Un estudio revela una de las claves de la evolución del cerebro de los humanos modernos

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Un estudio revela una de las claves de la evolución del cerebro de los humanos modernos
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La paleoantropología es la rama científica que se dedica al estudio de la evolución humana. Es una especialidad multidisciplinar ya que involucra a muchas otras, desde la paleontología, pasando por la biología y hasta la geología. Esta naturaleza multidisciplinar ya nos da una idea de lo complejo de los estudios de paleoantropología y de lo difícil que es obtener conclusiones sólidas que concuerden con todos los datos de las distintas disciplinas involucradas. Esta es una ciencia que trabaja principalmente con fósiles que se rastrean hasta varios millones de años y que nos dan información valiosa sobra la evolución física de los humanos. Sin embargo, el análisis de la evolución humana no solo se basa en el análisis de los cambios físicos sino también en los cognitivos. De hecho, el desarrollo del cerebro es una parte decisiva que define lo que somos hoy en día. Pero el estudio de este desarrollo no es sencillo pues no se dispone de muestras de la época para su estudio directo. El análisis de los fósiles nos puede dar una idea de cómo el cerebro se fue desarrollando sobre todo en términos de tamaño, pero este no es el final de la historia, sino más bien el comienzo. Pues bien, el estudio del que hoy hablamos nos da una de las claves de la evolución del cerebro humano hasta nuestros días y lo hace a través de los conocimientos y métodos de una nueva disciplina desarrollada en los últimos años, la paleogenómica.

El estudio en cuestión, publicado a principios de septiembre en la prestigiosa revista Science y dirigido por investigadores de los Institutos Max Planck de Dresden y Leipzig (Alemania), concluye que hace más 500.000 años, cuando nuestros antepasados los neandertales y los humanos modernos convivían migrando por todo el mundo, ocurrió una mutación genética que hizo que el cerebro de los humanos modernos, los Homo sapiens sapiens, mejorara repentina y drásticamente. Esta mutación aumentó enormemente la cantidad de células cerebrales en los humanos modernos, lo que probablemente les dio una ventaja evolutiva sobre los neandertales.

 

Evolución del tamaño del cerebro de los distintos homínidos.
Evolución del tamaño del cerebro de los distintos homínidos.

Según los fósiles craneales (ver imagen), los cerebros de los neandertales eran similares en tamaño a los de los humanos modernos, pero diferían en forma. Esto quiere decir que el volumen del cerebro era parecido y solo la disposición del mismo parecía cambiar. Sin embargo, lo que no podemos decir a partir de los fósiles es cómo los cerebros de los neandertales podrían haber diferido en cuanto a la función o a la organización de las capas cerebrales. Pese a esta evidente limitación, la paleogenómica puede darnos algunas respuestas. En el año 2014 los investigadores lograron secuenciar por primera vez el genoma neandertal por completo y en él se identificaron 96 aminoácidos (los componentes básicos que forman las proteínas) que difieren entre los neandertales y los humanos modernos, así como algunos otros ajustes genéticos. Los científicos han estado desde entonces estudiando estos aminoácidos para saber cuáles de estos ayudaron a los humanos modernos a adquirir las ventajas evolutivas respecto a los neandertales y otros homínidos.

En este estudio pormenorizado, uno de los genes llamó la atención de los investigadores: el TKTL1. Este gen codifica una proteína que se produce cuando el cerebro de un feto se está desarrollando por primera vez. Una mutación de este gen en los humanos modernos cambió un aminoácido y esto resultó en la producción de una proteína diferente de las que se encontraban en los neandertales y los primates no humanos. Los investigadores descubrieron que esta proteína puede aumentar la proliferación de células progenitoras neurales (células precursoras de las neuronas que se convierten en estas a medida que se desarrolla el cerebro) en un área llamada neocorteza que es la involucrada en la función cognitiva.

Cerebro triuno según la hipótesis de Paul MacLean.
Cerebro triuno según la hipótesis de Paul MacLean.

El cerebro reptiliano es la primera evolución del cerebro y el cerebro más primitivo de todos que compartimos con otros seres vivos con un cerebro mucho más básico como los reptiles. El cerebro reptiliano es considerado como la estructura ancestral que regula nuestras funciones vitales y las conductas más instintivas relacionadas con la supervivencia del individuo y de la especie.

