La cara humana, un prodigio evolutivo forjado durante dos millones de años

El cráneo número 6 de la Sima de los Huesos ha sido uno de los estudiados. Javier Trueba MSF

Fuente: EL MUNDO.es | 7 de diciembre de 2015

La cara humana es única entre los primates. El desarrollo facial del Homo sapiens sigue patrones de nuestra especie que hacen que la cara sea vertical en vez de proyectarse hacia delante en forma de 'morro'. Esto ocurre porque predomina la reabsorción del hueso sobre la deposición en el esqueleto facial, lo que hace que nuestra cara presente mucho relieve, con entrantes y salientes como los pómulos, la nariz o el mentón.

Un equipo internacional de paleoantropólogos, entre los que hay gran participación española, ha investigado la evolución del esqueleto facial humano en los últimos dos millones de años mediante el examen con microscopio electrónico y confocal de la superficie de los huesos de la cara de cuatro individuos adolescentes de la Sima de los Huesos, en Atapuerca, y de dos niños neandertales. De esta manera se ha identificado las áreas en las que se deposita hueso y aquellas en las que se reabsorbe.

Juan Luis Arsuaga (izquierda), director científico del Museo del a Evolución Humana de Burgos y uno de los principales participantes en el estudio que publica Nature Communications, afirma que estos huesos analizados siguen el modelo no-sapiens, es decir, el de todos los primates que no son Homo sapiens.

Los huesos que más crecen durante el desarrollo facial son aquellos en los que se produce depósito de hueso, que principalmente están localizados en la zona superior de la cara, como la nariz o los pómulos.

En otras zonas predomina la reabsorción de hueso, y en ellas el crecimiento es mucho más limitado, como en la zona inferior de la cara (por ejemplo, bajo los pómulos, donde se puede apreciar un hueco, producto de la reabsorción que se da sólo en Homo sapiens).

Este proceso contribuye al desarrollo de características faciales clave como la retracción maxilar.Estas diferencias son las causantes de los relieves de la cara humana. "Nuestra cara, por lo tanto, es única en cuanto a su patrón de desarrollo y su resultado final, y no se encuentra ni en Homo erectus, ni entre los antepasados de los neandertales, ni en los neandertales", sostiene Arsuaga.


Direcciones de crecimiento del maxilar.

En ellos, el modelo de crecimiento sigue un patrón primitivo en el que prácticamente sólo hay depósito de hueso en la cara y la reabsorción apenas existe. Además, en los grandes simios sólo hay deposición de hueso, por eso toda la cara avanza durante el crecimiento.

Arsuaga afirma que, en estudios anteriores sobre la superficie del hueso a escala microscópica, ya se había demostrado que el patrón del Homo sapiens es único, porque predomina la reabsorción del hueso sobre la deposición en el esqueleto facial, pero faltaba por estudiar también los fósiles.

La cara del ser humano moderno, tan vertical y con pómulos salientes, serviría para que nuestros antepasados se reconocieran como miembros de la misma especie y diferentes de otras. "Quizás también nos proporcione más posibilidades para la comunicación no verbal, es decir, puede que sea más expresiva cuando al hueso se le ponen músculos y piel", concluye.

(ab) Imágenes tomadas con microscopio electrónico de barrido en las que se muestran detalles de microanatomía ósea. (a) La superficie de hueso formada es relativamente suave, presentando depósitos de colágeno por células osteoblastos. La imagen fue tomada en el hueso maxilar del neandertal llamado “Torre del Diablo”, (Gibraltar).  (b) La reabsorción se identifica como una superficie irregular tallada por los osteoclastos ya que éstos disuelven y eliminan matriz ósea. La imagen fue tomada del hueso maxilar del cráneo 16, un homínido de la Sima de los Huesos (Atapuerca). (c) Mapa facial morfogenético de los neandertales, basado en el de "Torre del Diablo”, y en el que se muestra sólo deposición ósea sobre el maxilar superior. (d) Mapa facial morfogenético de homínidos de la Sima de los Huesos, basado en el cráneo 9, el cual muestra deposición ósea sobre el maxilar superior con un poco de reabsorción localizada a la entrada de la cavidad nasal y el maxilar lateral. El resto de las muestras de la Sima de los Huesos mostraron mapas faciales similares. (e, f) mapas faciales morfogenéticos de sub-adultos humanos que muestran la reabsorción como característica dominante sobre el maxilar superiorEstas muestras tienen una antigüedad similar al neandertal “Torre del diablo" (e) y al cráneo 9 de la Sima de los Huesos (f).

