Pela primeira vez, os investigadores examinaram com sucesso moléculas relacionadas com o metabolismo preservadas dentro de ossos fossilizados de animais que viveram entre 1,3 e 3 milhões de anos atrás. Estas assinaturas químicas fornecem informações raras sobre os próprios animais e o ambiente em que viviam.
Ao analisar sinais metabólicos ligados à saúde e à dieta alimentar, os cientistas conseguiram reconstruir detalhes sobre climas e paisagens antigas, incluindo temperatura, condições do solo, precipitação e vegetação. Resultados, publicados a naturezaAponte para ambientes que eram significativamente mais quentes e úmidos do que aqueles encontrados na mesma região hoje
O estudo de metabólitos – moléculas produzidas e usadas nos processos digestivos e 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 tem sido aplicada aos fósseis. Em vez disso, a maior parte da investigação sobre vestígios antigos baseia-se no ADN, que ajuda a estabelecer relações genéticas, em vez da biologia quotidiana.
“Sempre me interessei pelo metabolismo, incluindo a taxa metabólica dos ossos, e queria saber se seria possível aplicar a metabolômica aos fósseis para estudar o início da vida. Acontece que os ossos, incluindo os ossos fossilizados, estão cheios de metabólitos”, disse Timothy Bromage, professor de patobiologia molecular na NYU e no D College. Departamento de Antropologia da NYU, que lidera a equipe de pesquisa internacional.
Por que os ossos fósseis podem preservar a química
Nos últimos anos, os cientistas descobriram que o colagénio – a proteína que fornece estrutura aos ossos, pele e tecidos conjuntivos – pode sobreviver em ossos antigos, incluindo fósseis de dinossauros.
“Pensei que, se o colágeno for preservado em um osso fóssil, talvez outras biomoléculas sejam preservadas no microambiente ósseo”, disse Bromage, que dirige a Unidade de Pesquisa de Tecidos Duros da Faculdade de Odontologia da NYU.
A superfície óssea é porosa e preenchida com uma rede de minúsculos vasos sanguíneos que trocam oxigênio e nutrientes com a corrente sanguínea. Bromage propôs que durante o crescimento ósseo, os metabólitos que circulam no sangue podem ficar presos em espaços microscópicos dentro do osso, onde podem ser preservados por milhões de anos.
Para testar essa ideia, a equipe utilizou espectrometria de massa, técnica que converte moléculas em partículas carregadas para detecção. Experimentos em ossos de ratos modernos revelaram cerca de 2.200 metabólitos. O mesmo método permitiu aos pesquisadores detectar proteínas de colágeno em algumas amostras.
Examinando fósseis das primeiras paisagens humanas
Os pesquisadores então aplicaram esse método a ossos fósseis de animais de 1,3 milhão a 3 milhões de anos atrás. Estas amostras provêm de escavações anteriores na Tanzânia, Malawi e África do Sul, áreas conhecidas pelas primeiras atividades humanas.
Os fósseis pertenciam a animais cujos parentes modernos ainda hoje vivem perto desses locais. A equipe analisou ossos de roedores (rato, esquilo terrestre, gerbil), bem como de animais maiores, incluindo um cervo, um porco e um elefante. Milhares de metabólitos foram identificados, muitos dos quais foram associados a espécies vivas.
Dieta saudável e osteoporose
Muitos metabólitos identificados refletem processos biológicos normais, como a degradação de aminoácidos, carboidratos, vitaminas e minerais. Alguns marcadores químicos foram associados a genes relacionados com o estrogénio, indicando que certos fósseis eram femininos.
Outras moléculas revelaram sinais de doença. Num caso interessante, um osso de esquilo terrestre do desfiladeiro de Olduvai, na Tanzânia, datado de cerca de 1,8 milhões de anos atrás, mostra evidências de infecção pelo parasita que causa a doença do sono em humanos. A doença é causada pelo Trypanosoma brucei e transmitida pela mosca tasset.
“O que descobrimos no osso do esquilo é um metabólito exclusivo da biologia desse parasita, que libera o metabólito na corrente sanguínea de seu hospedeiro. Também vimos uma resposta antiinflamatória ao metabolismo do esquilo, possivelmente devido ao parasita”, disse Bromage.
Rastreando Alimentos e Ambientes Antigos
Evidências químicas também revelaram quais plantas os animais comiam. Embora os bancos de dados de metabólitos de plantas sejam muito menos completos do que os de animais, os pesquisadores identificaram compostos associados a plantas regionais, como babosa e aspargos.
“O que isso significa é que, no caso do esquilo, ele é coberto com babosa e leva esses metabólitos para sua própria corrente sanguínea”, explicou Bromage. “Como as condições ecológicas do aloe vera são tão específicas, agora sabemos mais sobre temperatura, precipitação, condições do solo e copa das árvores, o que essencialmente reconstrói o ambiente do esquilo. Podemos construir uma história em torno de cada animal.”
Este habitat reconstruído está alinhado com estudos geológicos e ecológicos anteriores. Por exemplo, o leito do desfiladeiro de Olduvai, na Tanzânia, é descrito como floresta de água doce e pastagens, enquanto o leito superior reflete floresta seca e pântano. Em todos os locais estudados, as evidências fósseis indicam consistentemente climas mais húmidos e mais quentes do que os actuais.
“Usar análises metabólicas para estudar fósseis pode permitir-nos reconstruir o ambiente do mundo pré-histórico com um novo nível de detalhe, como se hoje fôssemos ecologistas de campo num ambiente natural”, disse Bromage.
Equipe de pesquisa e suporte
Autores adicionais do estudo incluem Bin Hu, Sher Paudel, Sasan Rabih e Shoshana Yakar, da Faculdade de Odontologia da NYU; Thomas Neubert, Christopher Lawrence de Jesus e Hediye Erdjument-Bromage, da Escola de Medicina Grossman da NYU; Com parceiros de instituições da França, Alemanha, Canadá e Estados Unidos. A pesquisa foi apoiada pela Fundação Leakey, com apoio adicional para o microscópio eletrônico de varredura fornecido pelos Institutos Nacionais de Saúde (S10 OD023659 e S10 RR027990).
