29 de diciembre de 2004
La evolución del cerebro humano fue un ‘evento especial’
Genes que controlan el tamaño y la complejidad del cerebro
han experimentado una evolución mucho más rápida
en seres humanos que en primates no humanos u otros mamíferos,
según indica un nuevo estudio realizado por investigadores del
Instituto Médico Howard Hughes.
La evolución acelerada de estos genes en el linaje humano fue
aparentemente impulsada por una selección fuerte. En los
antepasados de los seres humanos, el tener cerebros más grandes
y más complejos parece haber tenido una ventaja particularmente
grande, mucho más que en otros mamíferos. Estos rasgos
permitieron que individuos con “cerebros mejores” dejaran
más descendientes. Como resultado, las mutaciones
genéticas que produjeron cerebros más grandes y
más complejos se diseminaron en la población muy
rápidamente. Esto condujo en última instancia a una
“aceleración” dramática de la
evolución en los genes que controlan el tamaño y la
complejidad del cerebro.
“Las personas en muchas áreas de estudio, tales como biología evolutiva, antropología y sociología, han discutido por mucho tiempo si la evolución del cerebro humano era un evento especial. Creo que nuestro estudio resuelve este interrogante al demostrar que lo era”.
Bruce T. Lahn
“Las personas en muchas áreas de estudio, tales como
biología evolutiva, antropología y sociología, han
discutido por mucho tiempo si la evolución del cerebro humano
era un evento especial”, dijo el autor senior Bruce Lahn del
Instituto Médico Howard Hughes en la Universidad de Chicago.
“Creo que nuestro estudio resuelve este interrogante al demostrar
que lo era”.
Lahn y sus colegas publicaron sus datos en un artículo de
investigación publicado en el número del 29 de diciembre
de 2004, de la revista Cell.
Los investigadores centraron su estudio en 214 genes relacionados
con el cerebro, es decir, genes involucrados en el control del
desarrollo y de la función del cerebro. Examinaron la forma en
la que las secuencias de ADN de estos genes cambiaron con el tiempo
evolutivo en cuatro especies: seres humanos, monos macacos, ratas y
ratones. Los seres humanos y los macacos compartieron un antepasado
común hace 20-25 millones de años, mientras que las ratas
y los ratones están separados por 16-23 millones de años
de evolución. Las cuatro especies compartieron un antepasado
común hace cerca de 80 millones de años.
Los seres humanos tienen cerebros extraordinariamente grandes y
complejos, incluso cuando se los compara con los de macacos y de otros
primates no humanos. El cerebro humano es varias veces más
grande que el del macaco -incluso teniendo en cuenta el tamaño
del cuerpo- y “es mucho más complicado en términos
de estructura”, dijo Lahn.
Para cada gen, Lahn y sus colegas contaron el número de
cambios en la secuencia de ADN que alteraba la proteína
producida por el gen. Luego, obtuvieron el índice de
evolución para ese gen al calcular el número de cambios
de ADN respecto a la cantidad de tiempo evolutivo que fue necesaria
para que se realizaran esos cambios.
Teniendo en cuenta esta medida, los genes relacionados con el
cerebro evolucionaron mucho más rápidamente en seres
humanos y macacos que en ratones y ratas. Además, el
índice de evolución ha sido mucho mayor en el linaje que
llevó a los seres humanos que en el linaje que llevó a
los macacos.
Este índice acelerado de evolución es consistente con
la presencia de fuerzas selectivas en el linaje humano que
favoreció fuertemente a los cerebros más grandes y
más complejos. “El linaje humano parece haber sido
sometido a regímenes selectivos muy diferentes cuando se los
compara con la mayoría de los otros linajes”, dijo Lahn.
“La selección para una mayor inteligencia y por lo tanto
para cerebros más grandes y más complejos es mucho
más intensa durante la evolución humana que durante la
evolución de otros mamíferos”.
Para examinar aún más la función de la
selección en la evolución de los genes relacionados con
el cerebro, Lahn y sus colegas dividieron estos genes en dos grupos. Un
grupo contenía genes involucrados en el desarrollo del cerebro
durante etapas embrionarias, fetales y de la infancia. El otro grupo
consistía en genes involucrados en funciones de
“mantenimiento” del cerebro necesarias para que las
células nerviosas vivan y funcionen. Si una selección
intensificada fue la que en efecto impulsó los cambios
dramáticos en el tamaño y en la organización del
cerebro, se esperaría que los genes de desarrollo cambien
más rápidamente que los genes de mantenimiento durante la
evolución humana. En efecto, el grupo de Lahn descubrió
que los genes de desarrollo mostraban índices de cambio mucho
más altos que los genes de mantenimiento.