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Comentario por Guillermo Caso de los Cobos el diciembre 8, 2015 a las 9:19pm

«Los humanos actuales somos los que tenemos más expresión facial»

Fuente: diariodeburgos.com | 8 de diciembre de 2015

Los neandertales, la especie que más se parece al humano moderno, y los homínidos de la Sima de los Huesos tenían, según indican los fósiles, un rostro con un morro prominente. Y los homínidos de la mayoría de las especies antiguas, también. La cara del Homo sapiens, en cambio, tiende a la verticalidad, no le sobresale la mandíbula superior y posee unos pómulos salientes. ¿A qué se debieron estos cambios que hacen difereentes a los humanos modernos?, ¿qué dicen de nosotros estas caras?, ¿por qué somos distintos al resto de especies? Sobre el proceso evolutivo que ha seguido el rostro trata de responder el último estudio en el que han participado miembros del Equipo de Atapuerca. Para el por qué aún es pronto.


«No sabemos por qué la cara del 'Homo sapiens' tiene tanto relieve, tanta 'expresión' podríamos decir, con entrantes y salientes, por qué está tan 'esculpida', con tantos huecos, tan excavada. Las caras de las otras especies fósiles que se conocen, incluidos los neandertales, nuestros primos hermanos, son más planas, sin pómulos marcados, con menos 'expresión', si se puede hablar así de una calavera. Más que caras parecen caretas. Sin carne, tal y como las vemos, nos resultan inexpresivas, aunque no sabemos qué aspecto tendrían con la musculatura facial y la piel».


Las dudas de Juan Luis Arsuaga, director del MEH y uno de los principales participantes en un estudio que analiza la evolución de la cara a partir en gran parte de fósiles de Atapuerca, surgen a raíz de comparar fósiles de individuos en crecimiento de distintas especies. Los investigadores concluyen que el patrón histológico que se observa en el Homo sapiens es único en la evolución humana. El modelo de crecimiento desde hace 2 millones de años sigue, en cambio, un patrón primitivo. 


«Creo que esa es la clave -añade-. Me atrevería a decir que los humanos actuales somos los que tenemos más expresión facial, más lenguaje corporal en la cara, incluso más identidad personal. Es una interpretación atrevida, lo reconozco, porque trabajamos con esqueletos, no con caras, pero en ciencia a veces hay que ser osado. Por eso me atrevo a decir que la expresión popular ‘la cara es el espejo del alma’ puede aplicarse a este caso y a la evolución humana».


En un artículo que se publica en la revista Nature Communications, un equipo internacional de paleoantropólogos con amplia participación española estudia la evolución del esqueleto de la cara humana en los últimos dos millones de años. El método utilizado en este trabajo es laborioso y consiste en examinar con el microscopio electrónico y confocal la superficie de los huesos de la cara de individuos en proceso de desarrollo, para distinguir así las áreas en las que se está depositando hueso de otras en las que se está reabsorbiendo el hueso. 


 
Pómulos salientes
Durante el desarrollo facial, los huesos de la cara crecen principalmente en las áreas donde se produce depósito de hueso. En zonas donde predomina reabsorción, el crecimiento es mucho más limitado. Esa diferencia en la dinámica de estos procesos hace que la cara moderna tenga relieve, que esté «esculpida», con pómulos salientes, por ejemplo, y que sea vertical en vez de proyectarse hacia adelante en un morro. En los grandes simios, en cambio, solo hay deposición de hueso, y por eso toda la cara avanza durante el crecimiento.


Los investigadores de este estudio creen que el patrón que se observa en el Homo sapiens, con amplias áreas de reabsorción ósea en la superficie facial, es único en la evolución humana. El modelo de crecimiento de la cara del Homo erectus, de los neandertales y de los fósiles de la Sima de los Huesos, en la Sierra de Atapuerca, sigue, en cambio, un patrón primitivo, en el que prácticamente solo hay depósito de hueso en la cara y la reabsorción no existe o es mínima. Únicamente en el caso de Homo antecessor de la Gran Dolina, en la Sierra de Atapuerca, el modelo de crecimiento podría parecerse al moderno, pero de momento solo hay un individuo, bastante incompleto, en el que pueda estudiarse, parcialmente, la histología de la superficie de la cara.


