Un cráneo 'Homo' temprano de Dmanisi, Georgia (izquierda) junto a un cráneo 'Homo' posterior de Sangiran, Indonesia (derecha). Una reconstrucción virtual de sus cerebros muestra cómo el individuo de Dmanisi tenía un gran cerebro parecido a un simio, mientras que el individuo Sangiran tenía un cerebro moderno parecido al humano.(Crédito de la imagen: M. Ponce de León y Ch. Zollikofer / Universidad de Zurich).

Los primeros humanos todavía tenían cerebros parecidos a los de los simios, según se publica en un nuevo estudio en la revista Science, en el que se concluye que los humanos modernos evolucionaron hasta tener órganos de pensamiento "avanzado" hace relativamente poco tiempo, entre 1,7 millones y 1,5 millones de años.

Esto significa que el cerebro único de los humanos modernos se desarrolló más de 1 millón de años después de que surgiera el género Homo, esto es, después de que el primer Homo erectus emigrara fuera de África. Por tanto, las dos migraciones de humanos que salieron del continente africano lo hicieron con cerebros distintos. La primera lo hizo con órganos arcaicos, más similares al de los Autralopithecus y simios antropomorfos como los chimpancés. La segunda, hace 1,5 millones de años, emigró ya con un cerebro similar al nuestro hasta la zona del sudeste asiático.

El resultado de este trabajo de investigación anula la opinión, previamente sostenida, de que el lóbulo frontal de los humanos, la parte del cerebro que procesa tareas cognitivas complejas, incluido el pensamiento social, el empleo de herramientas y el lenguaje, se desarrolló en la transición del género Australopithecus al género Homo, lo cual ocurrió hace aproximadamente entre 2,8 millones y 2,5 millones años, dicen los investigadores del estudio.

Relaciones topográficas entre estructuras neurocraneales y cerebrales en endocastos de grandes simios y humanos. Foto: Marcia S. Ponce de León, et. al, 'The primitive brain of early Homo', Science.

Las suturas craneales se indican en azul, los surcos cerebrales en rojo y las regiones del cerebro en otros colores. (A) En los grandes simios, el surco precentral (pc) cruza la sutura coronal (CO), de modo que su porción inferior (pci) se encuentra anterior al CO. El surco semilunar (L) marca el borde anterior de la corteza visual primaria (Área de Brodmann). (B) En los seres humanos, la expansión evolutiva de la corteza prefrontal inferior (IPF) dio como resultado un desplazamiento del pci hacia el lado posterior del CO (puntas de flecha rojas). La expansión concomitante del hueso parietal resultó de un desplazamiento anterior (puntas de flecha azul) de la porción apical de CO. La expansión de la corteza parietal posterior (PP) resultó de la fragmentación y eventual desaparición de L. Los números indican áreas de Brodmann. Estructuras neurocraneales: BC, casquete de Broca; CO, sutura coronal; LA: sutura lambdoidea. Surcos cerebrales: c, central; fi, frontal inferior; fs, frontal superior; fo, frontoorbital; ip, intraparietal; lo, orbital lateral; pc (pcs / pci), precentral (superior / inferior); pt, poscentral; ts, temporal superior; s, Sylvian (lateral); L, semilunar; R / Rʹ, ramas ascendentes / horizontales del surco lateral anterior. Estructuras vasculares: SS, seno sigmoide; TS, seno transverso

Debido a que los cerebros están hechos de tejidos blandos que no fosilizan, el equipo de investgación examinó en su lugar los endocastos fosilizados, es decir, la zona interna del cráneo que alberga el cerebro, a fin de determinar cómo cambió este órgano con el tiempo.

Para hacer esto, los científicos compararon las estructuras internas de los cráneos de simios y homínidos "primitivos" o "tempranos" con las de los humanos modernos. En total se observaron los endocastos de 81 chimpancés, 27 bonobos, 43 gorilas y 32 orangutanes, junto con los de 110 humanos modernos.  Luego, analizaron los endocastos de casi 40 cráneos humanos antiguos, incluidos los del  Australopithecus sediba, Homo erectus y Homo naledi, y determinaron cuán "primitivos" o avanzados eran probablemente sus cerebros comparándolos con los endocastos de los grandes simios y de los  humanos modernos.

"Cuando el equipo de expertos concibió este proyecto de investigación, a fines de la década de 1990, la tarea parecía inalcanzable porque no se tenían formas objetivas de interpretar la estructura cerebral a partir del análisis de endocastos", dice en un correo electrónico la co-investigadora líder del estudio, Marcia Ponce de León (izquierda), paleoantropóloga en la Universidad de Zurich. "Pero, posteriormente, los avances en tomografía computarizada (TC), y otras tecnologías de imágenes, han permitido a los investigadores cuantificar las relaciones cerebro-endocasto en especies vivas", añade. "En este sentido, pensamos que si era posible determinar estructuras cerebrales a partir de endocastos de especies vivas, seguramente podríamos inferir estructuras cerebrales en tomografías computarizadas de cráneos fosilizados".

