La tecnología láser descifra los fósiles de 'Rosetta Stone' y ofrece pistas sobre la vida temprana

Lorón et al.

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En el corazón de Aberdeenshire, Escocia, cerca del tranquilo pueblo de Rhynie, se encuentra un ecosistema fósil de renombre mundial que ha cautivado a los científicos desde su descubrimiento en 1912.

Preservado dentro del abrazo impenetrable del pedernal, una roca endurecida compuesta de sílice, el pedernal de Rhynie ofrece una ventana al pasado, proveniente del antiguo período Devónico temprano, hace aproximadamente 407 millones de años (ma). Este notable tesoro geológico tiene un papel crucial en desentrañar los misterios de la vida en la Tierra.

Ahora, armado con técnicas de imagen no destructivas de vanguardia, análisis de datos avanzados y el poder del aprendizaje automático, un equipo de investigadores se ha embarcado en una exploración innovadora de las colecciones de fósiles en poder de los Museos Nacionales de Escocia, así como de las Universidades de Aberdeen y Oxford.

A través de su enfoque innovador, los científicos de la Universidad de Edimburgo han revelado conocimientos sin precedentes sobre el pedernal de Rhynie que podrían revolucionar nuestra comprensión incluso de las muestras peor conservadas.

Interesante por profundizar más en el impacto de esta investigación en nuestra comprensión del mundo antiguo, Interesting Engineering (IE) se conectó con el Dr. Corentin Loron, uno de los autores principales del estudio.

"Los fósiles estudiados aquí son especímenes de plantas, hongos (el reino que incluye hongos, levaduras y mohos), bacterias y animales del pedernal Rhynie de aproximadamente 400 millones de años, un sitio fósil en Aberdeenshire, Escocia, conocido desde hace mucho tiempo por su excepcional abundancia de fósiles", describe Loron a IE.

Explicó que los fósiles están encerrados dentro de una matriz de sílice, un mineral muy duro, lo que ha asegurado que estén "prístinamente conservados" tanto morfológicamente como, como ha revelado su estudio, también molecularmente.

"El conjunto de pedernal de Rhynie es crucial para el estudio de cómo evolucionó la vida en los continentes porque contiene muchos de los primeros ejemplos inequívocos de algunos linajes biológicos", dijo.

De esta forma, explicó, el conjunto de pedernal de Rhynie califica como un fuerte control positivo para el estudio de señales moleculares en fósiles porque la señal puede compararse con el organismo al que corresponde.

"En cierto sentido, proporciona una clave para comprender señales más crípticas o ambiguas dentro del conjunto o antes en el tiempo, al igual que la piedra de Rosetta permitió los jeroglíficos", aclaró.

Los fósiles se analizaron mediante espectroscopia FTIR, que significa Fourier Transform InfraRed. “En esta técnica, las muestras son disparadas con un láser infrarrojo que, atravesando el material fósil, excitará los enlaces entre los átomos”, explicó Loron.

Keshavana/Wikimedia Commons

En términos más simples, la espectroscopia FTIR usa luz para identificar las moléculas en una muestra; ayuda a los científicos a comprender de qué está hecha la muestra.

Funciona proyectando luz infrarroja sobre una muestra y midiendo las longitudes de onda de la luz absorbida por las moléculas dentro de la muestra.

Cada tipo de molécula tiene un patrón de absorción único, como una huella dactilar, que el instrumento puede detectar. El instrumento registra la intensidad de la luz absorbida en varias longitudes de onda y la convierte en un espectro.

"Estos enlaces van a vibrar a diferentes frecuencias según su tipo (por ejemplo, un enlace entre dos átomos de carbono, o entre un carbono y un oxígeno) y el grupo funcional químico", dijo Loron a IE.

"El resultado será un espectro que muestre la composición química de nuestro material que podemos explotar para reconstruir y comprender su estructura molecular", agregó. En otras palabras, al comparar este espectro con espectros conocidos de diferentes moléculas, los científicos pueden identificar la presencia de compuestos específicos o analizar la estructura química de una sustancia.

"Un enfoque que usamos para analizar estos espectros es un enfoque de aprendizaje automático, que es simplemente un enfoque estadístico supervisado", dijo.

