó la hemoglobina del elefante asiático, el equipo pudo probar la hemoglobina de mamut. Para hacer esto, utilizaron el ARN del elefante asiático y un proceso llamado mutagénesis dirigida al sitio, que implica cambiar todos los puntos individuales en el código del ARN que son diferentes entre el elefante asiático y el mamut, convirtiendo efectivamente el ARN del elefante asiático en ARN gigantesco. El ARN de mamut recién hecho se pone en el E. coli, que lo escupe lo que es esencialmente hemoglobina gigantesca.

Campbell dijo que esta hemoglobina sería exactamente la misma que si hubiera tomado una máquina del tiempo 43,000 años atrás y hubiera extraído sangre directamente del animal. "Puedo estudiarlo como si tuviera una muestra de sangre fresca de ese animal", dijo.

El equipo comparó el elefante asiático y la hemoglobina de mamut y "descubrimos que son radicalmente diferentes", dijo Campbell. Al igual que Campbell había sospechado, la gigantesca hemoglobina no necesita tanta energía para descargar oxígeno como la hemoglobina del elefante asiático.

Curiosamente, el ADN de mamut tenía dos mutaciones separadas que son diferentes de las que se ven en los mamíferos de hoy.

"Ellos usaron una forma completamente diferente" de resolver el problema de la hemoglobina para adaptarse al frío, dijo Campbell.

¿Por qué no los humanos?

Campbell pensó por primera vez en examinar el ADN de hemoglobina de mamut de esta manera cuando estudiaba hemoglobina durante un postdoctorado en Dinamarca y también vio un programa de Discovery Channel en el mamut, y "fue este pequeño momento de bombilla", dijo.

Campbell dijo que una pregunta que se le ha hecho con frecuencia es por qué las poblaciones humanas que viven en las regiones árticas, como los inuit, no habrían desarrollado un mecanismo similar para adaptarse al frío.

La respuesta es triple: por un lado, los humanos se mudaron al Ártico mucho más recientemente que muchos otros mamíferos del Ártico, por lo que no habrían tenido tiempo de desarrollar tal rasgo; Además, los humanos no necesitan evolucionar la hemoglobina que tolera el frío, porque "hacemos botas, hacemos tiendas", tenemos nuestros cerebros para ayudarnos a lidiar con el frío, dijo Campbell; finalmente, algunos humanos tienen una mutación de su hemoglobina similar a esto, pero en realidad es perjudicial, porque su hemoglobina se descompone y terminan anémicas.

"Los humanos nunca podrían evolucionar esto porque si lo hicieran, todos serían anémicos", dijo Campbell.

Campbell dijo que le gustaría ampliar este trabajo tratando de investigar otras bestias extintas que vivían en el antiguo Ártico, como los mastodontes, los osos de las cuevas, los rinocerontes lanudos y los perezosos gigantes.

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