Hagamos en este punto un inciso para explicar que es la neocorteza. Según la hipótesis del “cerebro triuno”, desarrollada por Paul MacLean durante de la década de los 60 del pasado siglo y recogida en su libro “The Triune Brain in Evolution” publicado en 1990, el cerebro se divide en otros “tres cerebros” o capas situadas una encima de otra, bien diferenciados física y químicamente y que corresponden a diferentes estadios de la evolución. Estos “tres cerebros” son el reptiliano, el paleomamífero y el neomamífero (ver imagen del cerebro triuno). El cerebro reptiliano, también conocido como cerebro instintivo o básico, corresponde a los primeros estadios de la evolución. Es la primera evolución del cerebro y el cerebro más primitivo de todos que compartimos con otros seres vivos con un cerebro mucho más básico como los reptiles. El cerebro reptiliano es considerado como la estructura ancestral que regula nuestras funciones vitales y las conductas más instintivas relacionadas con la supervivencia del individuo (comer, beber, dormir) y de la especie (impulsos y relaciones sexuales). El cerebro paleomamífero apareció con los primeros mamíferos y se fue desarrollando por encima de lo que hemos definido anteriormente como cerebro reptiliano. Este está considerado el centro de las emociones, es decir: nuestro sistema nervioso emocional y se encarga de producir y generar emociones en nuestro sistema nervioso. Por último, el cerebro neomamífero, también conocido como neocorteza, cerebro racional o cerebro humano, se encarga del procesamiento cognitivo y de la toma de decisiones razonadas y lógicas. Esta neocorteza es una estructura prácticamente única en nuestra especie y, según MacLean, el ser humano es el único organismo que tiene completamente desarrollada la neocorteza. Anatómicamente hablando, encontramos la neocorteza en la zona más superficial del cerebro conformando el 90% de la corteza cerebral y extendiéndose en forma de pliegues y circunvalaciones (ver anatomía del encéfalo -el encéfalo es el órgano dentro de la cabeza que controla todas las funciones de un ser humano y que está compuesto por tres partes principales: el cerebro, el cerebelo y el tronco encefálico- en la imagen adjunta. La neocorteza en la imagen aparece como “neocórtex” y la corteza cerebral sería la suma de “neocortex”, “mesocortex” y “allocortex”).

Anatomía del encéfalo. Se puede observar el volumen que ocupa la neocorteza (neocortex) con respecto al volumen total de la corteza cerebral (suma del volumen de neocortex, mesocortex y allocortex)
Anatomía del encéfalo. Se puede observar el volumen que ocupa la neocorteza (neocortex) con respecto al volumen total de la corteza cerebral (suma del volumen de neocortex, mesocortex y allocortex).

Pues bien, este aumento del número de células progenitoras neurales pudo constituir una clara ventaja cognitiva para los humanos modernos respecto a los neandertales. Para probar esta teoría, los científicos insertaron la versión moderna o ancestral del gen TKTL1 en el cerebro de embriones de ratón y hurón. Los animales con el gen moderno efectivamente desarrollaron significativamente más células progenitoras neurales. Por otro lado, cuando los investigadores diseñaron células de la neocorteza de un feto humano para producir la versión ancestral del gen, descubrieron que el tejido fetal producía menos células progenitoras y menos neuronas de lo normal. Lo mismo sucedió cuando insertaron la versión ancestral de TKTL1 en organoides cerebrales, estructuras similares a mini cerebros cultivadas a partir de células madre humanas.

Estos resultados, y teniendo en cuenta que, según los registros fósiles, los cerebros humanos y neandertales tenían aproximadamente el mismo tamaño, implican que la neocorteza de los humanos modernos es más densa y ocupa una porción más grande del cerebro. Es decir, parece que existe una reorganización del cerebro en los humanos modernos con respecto a los neandertales debido a esta mutación.

Teniendo en cuenta que los cerebros humanos y neandertales tenían aproximadamente el mismo tamaño, los resultados científicos obtenidos implican que la neocorteza de los humanos modernos es más densa y ocupa una porción más grande del cerebro.

Los investigadores aseguran que la versión neandertal de TKTL1 es rara entre los humanos hoy en día, pero existe. También aseguran que se desconoce si esta versión arcaica causa alguna enfermedad o diferencias cognitivas. Para demostrar esto habría que diseñar genéticamente ratones o hurones que tengan la forma moderna del gen y comparar su comportamiento con el de los animales que expresan la versión ancestral.

https://www.abc.es/ciencia/sutil-cambio-unico-permitio-humanos-modernos-generar-20220908151032-nt.html

Nota: Los neandertales son considerados actualmente como una subespecie de los Homo sapiens por lo que son conocidos como “Homo sapiens neanderthalensis”. Por lo tanto, no debemos confundir la denominación “Homo sapiens” con “hombre moderno”. Los homo sapiens son una especie del orden de los primates de la cual el neandertal (Homo sapiens neanderthalensis) y el hombre moderno (Homo sapiens sapiens) son subespecies.

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