Ossos fossilizados revelam segredos de um mundo perdido

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. Os resultados, publicados em Naturezaapontam para ambientes que eram significativamente mais quentes e úmidos do que aqueles encontrados hoje nas mesmas regiões.

O estudo dos metabólitos – as moléculas produzidas e utilizadas na digestão e outros processos químicos no corpo – pode revelar informações sobre doenças, nutrição e exposição ambiental. Embora a metabolómica tenha se tornado uma ferramenta poderosa na investigação médica moderna, raramente tem sido 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 do dia-a-dia.

“Sempre tive interesse no 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 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 afiliado do Departamento de Antropologia da NYU, que liderou a equipe de pesquisa internacional.

Por que os ossos fósseis podem preservar a química

Nos últimos anos, os cientistas descobriram que o colágeno – a proteína que fornece estrutura aos ossos, à pele e aos tecidos conjuntivos – pode sobreviver em ossos antigos, incluindo fósseis de dinossauros.

“Pensei que, se o colágeno fosse preservado em um osso fóssil, talvez outras biomoléculas também estivessem protegidas no microambiente ósseo”, disse Bromage, que dirige a Unidade de Pesquisa de Tecidos Duros da Faculdade de Odontologia da NYU.

As superfícies ósseas são porosas e preenchidas com pequenas redes de vasos sanguíneos que trocam oxigênio e nutrientes com a corrente sanguínea. Bromage propôs que durante o crescimento ósseo, os metabólitos que circulam no sangue poderiam ficar presos em espaços microscópicos dentro do osso, onde poderiam permanecer protegidos por milhões de anos.

Para testar essa ideia, a equipe utilizou espectrometria de massa, técnica que converte moléculas em partículas carregadas para identificação. Testes em 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 vieram de escavações anteriores na Tanzânia, Malawi e África do Sul, regiões conhecidas pelas primeiras atividades humanas.

Os fósseis pertenciam a animais com parentes modernos que ainda hoje vivem perto desses locais. A equipe analisou ossos de roedores (rato, esquilo terrestre, gerbil), bem como de animais maiores, incluindo um antílope, um porco e um elefante. Milhares de metabólitos foram identificados, muitos dos quais correspondiam estreitamente aos encontrados em espécies vivas.

Dieta saudável e doenças escritas nos ossos

Muitos dos metabólitos detectados refletiam processos biológicos normais, como a quebra de aminoácidos, carboidratos, vitaminas e minerais. Alguns marcadores químicos foram ligados a genes relacionados com o estrogénio, indicando que certos animais fossilizados eram fêmeas.

Outras moléculas revelaram sinais de doença. Num caso surpreendente, um osso de esquilo terrestre 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 transmitida pela mosca tsé-tsé.

“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 a resposta antiinflamatória metabolômica do esquilo, presumivelmente devido ao parasita”, disse Bromage.

Rastreando Dietas e Ambientes Antigos

A evidência química também revelou quais plantas os animais consumiam. Embora as bases de dados de metabolitos vegetais sejam muito menos completas do que as dos animais, os investigadores identificaram compostos ligados a plantas regionais, como o aloé e os espargos.

“O que isso significa é que, no caso do esquilo, ele mordiscou babosa e levou esses metabólitos para sua própria corrente sanguínea”, explicou Bromage. “Como as condições ambientais do aloe vera são muito específicas, agora sabemos mais sobre a temperatura, a precipitação, as condições do solo e a copa das árvores, reconstruindo essencialmente o ambiente do esquilo. Podemos construir uma história em torno de cada um dos animais.”

Estes habitats reconstruídos estão alinhados com pesquisas geológicas e ecológicas anteriores. Por exemplo, o leito do desfiladeiro de Olduvai, na Tanzânia, foi descrito como florestas e pastagens de água doce, enquanto o leito superior reflete florestas mais secas e áreas pantanosas. Em todos os locais estudados, as evidências fósseis apontam consistentemente para climas mais húmidos e mais quentes do que os actuais.

“Usar análises metabólicas para estudar fósseis pode nos permitir reconstruir o ambiente do mundo pré-histórico com um novo nível de detalhe, como se hoje fôssemos ecologistas de campo em um ambiente natural”, disse Bromage.

Equipe de pesquisa e suporte

Autores adicionais do estudo incluem Bin Hu, Sher Poudel, Sasan Rabieh 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; junto com colaboradores 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).