Los investigadores encontraron que la observación de los endocastos detallados revelaban huellas de los pliegues y surcos del cerebro desaparecidos hace mucho tiempo, así como las estructuras vasculares que rodean al cerebro, si bien analizar estas huellas constituía un trabajo muy laborioso. "Fue un trabajo difícil, que necesitó mucha participación de la 'materia gris'", bromea el investigador y co-líder del estudio Christoph Zollikofer (derecha), paleoantropólogo y neurobiólogo en la Universidad de Zúrich. 

A medida que el equipo progresaba lentamente a través del estudio de los endocastos fósiles, observaron que se habían llevado a cabo cambios evolutivos, es decir, constataron cómo una determinada zona cerebral había avanzado poco a poco hacia la zona posterior del cerebro. "Por ejemplo, un desplazamiento hacia atrás del surco precentral durante el tiempo evolutivo indica de manera fiable que el área de Broca frente a él se expandió durante la evolución humana", explica Zollikofer. "Esta región y sus alrededores son especialmente interesantes porque, en los humanos modernos, están involucrados en la producción del habla y otras capacidades cognitivas superiores".

Cambio de la forma endocraneal asociado con la reorganización del lóbulo frontal (vista lateral izquierda). Los colores denotan una expansión superior a la media (verde) y abultamiento (amarillo) de la superficie endocraneal, lo que indica un agrandamiento diferencial de las regiones cerebrales marcadas (IPF, corteza prefrontal inferior; 45/47, áreas de Brodmann; PP, corteza parietal posterior; T , lóbulo temporal, O, lóbulo occipital). Observe también la expansión de la superficie endocraneal a lo largo del seno transverso (TS). Surcos cerebrales (rojo): fs / fi, frontal superior / inferior; pc / c / pt, precentral / central / postcentral; s, Sylvian; ip, intraparietal.

Después de comparar los endocastos fósiles con los de los grandes simios y los humanos modernos, los análisis del equipo revelaron que los primeros miembros del género Homo tenían un cerebro con lóbulos frontales similares al de un gran simio. 

"Hasta ahora se creía que, cuando nació el género 'Homo' ya disponía del mismo tipo de cerebro que tenemos hoy en día. Nosotros hemos demostrado que esto no es así. Las primeras poblaciones de nuestro género 'Homo' tenían cerebros simiescos bastante primitivos, como sus antepasados los 'Australopithecus'", dice Ponce de León. "Esto incluye fósiles asociados con el 'Homo habilis' y el 'Homo erectus' temprano".

¿Cuándo se volvieron 'modernos' los cerebros Homo?

Los restos del género Homo más antiguos registrados son los fósiles hallados en Ledi-Geraru, Etiopía, que datan de hace 2,8..., pero no se ha conservado ningún cráneo. "Durante el siguiente millón de años después de eso, no hay endocastos de 'Homo' que hayan sido descubiertos", dice Amélie Beaudet (izquierda), paleoantropóloga de la Universidad de Cambridge, en el Reino Unido, que no participó en el estudio, pero escribió un artículo de opinión al respecto en la revista Science.

Esta brecha de un millón de años intensifica el misterio de cuándo se desarrolló el cerebro avanzado de los especímenes del género Homo. Pero el análisis de los cráneos de Homo erectus han ayudado a desbloquear este hallazgo, dijeron los investigadores. En particular, fue clave el grupo de cinco cráneos de Homo erectus conocidos como los individuos de Dmanisi, llamados así por el enclave arqueológico en que se hallaron, en Dmanisi, Georgia. Tales cráneos, de hace aproximadamente 1,8 millones de años, están bien conservados y pertenecieron a homínidos que murieron entre la adolescencia y la vejez. 

"Los fósiles de Dmanisi son de gran importancia, dado que nos muestran que, hace alrededor de 1,8 millones de años, el 'Homo' temprano tenía un cerebro primitivo, similar al del  'Australopithecus' y al de los grandes simios", subraya Zollikofer en un correo electrónico. 

Pero tener lóbulos frontales similar a un simio no impidió que los Homo erectus de Dmanisi tuvieran una existencia extraordinaria. "Estos homínidos de cerebros primitivos pudieron salir de África, hacer frente a las duras condiciones climáticas de Eurasia, producir una variedad de herramientas, esforzarse en la obtención de carne y brindar apoyo a los miembros del grupo de edad avanzada", subraya Zollikofer. Prueba de esto último es el Cráneo 4 de Dmanisi, que corresponde a un anciano que no tenía dientes. Hace 1,8 millones de años, los inviernos en Georgia eran durísimos, y un anciano solo y sin dientes nunca hubiera sobrevivido. "Hemos comprobado que sobrevivió años a la pérdida de sus dientes. El anciano de Dmanisi es uno de los primeros ejemplos de cooperación social en nuestra historia. Y el cerebro de aquellos humanos era todavía arcaico, similar al de los 'Australopithecus'", advierte Zollikofer.

