El estudio implica que algunos aspectos de la evolución y la función del cerebro humano moderno pueden ser independientes de su tamaño.

Los neandertales son los parientes más cercanos de los humanos modernos. Por lo tanto, las comparaciones con ellos pueden proporcionar información fascinante sobre lo que hace que los humanos de hoy en día sean únicos, por ejemplo, con respecto al desarrollo del cerebro. 

El neocórtex, la parte más grande de la capa externa del cerebro, es exclusivo de los mamíferos y crucial para muchas capacidades cognitivas. Su tamaño se expandió durante la evolución humana en especies ancestrales tanto de los neandertales como de los humanos modernos, lo que dio como resultado que ambos tuvieran cerebros de tamaños similares. Sin embargo, casi nada se sabe acerca de cómo los cerebros humanos modernos y los neandertales pueden haber diferido en términos de desarrollo y función. 

Investigadores del Instituto Max Planck de Biología Celular Molecular y Genética (MPI-CBG) en Dresden, y el Instituto Max Planck de Antropología Evolutiva (MPI-EVA ) en Leipzig, han descubierto, en un estudio publicado en Science Advances, que las células madre neurales, las células de las que derivan las neuronas en el neocórtex en desarrollo, dedican más tiempo a preparar la división de sus cromosomas en los humanos modernos que en los neandertales. Esto da como resultado menos errores cuando los cromosomas se distribuyen en las células hijas en los humanos modernos que en los neandertales o los chimpancés, y podría tener consecuencias sobre cómo se desarrolla y funciona el cerebro. El estudio realizado está encaminado a mostrar las diferencias celulares en el desarrollo del cerebro entre los humanos modernos y los neandertales.

Después de que los ancestros de los humanos modernos se separaron de los neandertales y los denisovanos (sus parientes asiáticos), alrededor de cien aminoácidos (los componentes básicos de las proteínas en las células y tejidos), cambiaron en los humanos modernos y se extendieron a casi todos los de su linaje. El significado biológico de estos cambios es en gran parte desconocido. Sin embargo, seis de esos cambios de aminoácidos ocurrieron en tres proteínas que juegan un papel clave en la distribución de los cromosomas (los portadores de información genética) en las dos células hijas durante la división celular.

Lado izquierdo: imagen microscópica de los cromosomas (en cian) de una célula madre neural humana moderna de la neocorteza durante la división celular. Lado derecho: mismo tipo de imagen, pero de una célula donde tres aminoácidos en las dos proteínas KIF18A y KNL1, han sido cambiadas del humano moderno a las variantes neandertales. Estas células 'neandertalizadas' muestran el doble de errores de separación cromosómica (flecha roja). / FELIPE MORA-BERMÚDEZ / MPI-CBG.

Los efectos de las variantes humanas modernas en el desarrollo del cerebro

Para investigar la importancia de estos seis cambios para el desarrollo del neocórtex, los científicos primero introdujeron las variantes humanas modernas en ratones. Estos animales son idénticos a los neandertales en esas seis posiciones de los aminoácidos, por lo que estos cambios los convierten en un modelo para el desarrollo del cerebro humano moderno. 

Felipe Mora-Bermúdez (izquierda), autor principal del estudio, describe el descubrimiento: “Encontramos que tres aminoácidos humanos modernos en dos de las proteínas provocan una metafase más larga, una fase en la que los cromosomas se preparan para la división celular, y esto da como resultado menos errores cuando los cromosomas se distribuyen en las células hijas de las células madre neurales, al igual que en los humanos modernos”. 

Para comprobar si el conjunto neandertal de aminoácidos tiene el efecto contrario, los investigadores introdujeron entonces los aminoácidos ancestrales en los organoides del cerebro humano, es decir, en estructuras similares a órganos cerebrales en miniatura que se pueden cultivar a partir de células madre humanas en placas de cultivo celular en el laboratorio y que imitan aspectos del desarrollo temprano del cerebro humano. “En este caso, la metafase se hizo más corta y encontramos más errores en la distribución cromosómica”. 

Según Mora-Bermúdez, esto demuestra que esos tres cambios de aminoácidos humanos modernos en las proteínas conocidas como KIF18a y KNL1 son responsables de la menor cantidad de errores de distribución cromosómica observados en los humanos modernos en comparación con los modelos neandertales y los chimpancés. 

Y agrega: “tener errores en la cantidad de cromosomas no suele ser una buena idea para las células, tal como se puede ver en trastornos como las trisomías y el cáncer”. 

Organoides cerebrales a partir de células madre humanas que tenían un gen de desarrollo editado en la versión que una vez poseyeron los neandertales. J. COHEN / Science.

“Nuestro estudio implica que algunos aspectos de la evolución y función del cerebro humano moderno pueden ser independientes del tamaño del cerebro, ya que los neandertales y los humanos modernos tienen cerebros de tamaño similar. Los hallazgos también sugieren que la función cerebral en los neandertales puede haber sido más afectada por errores cromosómicos que la de los humanos modernos”, resume Wieland Huttner  (izquierda), quien co-supervisó el estudio. 

Svante Pääbo (derecha), quien también codirigió el estudio, agrega que "se necesitan estudios futuros para investigar si la disminución de la tasa de error afecta a los rasgos humanos modernos relacionados con la función cerebral".

Aun así, el significado biológico que pudieron tener esos cambios en nosotros aún no está claro. Mora-Bermúdez profundiza un poco más: "Hasta donde sabemos, las mutaciones genéticas ocurren de forma aleatoria y, dependiendo del efecto que tengan en un determinado ambiente, pueden ser neutras (no generan ningún efecto, lo cual ocurre en la mayoría de los casos), negativas o, en raras ocasiones, ventajosas. Si son ventajosas, se pasan a la descendencia hasta que todos los individuos de la misma especie las comparten, como ocurrió en este caso con los humanos modernos. Se llama selección natural y es parte de lo que permite la evolución de las especies. Es difícil dar un testimonio definitivo sobre cómo estos cambios a nivel celular pueden habernos ayudado. Necesitamos más estudios para confirmar sus efectos en nuestro día a día y nuestro comportamiento".

Recreación de un neandertal (en primer plano) y un humano moderno (al fondo).

La principal hipótesis que manejan los científicos es que los cambios a nivel celular que han evitado esos errores hayan tenido consecuencias a nivel de comportamiento, por ejemplo, en términos de mejora de la inteligencia, la memoria o el aprendizaje, y no tanto en la prevención de enfermedades y desórdenes neurológicos, aunque no excluyen ninguna posibilidad. De hecho, Mora Bermúdez no descarta que este conocimiento pueda servir para desarrollar fármacos que reduzcan las posibilidades de que las células cometan errores en el marco de determinadas patologías, aunque es "pensar muy a futuro". Por su parte, Huttner señala que "pasar de comprender mejor un mecanismo biológico a convertirlo en tratamientos es muy complejo".

En la siguiente parte de la investigación, que ya está en marcha, colaboran con un instituto de la República Checa especializado en el análisis del comportamiento en ratones para confirmar si realmente esos cambios en los aminoácidos de los humanos modernos han tenido algún efecto en nuestro conducta. "A pesar de que el cerebro de los ratones es más pequeño que el nuestro, también tiene muchas similitudes y puede ser muy informativo, lo que nos permite, en cierto modo, rastrear y recrear lo que hizo la evolución", declara Mora Bermúdez.

Fuentes: Max Planck Institute | elcorreo.com | 29 de julio de 2022