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Las avestruces, ñandúes, emús, casuarios y kiwis son algunos ejemplos de aves rátides, un tipo de aves que pertenecieron al periodo cretácico, y que en menos de 50 millones de años sufrieron un atrofiamiento que les hizo perder la capacidad de volar. Para los antropólogos o evolucionistas, la exploración de su pasado podría ser un objeto de estudio poco cuestionable… lo raro es que se lo proponga un cristalógrafo.

Ese cristalógrafo se llama Abel Moreno y es investigador en el Instituto de Química de la UNAM. Hace 15 años nacieron sus preguntas de investigación: “¿cómo evolucionaron las aves rátides? ¿cómo identificar su proceso de evolución a partir elementos minerales y biológicos?”. Y parte de sus respuestas las compartió el pasado 5 de agosto en el Seminario Manuel Sandoval Vallarta del IF.

Su experiencia y conocimiento como cristalógrafo le permitieron saber que debía centrar su atención en buscar un modelo biomineral que le permitiese conectar los cambios biológicos que sufren este tipo de aves a lo algo del tiempo.

¿Por qué estudiar los biominerales?

Los biominerales son –justamente- minerales presentes en los constituyentes de los seres vivos y se forman a partir de los llamados procesos de biomineralización. Básicamente, los minerales que componen huesos, dientes o huevos de aves o reptiles, por ejemplo, se condensan y cristalizan para formar estructuras con una fase mineral y otra biológica.

Los procesos de biomineralización pueden ser patológico y no-patológico. La diferencia entre unos y otros es que los segundos favorecen la preservación de la especie en la que ocurren y nos primeros no. “Por ejemplo, cuando oxalato de calcio (mineral contenido en algunas cactáceas o plantas como los frijoles, el tomate rojo y su piel sobre todo) se concentra en las hojas o raíces de algunos cactus, precipita en forma acicular (agujas) y sirven de defensa. Por el contrario, cuando se concentra en los riñones de un humano, genera cálculos renales que dañan el organismo”, resalta el investigador.

En el caso de la formación de huevos de las aves rátides, el proceso de biomineralización es no-patológico. Por ello, Moreno decidió estudiar el cascarón de los huevos de las aves rátides por métodos cristalográficos. Comenzó con los huevos de gallina y continuó con los de avestruz para comparar sus composiciones y el tipo de proteínas intraminerales que los constituyen,

La construcción del cascarón

Varios estudios habían destacado que la fase mineral de la cáscara de huevo está constituida principalmente de carbonato de calcio y proteínas. Pero cuando sometieron los cascarons de gallina y de avestruz a la técnica cristalográfica conocida como difracción de rayos X, capaz de revelar su composición, encontraron una diferencia importante.

“Encontramos que el ave en su proceso de formación de cascarones sintetiza proteínas en la parte exclusivamente mineral del cascarón, en su parte interna, y quedan atrapadas y mineralizadas”, explica Moreno. Además, hallaron una sola proteínas intramineral en los huevos de gallina, mientras que en los de avestruz existen dos.

¿Por qué? ¿Y de dónde provienen? Encontrar dos proteínas y no una, como en las gallinas, motivó a Moreno a aislarlas y caracterizarlas para encontrar los genes que codifican para su formación y así hallar la conexión entre estas aves y sus antepasados.

Mientras él y su equipo realizaban esa tarea, Abel Moreno y colegas encontraron un grupo alemán en la Universidad de Mainz, Alemania, que estudiaba exactamente el mismo modelo biomineral con otro objetivo, pues ellos solo se habían propuesto aislar y caracterizar las proteínas como un mero reto científico y con ello obtener la secuencia genética que codificaba a dichas proteínas.

“A nosotros nos interesaba ese conocimiento para poder purificar y cristalizar a las proteínas ya aisladas para luego resolver la estructura tridimensional por difracción de rayos X”, dice Moreno. Gracias esta “colaboraboración científica nunca pactada”, como él miso la llama, Moreno tomó los resultados de este grupo alemán para no perder más el tiempo y continuar con la investigación.

“En ese sentido hemos sido los primeros en resolver las estructuras de las proteínas intraminerales de los cascarones de huevos de avestruz”, destaca Abel Moreno, trabajo que realizó en colaboración con el grupo de Antonio Romero de la Universidad de Madrid, España. Juntos hoy son líderes en la resolución de varias estructuras minerales de los cascarones de huevo de las aves rátides.

Al someter a las proteínas a un estudio electroquímico, que simula las condiciones del fluido uterino donde se conforman los huevos de las aves, encontró que las proteínas reconocen e incorporan inmediatamente a los carbonatos, ya que estos están presentes en el cascarón y luego se añade el calcio para formar lo que será el huevo en su etapa final de formación. Esto quiere decir que en estas aves las proteínas intraminerales tienen una función de biomineralización de carbonatos de calcio y, sin ellas, el proceso no podría existir.

Cascarones más antiguos

El reto para Moreno era entonces hallar cascarones más antiguos. Aquellos que antecedieran a los avestruces y a todas las aves rátides en el proceso de la evolución... cascarones de dinosaurios. Para su fortuna, científicos del Instituto de Geología de la UNAM, se enteraron de sus investigaciones y lo favorecieron donándole cascarones de dinosaurios que existieron en el norte del país hace 70 millones de años, en la península de Baja California.

El obsequio que recibió en consideración a su trabajo es la pieza que faltaba en el rompecabezas, porque si de ellos puede extraer al menos un poco de ADN, puede determinar los genes que contienen esos cascarones de dinosaurio y compararlos con los genes que codifican a las proteínas de los cascarones de aves rátides con el fin de saber si son los mismos o no.

La tarea de Abel Moreno, que ya está en proceso, es ajustar o desarrollar técnicas que requieran cantidades pequeñas del material que se desea estudiar. Y su trabajo es también el inicio de nuevas líneas de investigación que tienen y tendrán a la cristalografía como gran aliada.