Los avances en la tecnología de imágenes permitieron a los investigadores crear reconstrucciones 3D detalladas de los cinco cráneos de Homo erectus de Dmanisi, Georgia. (Crédito de la imagen: M. Ponce de León y Ch. Zollikofer / Universidad de Zurich)

Se cree que los individuos de Dmanisi se encuentran entre las primeras poblaciones de Homo que abandonaron el continenete africano. No fue sino hasta hace unos 1,7 millones de años, en África, que el complejo de los lóbulos frontales del género Homo comenzó probablemente a formarse, según los investigadores, los cuales encontraron evidencias de la región cerebral ya reorganizada en cráneos de individuos Homo de África y del sudeste asiático que datan de hace 1,5 millones de años y menos. Por ejemplo, los individuos Homo erectus que vivieron hace menos de 1,5 millones de años, y cuyos restos se encontraron en el sudeste asiático, tenían endocastos indicativos de lóbulos frontales semejantes al de los Homo sapiens modernos, afirman los investigadores.

"Este hallazgo muestra que el complejo de lóbulos frontales, considerado como un sello distintivo de los primeros 'Homo' en África, evolucionó comparativamente tarde, y no fue necesario para la dispersión de los primeros humanos fuera de África", escriben los investigadores del estudio. 

"Esta conclusión es interesante e importante, pero ... no necesariamente controvertida", dijo Fred Spoor (izquierda), paleontólogo del Centro de Investigación de la Evolución Humana del Museo de Historia Natural de Londres, que no participó en el estudio. "Centrarse en una fuerte dicotomía entre nuestro género 'Homo' y los antepasados ​​anteriores (por ejemplo,  'Australopithecus' como 'Lucy', hallada en Etiopía) es un remanente de los días en que había menos fósiles disponibles y la evolución humana se veía como un simple proceso lineal de varios antepasados ​​tempranos hasta nosotros los humanos modernos", escribe Spoor en un correo electrónico. "En ese contexto, el origen del género 'Homo' fue visto como una revolución biológica, asociada con la fabricación de herramientas de piedra y con un cerebro más grande y complejo". 

"Desde entonces, los investigadores han aprendido que las herramientas de piedra se comenzaron a  fabricar hace 3,3 millones de años (mucho antes del surgimiento del género 'Homo') y se han descubierto especies y especímenes del género 'Homo' con cerebros más pequeños", recuerda Spoor. "La realidad es que varios aspectos que nos caracterizan como humanos modernos surgieron en diferentes momentos, y no necesariamente como un paquete ordenado en un 'momento especial'".

La reorganización de los lóbulos frontales coincidió en el tiempo con el salto tecnológico del Olduvayense al Achelense, en lo que respecta a la fabricación de herramientas. "Por eso, muchos arqueólogos han postulado que tuvo que haber algún cambio en el cerebro humano, que es lo que ahora hemos descubierto", apunta Ponce de León, que considera también muy probable que las primeras formas de lenguaje surgieran entonces.

Este espécimen de Dmanisi, Georgia, es el cráneo más completo de los primeros individuos 'Homo' registrados. Aquí, los investigadores lo analizan usando la radiación electromagnética del sincrotrón en la Instalación Europea de Radiación de Sincrotrón en Grenoble, Francia. Crédito de la imagen: Paul Tafforeau / ESRF.

¿Por qué cambiaron los cerebros Homo?

Sigue siendo un misterio por qué los cerebros Homo evolucionaron para tener un conjunto sofisticado de lóbulos frontales, pero los científicos tienen algunas ideas. Quizás sea un ejemplo del llamado "efecto Baldwin", cuando la capacidad de aprender un nuevo comportamiento puede impulsar cambios en la genética y el fenotipo, o en la apariencia, apunta Zollikofer. En este caso, es posible que las estructuras cerebrales responsables del lenguaje y otras tareas cognitivas complejas crecieran en un entorno que fomentaba y necesitaba una comunicación similar a un protolenguaje. 

"Planteamos la hipótesis de una retroalimentación positiva entre la innovación cultural y la reorganización evolutiva del cerebro", dice Zollikofer. "Dicho esto, incluso si las estructuras cerebrales para el lenguaje temprano estuvieron 'en su lugar' hace aproximadamente 1,5 millones de años, no sabemos si estas primeras poblaciones 'Homo' tenían un lenguaje moderno similar al humano", añade. "En cambio, los primeros humanos probablemente tenían algún tipo de protolenguaje que, en el sentido de coevolución cerebro-cultura, favoreció la evolución de estas estructuras cerebrales, las cuales, a su vez, favorecieron la evolución del protolenguaje", concluye.

Fuentes: livescience.com | eldiariomontanes.es | 8 de abril de 2021