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Frankenstein y la herencia genética del pasado

No hace tanto tiempo que la hipótesis de la Eva Negra se imponía en la literatura científica. La especie Homo sapiens se habría formado en África y solo en este continente, a partir de una única población madre subsahariana. Puesto que esta hipótesis nacía como alternativa al origen de nuestra especie en cualquier lugar de África y Eurasia (origen multirregional), no admitía en ningún modo la posibilidad de hibridación con las poblaciones que se extinguían ante el avance incontenible de las poblaciones modernas.

Retrato del “monstruo de Frankenstein”, por Dick Bobnick.

Pero el gran logro de obtener ADN de diferentes poblaciones extinguidas, incluidas la más antiguas de nuestra especie, ha tenido la virtud de matizar la hipótesis de la Eva Negra. Tras nuestra separación de las respectivas genealogías que darían lugar a neandertales y humanos modernos, se sucedieron una serie de cambios genéticos sustanciales. Esos cambios podían adivinarse estudiando la morfología de huesos y dientes fósiles. Las diferencias entre Homo neanderthalensis y Homo sapiens eran muy patentes. En consecuencia, asumíamos que la divergencia genética también habría sido suficiente como para impedir la hibridación entre los miembros de las dos especies. Ese fenómeno quedó únicamente en la imaginación de escritoras como Jean Auel (El clan del oso cavernario). Sin embargo, la investigación sobre el genoma de neandertales, denisovanos y de los humanos de la Sima de los Huesos de Atapuerca se ha encargado de dar la razón a los novelistas (¡curiosa lección!).

Una vez confirmado que existió hibridación entre los humanos modernos y los neandertales, la lógica de la ciencia llevó a plantear que la separación entre las dos especies pudo ocurrir hace como mucho 400.000 años. Ese período de tiempo tan corto explicaría la compatibilidad de los respectivos genomas de neandertales y humanos modernos. Y todo ello a pesar de las advertencias de los paleontólogos, que sabíamos que los neandertales ya estaban bien diferenciados en ese momento. Los humanos de la Sima de los Huesos tienen una antigüedad de 430.000 años y muestran un repertorio notable de rasgos neandertales. Estábamos convencidos de que la separación habría que llevarla hacia atrás en el tiempo, como publicamos en varios artículos científicos. Por el momento, los genetistas ya admiten un rango de separación de las dos genealogías, que nos haría retroceder hasta los 765.000 años.

El escenario de la evolución de nuestra especie se fue complicando. Se admitió que las poblaciones de Eurasia podíamos haber heredado hasta un 4% de genes de origen neandertal. Los hijos de esos cruzamientos habrían sido fértiles y habrían dejado un rastro reconocible en el genoma de las poblaciones actuales. Los genes neandertales interesaban al sistema inmune, a la piel, a la posibilidad de vivir en regiones elevadas, o la facilidad para tener ciertas enfermedades como la esquizofrenia o el mal de Crohn. Ese porcentaje puede parecernos muy pequeño. Pero las cifras que se manejan pueden deberse a dos factores. En primer lugar, es posible que hayamos perdido parte de esa herencia con el tiempo, que se ha diluido en una población de 7.000 millones de personas. Además, los neandertales se encontraban en franco retroceso demográfico cuando los humanos modernos ocuparon sus territorios y las hibridaciones no habrían sido muy frecuentes.

La complicación se incrementó cuando supimos que los denisovanos (primos hermanos de los neandertales) también habían dejado su huella genética en las poblaciones humanas reciente, particularmente en las de los aborígenes de Papúa Nueva Guinea, Melanesia y Australia. Pero parece que no todo termina con esta información. La semana pasada se publicó un artículo en la revista Nature Communications firmada por Mayukh Mondal, Jaume Bertranpetit y Oscar Lao. Los dos últimos investigadores pertenecen a la prestigiosa universidad Pompeu Fabra de Barcelona. Los tres genetistas han explorado el genoma de las poblaciones actuales de Asia y Oceanía que, según todas las estimaciones tienen un mayor legado genético del pasado. Sus análisis, realizados mediante complejos modelos estadísticos, concluyen que pudo existir una tercera población desconocida implicada en los procesos de hibridación del Pleistoceno. Esas poblaciones serían portadoras de genes heredados de una población también relacionada con neandertales y denisovanos, y anterior a la separación de estos humanos.

El último trabajo publicado por la revista Nature en agosto de 2018, en el que se nos refería el cruce de un padre denisovano y una madre neandertal, se proponía que estos dos grupos hermanos divergieron hace 400.000 años. Se confirma, por tanto, que los humanos modernos hemos podido recibir genes de poblaciones muy distanciadas de nosotros en el tiempo, que pudieron vivir en cualquier región de Eurasia muchos miles de años.