 
Un rostro ‘común’
«De 'Homo antecessor' sabemos todavía poco porque se ha excavado escaso volumen de sedimento. Ahora tenemos la cara de un niño que no conserva demasiado bien la superficie del hueso. Con todo, lo que se ve recuerda al patrón de la cara moderna. Ese dato refuerza la posición de la especie 'Homo antecesso'r como antepasada tanto de los neandertales como de los humanos actuales. Posiblemente, el patrón moderno se desarrolló y se exageró a partir del patrón de la cara de 'Homo antecessor'».


El primer autor del trabajo que publica la revista Nature Communications es Rodrigo Lacruz, un español profesor en la Universidad de Nueva York: «Nuestros resultados revelan que los patrones de crecimiento facial en neandertales y humanos de la Sima de los Huesos son diferentes del humano y explican por qué estas especies fósiles son tan distintas del hombre actual».


Arsuaga, por su parte, concluye: «Se trata de un descubrimiento muy relevante porque confirma que la especie humana actual presenta muchas originalidades, rasgos únicos que no se encuentran en los neandertales y las demás especies humanas que han existido».

Comentario por Guillermo Caso de los Cobos el diciembre 16, 2015 a las 2:44am

El remodelado óseo y los secretos del crecimiento facial

Fuente: quo.es | 15 de diciembre de 2015

La forma de los huesos tiene su reflejo en el aspecto externo del cuerpo. Lo saben muy bien quienes trabajan en cirugía estética o lo que se dedican a reconstruir el rostro de individuos actuales o de especies extinguidas a partir de los huesos del cráneo. Los músculos y tendones están directamente relacionados con la forma de los elementos óseos y esas reconstrucciones son muy fiables. La forma de los huesos es el fruto de una trayectoria ontogenética (de crecimiento) regulada por genes particulares de cada especie y, en parte, por circunstancias externas. Para simplificar, nos fijaremos solo en los aspectos regulados por el genoma.

Molde del cráneo del ejemplar Gibraltar 2 (Neandertal), recuperado del yacimiento de la Torre del Diablo (Devils´Tower), cuya edad se ha estimado en unos cinco años por el estado de formación de sus dientes. Fuente: Wikipedia.

Los huesos se van formando a partir de tejido cartilaginoso a medida que crecemos. Ya desde nuestra más tierna infancia, el tejido óseo experimenta una dinámica muy importante que, como dije en el párrafo anterior, tiene mucho que ver con el programa genético de cada especie. El hueso crece gracias a la actuación de células que forman hueso (osteoblastos). Pero, al mismo tiempo, otras células (osteoclastos) se encargan de destruir hueso en zonas determinadas. Este juego tan dinámico, en el que unas células pueden ir más deprisa que otras en su trabajo, provocan una remodelación de cada elemento óseo. En algunos casos predominan los osteoblastos y el hueso crece sin cesar hasta que llega el estado adulto. En otros casos, predomina la acción de los osteoclastos y determinados huesos (o regiones de los mismos) pierden masa, adelgazan y acaban por perder relevancia en el esqueleto final del adulto. Este proceso continúa funcionando durante toda la vida, modificando nuestro aspecto. De ahí que, por ejemplo, nuestros rasgos faciales a los 70 años sean muy distintos de los que teníamos a los 20.

En los cuadros A y C se observa el aspecto con microscopio confocal el aspecto del hueso en su estado de deposición, en el que los osteoblastos depositan hueso. En los cuadros B y D el aspecto de la superficie del hueso denota la reabsorción producida por los osteoclastos. Las imágenes fueron obtenidas en los fósiles KNM-WT 15000 (Homo ergaster: A y B) y en ATD6-96 (Homo antecessor: C y D). Fuente: PLOS ONE.

Las investigaciones sobre remodelado óseo requieren estudiar con microscopios adecuados la superficie de los huesos, cuyo aspecto es muy peculiar tanto cuando se produce deposición de hueso como cuando se produce reabsorción (ver figura 2). En el caso de los fósiles sería muy deseable disponer de individuos en todas las edades de crecimiento, pero eso es prácticamente imposible. Tenemos que contentarnos con averiguar el patrón de remodelado que presenta un individuo a una determinada edad y compararlo con individuos de otras especies y edades similares.

