Pela primeira vez, os investigadores examinaram com sucesso moléculas relacionadas com o metabolismo preservadas em ossos fossilizados de animais que viveram entre 1,3 e 3 milhões de anos atrás. Esses vestígios químicos fornecem informações raras sobre os próprios animais e o ambiente em que viveram.
Ao analisar sinais metabólicos relacionados com a saúde e a dieta, os cientistas conseguiram reconstruir detalhes do clima e da paisagem antigos, incluindo temperatura, condições do solo, precipitação e vegetação. Resultados publicados em Naturezaindicam um ambiente muito mais quente e úmido do que o encontrado hoje nas mesmas regiões.
O estudo dos metabólitos – moléculas produzidas e utilizadas na digestão e em outros processos químicos do corpo – pode revelar informações sobre doenças, nutrição e exposições ambientais. Embora a metabolómica tenha se tornado uma ferramenta poderosa na investigação médica moderna, raramente é aplicada aos fósseis. Em vez disso, a maioria dos estudos de vestígios antigos baseia-se no ADN, que ajuda principalmente a estabelecer relações genéticas, em vez da biologia quotidiana.
“Sempre me interessei pelo metabolismo, incluindo a taxa metabólica dos ossos, e queria saber se a metabolômica poderia ser aplicada aos fósseis para estudar o início da vida. Acontece que o osso, incluindo o osso fossilizado, está cheio de metabólitos”, disse Timothy Bromage, professor de patobiologia molecular na Faculdade de Odontologia da NYU e professor associado da NYU. de antropologia, que liderou a equipe de pesquisa internacional.
Por que os ossos fósseis podem armazenar química
Nos últimos anos, os cientistas descobriram que o colágeno – a proteína que fornece estrutura aos ossos, à pele e ao tecido conjuntivo – pode sobreviver em ossos antigos, incluindo fósseis de dinossauros.
“Pensei que se o colágeno fosse preservado no osso fóssil, então talvez outras biomoléculas também fossem preservadas no microambiente ósseo”, disse Bromage, que dirige a Divisão de Pesquisa de Tecidos Duros da Faculdade de Odontologia da NYU.
As superfícies ósseas são porosas e preenchidas com finas redes de vasos sanguíneos que trocam oxigênio e nutrientes com a corrente sanguínea. Bromage levantou a hipótese de que durante o crescimento ósseo, os metabólitos que circulam no sangue podem acabar nos espaços microscópicos do osso, onde podem permanecer protegidos por milhões de anos.
Para testar essa ideia, a equipe utilizou espectrometria de massa, técnica que transforma moléculas em partículas carregadas para identificação. Testes nos ossos de camundongos modernos revelaram quase 2.200 metabólitos. A mesma abordagem também permitiu aos pesquisadores detectar proteínas de colágeno em algumas amostras.
Testando fósseis das primeiras paisagens humanas
Os pesquisadores então aplicaram esse método a ossos fossilizados de animais que datam de 1,3 milhão a 3 milhões de anos atrás. Estas amostras foram obtidas em escavações anteriores na Tanzânia, Malawi e África do Sul, regiões conhecidas pelas primeiras atividades humanas.
Os fósseis pertenciam a animais cujos parentes modernos vivem perto desses locais até hoje. A equipe analisou ossos de roedores (ratos, esquilos, gerbos), bem como de animais maiores, incluindo antílopes, porcos e elefantes. Milhares de metabólitos foram identificados, muitos dos quais correspondiam estreitamente aos metabólitos encontrados em espécies vivas.
Dieta saudável e doenças escritas nos ossos
Muitos dos metabólitos identificados refletem processos biológicos normais, como a degradação de aminoácidos, carboidratos, vitaminas e minerais. Alguns marcadores químicos foram ligados a genes relacionados com o estrogénio, sugerindo que alguns dos animais fossilizados eram fêmeas.
Outras moléculas revelaram sinais de doença. Num caso surpreendente, um osso de gopher do desfiladeiro de Olduvai, na Tanzânia, datado de cerca de 1,8 milhões de anos atrás, mostrou evidências de infecção pelo parasita que causa a doença do sono em humanos. A doença é causada pelo Trypanosoma brucei e é transmitida pela mosca tsé-tsé.
“O que encontramos no osso da proteína é um metabólito exclusivo da biologia deste parasita que libera o metabólito no sangue de seu hospedeiro. Também vimos uma resposta anti-inflamatória metabolômica na proteína, provavelmente devido ao parasita”, disse Bromage.
Rastreando dietas e ambientes antigos
Os dados químicos também mostraram quais plantas eram utilizadas pelos animais. Embora os bancos de dados de metabólitos vegetais sejam muito menos completos do que os bancos de dados de animais, os pesquisadores identificaram compostos associados a plantas regionais, como babosa e aspargos.
“Isso significa que, no caso do esquilo, ele estava mordendo a babosa e levando esses metabólitos para a corrente sanguínea”, explicou Bromage. “Como as condições ambientais do aloe vera são muito específicas, agora sabemos mais sobre temperatura, precipitação, condições do solo e copa das árvores, reconstruindo essencialmente o ambiente onde vive o esquilo. Podemos construir uma história em torno de cada um dos animais.”
Estes habitats reconstruídos são consistentes com estudos geológicos e ecológicos anteriores. Por exemplo, o leito do desfiladeiro de Olduvai, na Tanzânia, foi descrito como floresta de água doce e pastagens, enquanto o leito superior reflecte florestas mais secas e áreas pantanosas. Em todos os locais estudados, os fósseis indicam que o clima era mais úmido e quente do que hoje.
“Usar análises metabólicas para estudar fósseis pode nos permitir reconstruir o ambiente do mundo pré-histórico com um novo nível de detalhe, como se fôssemos hoje ecologistas de campo no ambiente natural”, disse Bromage.
Equipe de pesquisa e suporte
Autores adicionais do estudo incluem Bin Hu, Cher Poudel, Sasan Rabieh e Shoshana Yakar, da Faculdade de Odontologia da NYU; Thomas Neubert, Christopher Lawrence de Jesus e Hedier Erdument-Bromage, da Escola de Medicina Grossman da NYU; juntamente com funcionários de instituições na França, Alemanha, Canadá e Estados Unidos. A pesquisa foi apoiada pela Fundação Leakey com suporte adicional para microscópio eletrônico de varredura fornecido pelos Institutos Nacionais de Saúde (S10 OD023659 e S10 RR027990).