Es importante no confundirse. El genoma humano actual es fruto de la evolución de especies que se pierden en la noche de los tiempos. Pero esa evolución nos ha procurado un patrimonio genético incompatible con esas especies ancestrales ¿Hasta cuando podemos retroceder en el tiempo para encontrar especies capaces de hibridar con nosotros y dejar descendencia fértil? ¿Tal vez 800.000 años? ¿Quizá pudimos hibridar con alguna población de Homo erectus, Homo antecessor, Homo heidelbergensis….? Nuestra exclusividad, unicidad o cualquier otra cualidad que nos atribuyamos ha perdido ya todo sentido. De alguna manera somos un poco como ese personaje de ficción creado por el doctor Víctor Frankenstein (Mary Shelley, 1818), que ha resultado de un complejo proceso evolutivo, todavía en proceso de estudio.

José María Bermúdez de Castro

 

 

 

 

 

 

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Los dientes atrapan el tiempo

Los seres humanos tenemos un proceso de desarrollo exclusivo entre los primates vivos. Los simios antropoideos, como todos los mamíferos, llegan al estado adulto tras un período de infancia, más o menos prolongado, y un período juvenil que poco a poco culmina en la capacidad para la reproducción y el final del crecimiento. Nuestra especie tiene una infancia diferenciada en dos etapas. La primera de ellas, cuyos aspectos más destacados son la lactancia y el crecimiento muy rápido del cerebro, deja paso a una segunda etapa en la que la lactancia es opcional y tanto el cuerpo como el cerebro ralentizan su crecimiento. El cambio no es abrupto, pero todos sabemos que los pequeños bebés dejan de serlo hacia los dos años, para transformarse en niños y niñas. Hacia los siete años, el cerebro deja de crecer. Su volumen ya es el definitivo, aunque todavía quede una larguísima etapa de maduración cerebral, que culmina hacia el final de la tercera década de la vida. Hacia los ocho años, los niños entran en un período juvenil similar al de otros mamíferos. Pero antes de llegar a ser adultos, aún tenemos que experimentar la adolescencia, que ocupa casi la mitad de nuestro desarrollo. Este largo y complejo proceso ontogenético tiene consecuencias obvias sobre el aspecto que tendremos al llegar a la vida adulta. El desarrollo tan peculiar del cerebro tiene mucho que ver con estos cambios evolutivos.

La fotografía fue tomada por el autor en 2013, mientras estudiaba los dientes del maxilar de Xujiayao en el Instituto de Paleontología y Paleoantropología de la Academia de Ciencias de Pekín. Pueden verse tanto el maxilar (Xujiayao 1) como dos dientes sueltos, que pertenecen a este mismo espécimen.

Desde hace muchos años, los expertos se han hecho muchas preguntas sobre esos cambios: ¿cuándo?, ¿cómo?, ¿de manera rápida o progresiva? Son cuestiones fundamentales para contestar a la pregunta del millón: ¿qué nos hace humanos? Pero solo disponemos de huesos y dientes fósiles para investigar y responder a esas cuestiones ¿Cómo averiguar si las especies ancestrales de la genealogía humana crecían y se desarrollaban igual que nosotros? En 1985, los investigadores Timothy Bromage y Christopher Dean nos dieron la primera respuesta en la revista Nature. Hasta ese momento, los huesos no habían ofrecido ninguna pista, pero los dientes guardaban el secreto del tiempo que pudo haber durado el desarrollo de esas especies. Los dientes no experimentan la remodelación característica de los huesos, sino que conservan impresas las marcas de crecimiento diario (circadiano). Si podemos contar esas marcas seremos capaces de averiguar el tiempo que tardan los dientes en formarse con enorme precisión. Y puesto que el desarrollo de dientes es paralelo al desarrollo de los huesos y al resto de cuerpo de los individuos de cada especie, podremos también saber mucho sobre el desarrollo del resto del cuerpo y del cerebro en particular. Tan solo habría que diseñar tecnologías complejas que permitieran algo tan simple como contar marcas. Cuando las tecnologías se desarrollaron las preguntas empezaron a tener respuestas.

