Los científicos crean un mini cerebro de neandertal completamente funcional
Un análisis profundo y detallado del ADN neandertal ha revelado la existencia de un gen distinto, llamado NOVA1, que habría influido significativamente en el desarrollo temprano del cerebro en esta especie extinta hace mucho tiempo. Las pruebas de laboratorio en un 'mini cerebro' de Neandertal muestran que este gen produce cambios en la estructura y actividad neuronales que habrían creado una divergencia dramática entre el funcionamiento de los cerebros de Neanderthal y Homo sapiens (humanos modernos).
Un equipo de investigadores afiliados a la Facultad de Medicina de UC San Diego, cree que esta diferencia podría ser importante. Creen que la presencia de este gen y su impacto en el desarrollo y el funcionamiento del cerebro podría representar un punto principal de separación entre nuestros primos neandertales y nosotros. Los neandertales se extinguieron hace 40.000 años, mientras que el Homo sapiens sobrevivió, y un estudio más detenido de la influencia de NOVA1 podría ayudar a explicar por qué fue así.
Cómo se utilizó el gen NOVA1 para crear organoides corticales para los mini-cerebros utilizados en el estudio. (Trujillo et al / Science)
El desarrollo del cerebro y el mini cerebro de Neandertal
El genoma completo de la especie neandertal se secuenció en 2013, a partir de un fósil de neandertal de falange (hueso del dedo) encontrado en Siberia.
Con esta información en la mano, el equipo de investigación de la Facultad de Medicina de UC San Diego, buscó aislar genes neandertales que estaban íntimamente involucrados en los procesos de desarrollo del cerebro. Finalmente se decidieron por NOVA1 como un candidato que valía la pena estudiar y luego se dedicaron a diseñar un experimento que demostraría su hipótesis de que NOVA1 tenía un impacto significativo.
Utilizando las características de la huella genética de NOVA1 como guía, los investigadores aplicaron la tecnología de edición de genes CRISPR, a células madre maleables, con el fin de replicar las células cerebrales neandertales en condiciones controladas de laboratorio.
Pero este fue solo el primer paso en el proceso de replicación. El objetivo final era crear un "mini-cerebro" neandertal en pleno funcionamiento a partir de estas células madre, en forma de un pequeño grupo de células cerebrales que hasta cierto punto imitarían la estructura y función de los cerebros reales.
Este tipo de racimo se conoce como organoide cerebral. Los neurocientíficos pueden inducirlos a ensamblarse enviando las señales químicas adecuadas a las células madre, que luego producirán células cerebrales con la identidad de ADN y la forma estructural correctas. Los organoides cerebrales se cultivan en placas de Petri, donde sus actividades se pueden examinar y analizar de cerca.
Debe enfatizarse que estos proto-órganos no funcionan con un nivel de complejidad cercano al de un cerebro normal. Son herramientas que permiten un estudio más detallado de los procesos de desarrollo del cerebro junto con algunas formas simples de funcionamiento del cerebro, que no pueden entenderse completamente a través del análisis de ADN únicamente.
El equipo de investigación involucrado en este proyecto había utilizado previamente células madre para crear organoides cerebrales de otras especies de primates, incluidos chimpancés y bonobos. Su éxito en la creación de un cerebro neandertal en miniatura es verdaderamente innovador. Dado que hasta ahora no se sabía si se podría crear un organoide cerebral funcional a partir del material genético recuperado de una especie extinta.
Los neandertales aparecieron por primera vez en el registro fósil hace aproximadamente 430.000 años, por lo que lo que estos científicos están estudiando en sus placas de Petri les ofrece una visión de un pasado tan remoto que está casi más allá de la imaginación.
Placas de Petri como estas es donde comienza el proceso de creación del mini-cerebro. (Laboratorio Muotri / UC San Diego)
Al examinar el organoide neandertal más de cerca, los investigadores descubrieron signos claros de bifurcación o división en dos partes, en comparación con los organoides del Homo sapiens.
Para empezar, las formas de los dos mini-cerebros eran diferentes. La división celular y la procreación progresaron de manera diferente en cada tipo de organoide, al igual que los procesos mediante los cuales se crean conexiones sinápticas entre neuronas. Las proteínas involucradas en la formación de la sinapsis eran diferentes, lo que ayudó a crear alteraciones en la actividad de los impulsos eléctricos (era mayor en las primeras etapas del desarrollo cerebral en los neandertales).