Además de descubrir la tendencia general de que los genes
relacionados con el cerebro -particularmente aquellos involucrados en
el desarrollo del cerebro- evolucionaron significativamente más
rápido en el linaje humano, el estudio también
descubrió dos docenas genes que se escapan del promedio (o
outliers) y que podrían haber hecho contribuciones
importantes a la evolución del cerebro humano. Estos genes
outliers fueron identificados debido al hecho de que su
índice de cambio está acelerado especialmente en el
linaje humano, mucho más que los otros genes examinados en el
estudio. Fue sorprendente que la mayoría de estos genes
outliers estén involucrados en el control del
tamaño total o del rendimiento comportamental del cerebro
-aspectos del cerebro que más han cambiado durante la
evolución humana-.
Según el estudiante de doctorado Eric Vallender, coautor del
artículo, es muy posible que por casualidad dos o tres de estos
genes outliers pudieran estar involucrados en el control del
tamaño del cerebro o del comportamiento. “Pero vemos mucho
más que un par -de un total dos docenas de
outliers vemos unos 17-”, dijo. Así
que, según Lahn, los genes que controlan el tamaño total
y el rendimiento del comportamiento del cerebro son quizás los
lugares del genoma en donde la naturaleza ha hecho la mayor cantidad de
cambios en el proceso de crear el cerebro poderoso que poseen hoy los
seres humanos.
No hay “duda” de que el grupo de Lahn ha descubierto
evidencias de la selección, dijo Ajit Varki de la Universidad de
California, en San Diego. Además, al decidir observar genes
específicos, Lahn y sus colegas han demostrado “que la
metodología del gen candidato está viva y bien”,
dijo Varki. “Han encontrado muchas cosas interesantes”.
Una de las sorpresas principales del estudio es el número
relativamente alto de genes que han contribuido a la evolución
del cerebro humano. “Durante mucho tiempo, se ha discutido sobre
la contribución genética a la evolución del
cerebro humano”, dijo Lahn. “¿Se debe a algunas
mutaciones en algunos genes, muchas mutaciones en algunos genes o
muchas mutaciones en muchos genes?” La respuesta parece ser
muchas mutaciones en muchos genes. Hemos hecho un cálculo
aproximado de que la evolución del cerebro humano involucra
probablemente a cientos, si es que no a miles, de mutaciones en
quizás cientos o miles de genes -e incluso esa es una
estimación conservadora-”.
No deja de ser espectacular que tantas mutaciones en tantos genes
fueran adquiridas durante sólo unos 20-25 millones de
años en el linaje evolutivo que llevó a los seres
humanos, según dice Lahn. Esto significa que la selección
ha trabajado arduamente durante la evolución humana para crear
el poderoso cerebro que hoy tienen los seres humanos.
Varki señala que varios eventos importantes en la
evolución humana reciente podrían reflejar la
acción de fuerzas selectivas intensas, entre las que se
encuentran la aparición del género Homo hace cerca
de 2 millones de años, la expansión importante del
cerebro que comenzó hace aproximadamente medio millón de
años y la aparición de seres humanos
anatómicamente modernos comenzó hace aproximadamente
150.000 años. “Está claro que la evolución
humana no ocurrió de golpe”, dijo, “lo que tiene
sentido, dado que el cerebro es un órgano muy
complejo”.
Lahn especuló más diciendo que la selección
fuerte para cerebros mejores todavía podría tener lugar
en las poblaciones humanas actuales. Por qué el linaje humano
experimentó tal selección intensificada para mejores
cerebros pero no otras especies es un interrogante abierto. Lahn cree
que las respuestas a este interrogante importante vendrán no
sólo de las ciencias biológicas sino también de
las ciencias sociales. Quizás las estructuras sociales complejas
y los comportamientos culturales únicos en los antepasados
humanos fueron los que promovieron la evolución rápida
del cerebro.
“Este artículo va a abrir muchas discusiones”,
dijo Lahn. “Tenemos que comenzar a pensar sobre la forma en la
que las estructuras sociales y los comportamientos culturales en el
linaje que llevó a los seres humanos se diferenciaron de los de
otros linajes, y sobre la forma en la que tales diferencias han
impulsado la evolución humana de una forma única. Para
mí, ésa es la parte más emocionante de este
artículo”.
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