Tim Bromage y Chritopher Dean avanzaron que las especies de los géneros Australopithecus, Paranthropus y los primeros representantes del género Homo formaban sus dientes en un tiempo muy similar al de los chimpancés, gorilas y orangutanes. Es más, los parántropos posiblemente crecían y se desarrollaban aún más deprisa que los simios antropoideos. El primer paso ya estaba dado. Luego llegaron estudios sobre los neandertales. La tecnología había dado pasos de gigante y los expertos no habían perdido el tiempo buscando nuevos métodos. Los resultados obtenidos en neandertales fueron contradictorios. Para algunos, estos humanos ya tenían un desarrollo similar al nuestro; para otros, el desarrollo era más acelerado. Así que, mientras no se resolviera esa cuestión, seguiríamos siendo únicos. El asunto ha quedado “en punto muerto” desde hace algunos años. Pero el equipo de Atapuerca lleva trabajando en este tema varios años. Pronto llegarán resultados.

De momento, acaba de publicarse un artículo en la revista Sciences Advances, liderado por nuestro colega y amigo Xing Song, en la que varios miembros del equipo de Atapuerca hemos contribuido de manera decisiva, y que puede considerarse el aperitivo de una nueva ola de debates. La revista tiene un impacto muy elevado y llamará la atención de todos los expertos.

El fósil analizado en este trabajo es un “viejo conocido”. Estudiamos por primera vez el maxilar del yacimiento chino de Xujiayao en 2013 (ver imagen en este post). También hemos publicado un trabajo sobre la morfología de los dientes de ese fósil (ver post 462 de 31 de mayo de 2018 en este mismo blog) cuya cronología sigue siendo controvertida. Varios datos apuntan a finales del Pleistoceno Medio, hace unos 200.000 años. Ya en 2013 advertimos del interés en conocer la edad de muerte del individuo al que perteneció este maxilar, puesto que ciertas marcas de crecimiento de algunos dientes pueden verse con un microscopio de poca resolución. El trabajo se puso en marcha, pero la falta de medios técnicos punteros fueron un hándicap para publicar nuestras observaciones con la precisión que merecía el caso.

Finalmente, el fósil fue llevado desde Pekín a Grenoble (Francia), donde se encuentra uno de los pocos equipamientos (sincrotrón) que permiten realizar microtomografías a nivel atómico, penetrando en los tejidos fosilizados y visualizar estructuras que los microscopios convencionales no puede detectar. Con esta técnica tan compleja, que necesita una gran instalación propia (ver sicrotrón ALBA, en Barcelona), fue posible llegar a contar las marcas diarias dejadas por el crecimiento de los ameloblastos en el esmalte de todos los dientes del fósil de Xujiayao. Finalmente, y tras cálculos muy precisos, fue posible determinar que el individuo de Xujiayao tenía un desarrollo dental similar al de Homo sapiens. Los dientes de este individuo se formaban con la misma velocidad que los nuestros. En definitiva, hace unos 200.000 años una población de origen todavía desconocido, pero que vivió al mismo tiempo que los miembros de nuestra especie estaban saliendo de África, podía tenía un desarrollo esquelético y quizá somático similar al nuestro.

Si nuevos estudios en fósiles chinos de esta época confirman los resultados obtenidos en el ejemplar de Xujiayao, tendremos que aceptar que no somos tan únicos como habíamos llegado a creer. Este fósil puede tener una cierta relación con Homo erectus, o quizá con los denisovanos, como propusimos en 2015. Pero, desde luego, no perteneció a Homo sapiens. Sin embargo, su crecimiento y desarrollo pudieron ser muy parecidos a los nuestros. Hace 200.000 años y a una distancia de 10.000 kilómetros del origen de Homo sapiens existieron homininos similares a nosotros en algo tan importante como el desarrollo dental y esquelético. Quizá su desarrollo somático era parecido al nuestro, con etapas de crecimiento similares a las que se describen en el primer párrafo de este post. Si es así, tendremos que reflexionar sobre esa pregunta que tanto preocupa: ¿qué nos hace humanos? y ¿qué especies podemos incluirnos en esa categoría, que nosotros mismos hemos inventado para diferenciarnos de todas las demás?

José María Bermúdez de Castro

 

 

 

 

 

 

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Juegos de la evolución

¿Por qué los seres humanos tenemos un diseño tan peculiar?, ¿es un diseño óptimo para nuestro estilo de vida?, ¿podríamos tener un diseño diferente? Son buenas preguntas para reflexionar, como lo han hecho varios especialistas en una de las reuniones previas al congreso de Antropología de Estados Unidos, y que publica la revista ScienceNow.

Avestruz. Fuente: Saberia.com

Nos caracterizamos por caminar erguidos sobre las piernas, tenemos un cerebro de gran volumen con respecto al tamaño corporal, que se desarrolla de manera muy lenta y adquiere una enorme complejidad, nuestras manos son hábiles, de dedos oponibles, fuertes y con una gran sensibilidad, etc., etc. Con un notable repertorio de adaptaciones, hemos ocupado la mayoría de los ecosistemas del planeta. Así que podríamos asegurar que la selección natural ha ido moldeando un diseño óptimo, a medida que cambiaban las circunstancias del medio. Pero en el aire sigue estando la pregunta sobre la posibilidad de haber tenido un diseño distinto.