Lo que nos interesa contar tiene que ver con dos artículos publicados en 2013 (“PLOS ONE”) y la semana pasada (7 de diciembre de 2015: “Nature Communications”) por varios investigadores de Universidades de Estados Unidos (Rodrigo Lacruz, Tim Bromage y Paul O´Higgings), acompañados sobre todo por miembros del equipo investigador de Atapuerca. Nuestra presencia en estos trabajos está relacionada con el hecho de que la mayoría de los fósiles estudiados proceden de los yacimientos de la sierra de Atapuerca. Los estudios se han realizado en un contexto bien conocido y bajo parámetros de los paradigmas evolutivos que manejamos.

Cráneo número 6 de la Sima de los Huesos, estudiado en la investigación del desarrollo facial de los homininos de este yacimiento. Foto: Javier Trueba.

El trabajo publicado en 2013 fue muy concluyente al observar que el fósil humano obtenido en el nivel TD6 del yacimiento de la cueva de la Gran Dolina y conocido como “el chico de la Gran Dolina” presenta un modelo de remodelado óseo en su cara media muy similar al de Homo sapiens. Este modelo se caracteriza por la reabsorción de numerosas regiones del maxilar y el crecimiento de otras. El resultado final es de una cara plana y hundida (con fosa canina), escaso prognatismo del hueso situado encima de la cavidad nasal (clivus naso-alveolar) y notable proyección de los huesos nasales. En cambio, el llamado “chico de Turkana” (1,6 millones de años) tiene un modelo de remodelado óseo. Su nariz apenas sobresale en su cara prognata, muy proyectada hacia delante, debido a un crecimiento continuo del hueso de los maxilares durante todo el desarrollo.

El estudio de 2015 sobre de los humanos de la Sima de los Huesos y de los Neandertales (Gibraltar 2 [alrededor de 5 años d edad] y La Quina 18 [6-9 años]) ha confirmado las similitudes de las dos poblaciones en muchos aspectos faciales. Su remodelado óseo comparte muchos caracteres con el modelo considerado como primitivo, aunque también tienen algunas variantes propias, que dan una clara personalidad a la cara de los individuos de cada una de las dos poblaciones. Los autores de esta investigación concluyen que tanto los Neandertales como los humanos de la Sima de los Huesos tienen un patrón morfogenético de remodelado óseo primitivo y compartido tanto con los australopitecos como con los primeros representantes del género Homo. Nuestra cara, en cambio es muy derivada y ciertamente peculiar. La pregunta que subyace en el trabajo publicado en “Nature Communications” es obvia: ¿cuándo se modificó el patrón morfogenético en los homininos para dar lugar a un cara como la nuestra? ¿Podremos encontrar algún yacimiento donde este cambio estuviera sucediendo en algunos individuos? Me parece pedir demasiado, porque el cambio de la forma primitiva a la forma derivada no puede ser consecuencia de un solo gen mutante, que fue favorecido por la selección natural. En otras palabras, en este aspecto de la anatomía no todo es blanco o negro. Habrá muchas tonalidades de grises, que habrá que ir encontrando.

Un software apropiado permite averiguar los cambios de la cara de un individuos durante la vida. Fuente: ABC.

Un software apropiado permite averiguar los cambios de la cara de un individuos durante la vida. Fuente: ABC.

Y, precisamente, esos colores grises ya han aparecido allí donde nadie lo esperaba: el nivel TD6 del yacimiento de la Gran Dolina, en Atapuerca (850.000 años). Los individuos de TD6 son nada menos que 450.000 años más antiguos que los humanos de la Sima de los Huesos y  650.000 años anteriores a los Neandertales ¿Por qué Homo antecessor tiene una cara “casi” tan derivada como la nuestra en una época tan remota y en un lugar tan alejado de África, donde supuestamente tuvo que aparecer la cara moderna? Hemos de confesar nuestra perplejidad y nuestra ignorancia ante un hecho tan extraño. Aunque ya tenemos hipótesis para contrastar, avanzaremos en ese enigma cuando se excave en su totalidad el nivel TD6, donde la mayoría de los individuos recuperados hasta el momento (el 70%) son juveniles. Además de la suerte que nos deparen los hallazgos paleontológicos, los genetistas terminarán por reconocer los genes responsables del patrón morfogenético que determina la trayectoria de crecimiento de la cara en nuestra especie, y es posible que se encuentren los mismos genes (pero con variantes propias) en el ADN nuclear de los neandertales. Un gran reto, que espero poder conocer algún día.

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