En particular, la actividad eléctrica más intensa demostrada en las células cerebrales en etapa temprana no condujo a la creación de redes neuronales sincronizadas en los organoides cerebrales neandertales, que es otro punto de separación con el organoide Homo sapiens.
Nada de esto significa que los neandertales vivos reales fueran necesariamente menos inteligentes que sus primos humanos. Simplemente significa que sus cerebros tenían una estructura única y funcionaban de manera diferente, lo que podría haber tenido implicaciones para su capacidad de prosperar y sobrevivir en entornos marginales o si ocupaban el mismo espacio que el Homo sapiens (como lo hicieron, a partir de hace 60.000 años).
Los organoides corticales que llevan NOVA1 arcaico (abajo) y NOVA1 moderno (arriba) difieren en forma y desarrollo neuronal. (Trujillo et al / Science)
Genética neurológica y habilidades de supervivencia en ambas especies
Si bien este proyecto de investigación se centró en las actividades de un gen neandertal específico, hay un giro en la historia. Desde el punto de vista de la historia evolutiva comparada, no es la presencia de Nova1 en los neandertales lo que tiene las implicaciones más dramáticas. Más bien, es la falta de presencia del gen en los seres humanos modernos lo que más importa.
La evidencia fósil y de ADN sugiere que el Homo sapiens y los neandertales divergieron de su línea ancestral común en algún momento entre 650.000 y 500.000 años atrás. Esta divergencia incluyó varios cambios en la composición genética en ambos lados de la división, lo que, entre otros efectos, significó que el gen NOVA1 se desarrolló en los neandertales y no en los humanos, o persistió en los neandertales y no en los humanos si ya existía antes de la Ocurrió divergencia.
"Es fascinante ver que una alteración de un solo par de bases en el ADN humano puede cambiar la forma en que está conectado el cerebro", dijo la investigadora principal del proyecto, Alysson Muotri, profesora de Medicina Molecular y Celular en la Universidad de California en San Diego. Afirma que el estudio de su equipo "podría ayudar a explicar algunas de nuestras capacidades modernas en comportamiento social, lenguaje, adaptación, creatividad y uso de la tecnología".
En otras palabras, las divergencias en el funcionamiento del cerebro atribuibles a diferencias genéticas podrían haberle dado al Homo sapiens una ventaja competitiva, una vez que las dos especies restablecieron el contacto hace 60.000 años. Tales diferencias podrían haberlos convertido en mejores cazadores, mejores en defensa propia y en la guerra, más capaces de comportamientos organizados y cooperativos de varios tipos, o más hábiles para sobrevivir en condiciones climatológicas extremas. Incluso pequeñas variaciones en tales habilidades podrían haber llevado al triunfo final del Homo sapiens sobre los neandertales, si de hecho hubo una competencia por tierras y recursos relativamente escasos.
Comparación de caras de Homo sapiens (izquierda) y neandertal (derecha). (Daniela Hitzemann (fotografía izquierda), Stefan Scheer (fotografía derecha) / desconocido (reconstrucciones) / CC BY-SA 4.0)
Tu "neandertal interior": 1-4% de tu cerebro
Si bien existen buenas teorías para evaluar, nunca sabremos con certeza por qué desaparecieron los neandertales. Pero una cosa que podemos decir con certeza es que los neandertales ayudaron a convertirnos en lo que somos, literalmente.
A pesar de que ya no existen como una especie distinta, los neandertales todavía están dentro de nosotros. La investigación genética confirma que entre el uno y el cuatro por ciento del código genético humano en realidad fue heredado de los neandertales, a través del cruzamiento que se produjo cuando las dos especies vivían una al lado de la otra.
Parece que la relación entre el Homo sapiens y los neandertales debe haber incluido una mezcla de competencia y cooperación. En general, alrededor del 20 por ciento del código genético neandertal total aún sobrevive dentro de los cromosomas humanos, lo que nos proporciona una conexión viva con nuestra rica, compleja y fascinante historia evolutiva.
Imagen de portada: Una comparación de cráneos humanos modernos (izquierda) y neandertal (derecha) del Museo de Historia Natural de Cleveland Fuente: hairymuseummatt (foto original), DrMikeBaxter (trabajo derivado) / CC BY-SA 2.0
Autor: Nathan Falde
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