"Por ejemplo, le enseñamos a la máquina a diferenciar el espectro de un fósil X del espectro de un fósil Y indicando que este es X y este es Y (el entrenamiento). Luego, lo probamos preguntándole cómo clasificaría otro sin etiquetar. conjunto de datos".

Reveló que en su investigación, la máquina distinguió con éxito entre eucariotas fósiles (incluidos hongos, plantas y animales) y procariotas (bacterias).

En particular, este enfoque se empleó para identificar organismos previamente desconcertantes dentro del ecosistema de Rhynie, incluidos dos especímenes de un misterioso organismo tubular conocido como "nematofito".

Lorón et al.

Estas peculiares formas de vida, descubiertas en sedimentos del Devónico (419 ma) y posteriores del Silúrico (443 ma), exhiben características tanto de algas como de hongos, lo que dificulta su clasificación. Sin embargo, los hallazgos recientes sugieren que es poco probable que pertenezcan a líquenes u hongos.

"Los nematófitos representan un grupo de 'canasta' que incluye varios fósiles cuya afinidad biológica no está clara. Pueden tener parte de una planta, bacteria u hongo, por ejemplo", explicó Loron.

"Los especímenes que estudiamos en nuestro trabajo poseen una huella digital molecular que carece de las características que caracterizan las huellas dactilares fúngicas, de ahí nuestra conclusión de que probablemente representaban algo más cercano a las plantas en términos de composición molecular".

Afirmó que si bien este es un hallazgo importante para los científicos que estudian el pedernal de Rhynie, su importancia se extiende más allá de eso. Sobre todo, confirma la efectividad de su enfoque al analizar fósiles con orígenes biológicos inciertos, aquí y en otros lugares.

"Hemos demostrado cómo se puede usar un método rápido y no invasivo para discriminar entre diferentes formas de vida", enfatizó el coautor principal, el Dr. Sean McMahon, de la Facultad de Física y Astronomía y la Facultad de Geociencias de la Universidad de Edimburgo en una publicación anterior. liberar.

Loron también reveló que el hallazgo más sorprendente durante esta investigación fueron los resultados de los análisis estadísticos.

"Es impresionante ver que a pesar de la edad, el proceso de fosilización y la abrumadora influencia de los minerales en la señal registrada con nuestro instrumento, los fósiles aún conservan una huella molecular de su composición pasada que puede ser recogida y estudiada". ella dijo.

En este contexto, tal vez sea seguro decir que la información molecular dentro de los fósiles ha sobrevivido al paso del tiempo, ofreciendo una visión única del pasado.

Cuando se le preguntó qué inspiró al equipo a realizar este estudio, la respuesta del Dr. Loron fue muy clara:

"La motivación de nuestro equipo es comprender cómo ha evolucionado la vida en la Tierra, primero de forma unicelular a multicelular, pero también más tarde, cómo ha surgido la vida de los océanos a los continentes".

"Estudiar formas de vida tempranas no solo proporciona información maravillosa sobre nuestra propia herencia biológica, sino que también nos brinda claves para comprender cómo el proceso de la vida puede surgir y prosperar en la Tierra, pero también potencialmente en otras partes de nuestro universo", enfatizó.

Reconoció que, al igual que muchos estudios paleontológicos, el equipo enfrenta limitaciones en sus interpretaciones debido a las transformaciones significativas que han sufrido los fósiles en comparación con sus organismos vivos originales.

"Debido a que el ADN no puede preservarse en fósiles tan antiguos, solo podemos basar nuestras conclusiones en características morfológicas y moleculares recalcitrantes, que pueden limitar y sesgar las conclusiones", dijo.

Dicho esto, también razonó que estos sesgos podrían superarse al comprender el contexto geológico en el que se formaron los fósiles.

"Los próximos pasos, además de continuar con nuestras investigaciones de este maravilloso sitio fósil, serán expandir nuestro enfoque a ensamblajes más antiguos, por ejemplo, en el Precámbrico, el período anterior a 540 millones de años, para descifrar el código molecular de los primeros rastros. de la vida compleja en la Tierra", concluyó Loron.