Los científicos han descubierto una falla en nuestro ADN que puede haber ayudado a diferenciar las mentes de nuestros ancestros de las de los neandertales y otros parientes extintos.
La mutación, que surgió en los últimos cientos de miles de años, estimula el desarrollo de más neuronas en la parte del cerebro que usamos para nuestras formas de pensamiento más complejas, según un nuevo estudio publicado en Science el jueves.
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«Lo que encontramos es un gen que ciertamente contribuye a hacernos humanos», dijo Wieland Huttner, neurocientífico del Instituto Max Planck de Biología y Genética de Células Moleculares en Dresden, Alemania, y uno de los autores del estudio.
El cerebro humano nos permite hacer cosas que otras especies vivas no pueden, como usar un lenguaje completo y hacer planes complicados para el futuro. Durante décadas, los científicos han estado comparando la anatomía de nuestro cerebro con la de otros mamíferos para comprender cómo evolucionaron esas facultades sofisticadas.
La característica más obvia del cerebro humano es su tamaño: cuatro veces más grande que el de los chimpancés, nuestros parientes vivos más cercanos.
Nuestro cerebro también tiene características anatómicas distintivas. La región de la corteza justo detrás de nuestros ojos, conocida como lóbulo frontal, es esencial para algunos de nuestros pensamientos más complejos. Según un estudio de 2018, el lóbulo frontal humano tiene muchas más neuronas que la misma región en los chimpancés.
Pero comparar a los humanos con los simios vivos tiene una grave deficiencia: nuestro ancestro común más reciente con los chimpancés vivió hace aproximadamente 7 millones de años. Para completar lo que sucedió desde entonces, los científicos han tenido que recurrir a fósiles de nuestros ancestros más recientes, conocidos como homínidos.
Al inspeccionar los cráneos de los homínidos, los paleoantropólogos han descubierto que los cerebros de nuestros antepasados aumentaron drásticamente de tamaño a partir de hace unos 2 millones de años. Alcanzaron el tamaño de los humanos vivos hace unos 600.000 años. Los neandertales, entre nuestros parientes homínidos extintos más cercanos, tenían cerebros tan grandes como los nuestros.
Pero los cerebros de los neandertales eran alargados, mientras que los humanos tienen una forma más esférica. Los científicos no pueden decir qué explica esas diferencias. Una posibilidad es que varias regiones del cerebro de nuestros antepasados cambiaron de tamaño.
En los últimos años, los neurocientíficos han comenzado a investigar cerebros antiguos con una nueva fuente de información: fragmentos de ADN conservados dentro de fósiles de homínidos. Los genetistas han reconstruido genomas completos de los neandertales, así como de sus primos orientales, los denisovanos.
Los científicos se han centrado en las diferencias potencialmente cruciales entre nuestro genoma y los genomas de los neandertales y los denisovanos. El ADN humano contiene alrededor de 19.000 genes. Las proteínas codificadas por esos genes son en su mayoría idénticas a las de los neandertales y los denisovanos. Pero los investigadores han encontrado 96 mutaciones específicas de humanos que cambiaron la estructura de una proteína.
En 2017, Anneline Pinson, investigadora del laboratorio de Huttner, estaba revisando esa lista de mutaciones y notó una que alteraba un gen llamado TKTL1. Los científicos han sabido que TKTL1 se vuelve activo en la corteza humana en desarrollo, especialmente en el lóbulo frontal.
“Sabemos que el lóbulo frontal es importante para las funciones cognitivas”, dijo Pinson. “Así que ese fue un buen indicio de que podría ser un candidato interesante”.
Pinson y sus colegas realizaron experimentos iniciales con TKTL1 en ratones y hurones. Después de inyectar la versión humana del gen en los cerebros en desarrollo de los animales, descubrieron que provocaba que los ratones y los hurones produjeran más neuronas.
A continuación, los investigadores llevaron a cabo experimentos con células humanas, utilizando fragmentos de tejido cerebral fetal obtenidos mediante el consentimiento de mujeres que abortaron en un hospital de Dresde. Pinson usó tijeras moleculares para cortar el gen TKTL1 de las células en las muestras de tejido. Sin él, el tejido cerebral humano produce menos células progenitoras que dan origen a las neuronas.
Para su experimento final, los investigadores se propusieron crear un cerebro en miniatura similar al de un neandertal. Comenzaron con una célula madre embrionaria humana, editando su gen TKTL1 para que ya no tuviera la mutación humana. En cambio, portaba la mutación que se encuentra en nuestros parientes, incluidos los neandertales, los chimpancés y otros mamíferos.
Luego colocaron la célula madre en un baño de sustancias químicas que la persuadieron para que se convirtiera en un grupo de tejido cerebral en desarrollo, llamado organoide cerebral. Generó células cerebrales progenitoras, que luego produjeron una corteza en miniatura hecha de capas de neuronas.
El organoide cerebral de tipo neandertal produjo menos neuronas que los organoides con la versión humana de TKTL1. Eso sugiere que cuando el gen TKTL1 mutó, nuestros ancestros pudieron producir neuronas adicionales en el lóbulo frontal. Si bien este cambio no aumentó el tamaño total de nuestro cerebro, podría haber reorganizado su cableado.
“Esto es realmente un tour de force”, dijo Laurent Nguyen, neurocientífico de la Universidad de Lieja en Bélgica que no participó en el estudio.
El nuevo hallazgo no significa que TKTL1, por sí solo, ofrezca el secreto de lo que nos hace humanos. Otros investigadores también están analizando la lista de 96 mutaciones que cambian proteínas y están realizando sus propios experimentos con organoides.
Otros miembros del laboratorio de Huttner informaron en julio que otras dos mutaciones cambian el ritmo al que se dividen las células cerebrales en desarrollo. El año pasado, un equipo de investigadores de la Universidad de California en San Diego descubrió que otra mutación parece cambiar la cantidad de conexiones que las neuronas humanas hacen entre sí.
Otras mutaciones también pueden resultar importantes para nuestros cerebros. Por ejemplo, a medida que se desarrolla la corteza, las neuronas individuales necesitan migrar para encontrar su lugar adecuado. Nguyen observó que algunas de las 96 mutaciones exclusivas de los humanos alteraron genes que probablemente estén involucrados en la migración celular. Él especula que nuestras mutaciones pueden hacer que nuestras neuronas se muevan de manera diferente a las neuronas en el cerebro de un neandertal.
“No creo que sea el final de la historia”, dijo. “Creo que se necesita más trabajo para comprender qué nos hace humanos en términos de desarrollo cerebral”.
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