El científico Jeremy de Silva (Universidad de Boston), especialista en el esqueleto postcraneal, se ha fijado en nuestros pies. DeSilva se pregunta si el diseño¿ de los pies es el más adecuado para un ser bípedo, caminante y corredor. Podemos afirmar que algunos seres humanos (bien preparados) son capaces de correr 42 kilómetros y 195 metros en muy poco más de dos horas. Y otros, como el admirado Usain Bolt, han alcanzado la extraordinaria velocidad de 45 kilómetros a la hora, aunque ese registro solo se pueda mantener durante poco más de 200 metros. No está nada mal. Sin embargo, tanto en resistencia como en velocidad nos ganan muchos mamíferos y ciertas aves corredoras, como los avestruces. DeSilva utiliza precisamente a esta ave como ejemplo, que es capaz de alcanzar una velocidad sostenida durante bastantes minutos de no menos de 80 kilómetros a la hora.

DeSilva, como cualquier experto anatomista, nos puede describir el pie humano como un sistema muy complejo de 26 huesos unidos por 33 articulaciones, fuertemente sujetos por una red de un centenar de tendones, y con una relativa capacidad de movilidad en virtud de los músculos que los unen entre sí y con los huesos de la pierna. ¿Es este un buen diseño? Si nos olvidamos de nuestra vida sedentaria moderna y pensamos en la movilidad de todos nuestros ancestros (incluidas las poblaciones más antiguas de nuestra propia especie), quizá sería mejor tener un pie sin tantas complicaciones anatómicas. Como los avestruces podríamos tener tan solo un par de dedos, con un tobillo fusionado con la parte inferior de los huesos de sus extremidades.

Sin embargo, la anatomía de nuestro pie es heredera de una forma ancestral relativamente reciente. Hace unos seis o siete millones de años -quizá más- los primeros representantes de la genealogía humana nos erguimos y comenzamos a caminar sobre las piernas. En la especie Ardipithecus se conoce la forma del pie, en el que el quinto dedo está separado del resto. El pie de este ancestro conservaba una cierta capacidad para la flexión, que le permitía trepar con facilidad y moverse por las ramas más fuertes de los árboles de su medio natural. Pero también sería capaz de salir fuera de su refugio para moverse en espacios abiertos. Su pie tenía la suficiente rigidez para correr, probablemente sin la velocidad y agilidad con la que lo hacemos nosotros. Los ardipitecos, cuya estatura apenas pasaba de los 100 centímetros, no podrían alejarse demasiado de la protección de los bosques, so pena de ser atrapados por los predadores.

En cuanto los cambios ambientales nos alejaron de la protección de los árboles y no nos quedó más remedio que aventurarnos en las sabanas africanas, fuimos modificando la estructura del pie. El quinto dedo se alineó con los demás y el pie fue adquiriendo una estructura más rígida, con un arco plantar para amortiguar el impacto contra el suelo. La selección natural consiguió que alguna o algunas de las especies de la genealogía humana tuvieran capacidad para para correr por espacios abiertos. A pesar de todos los cambios, DeSilva nos recuerda que nuestros pies sufren muchos problemas con este nuevo estilo de vida. El arco plantar no siempre cumple bien su función. Tiende a caerse con la edad. Los esguinces de tobillo son frecuentes, lo mismo que la inflamación de la fascia plantar (fascitis plantar). También tenemos calambres, juanetes, callos, durezas, etc.

En definitiva, DeSilva nos recuerda que la selección natural “hace cuánto puede” a partir del material genético disponible. No podemos partir de cero y conseguir estructuras exentas de problemas. Hace relativamente poco tiempo dejamos el estilo de vida de primates trepadores y el pie se modificó a partir de lo que teníamos: un pie muy flexible, apto para movernos por las ramas con gran agilidad. Si ese hecho hubiera sucedido hace 80 millones de años, es posible que tuviéramos un pie diferente. No lo podemos saber, porque nadie tiene una bola de cristal. DeSilva llega a comentar que la evolución funciona mediante cinta adhesiva, clips y tiritas: “veamos que se puede hacer con lo que hay”. Es una manera muy sencilla, visual y expresiva de afirmar que la selección natural emplea el material genético utilizable y que, ante situaciones límite, las especies se adaptan empleando “parches ingeniosos”.

José María Bermúdez de Castro

 

 

 

 

 

 

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