Imagen del documental «El código genético neandertal».

Ciencia | Biología

Los humanos modernos generan más neuronas cerebrales que los neandertales

Investigadores del Instituto Max Planck , en Alemania, descubren que el hallazgo se debe al cambio de un solo aminoácido en la proteína TKTL1

Elena Martín López
ELENA MARTÍN LÓPEZ Madrid

Si bien los neandertales y los humanos modernos desarrollaron un cerebro y un neocórtex (parte del cerebro que es crucial para muchas habilidades cognitivas) de tamaño parecido, no está claro si eso implica un número similar de neuronas en unos y otros, un factor clave en el desarrollo de las habilidades cognitivas. Ahora, investigadores del Instituto Max Planck de Biología y Genética de Células Moleculares (MPI-CBG) en Dresde, Alemania, en colaboración con Svante Pääbo, director del Instituto Max Planck de Antropología Evolutiva de Leipzig, y Pauline Wimberger, del Hospital Universitario de Dresde, han hallado una posible respuesta.

Al comparar las proteínas de los humanos modernos con nuestros parientes extintos, los neandertales y los denisovanos, los científicos han podido comprobar que las diferencias mínimas entre sus aminoácidos, los componentes básicos de las proteínas. Para este estudio, tomaron como referencia la proteína transcetolasa 1 (TKTL1), que consta de 596 aminoácidos y solo uno de ellos es distinto a los que tiene la variante de la proteína TKTL1 de neandertal.

Se sabe que la TKTL1 participa en la formación de las células embrionarias denominadas glia radial, a partir de las cuales se forman las neuronas y otras células esenciales de la corteza cerebral más moderna, denominada neocórtex, responsable del pensamiento abstracto y del razonamiento del ser humano actual. La actividad de la proteína TKTL1 es particularmente alta en el lóbulo frontal del cerebro del feto humano durante la gestación, por lo que los investigadores creen que esa diferencia de aminoácidos es la responsable de que los humanos modernos tengamos una mayor producción de neuronas en el lóbulo frontal y, como consecuencia, capacidades cognitivas superiores.

Específicamente, la diferencia radica en que en el hombre moderno el aminoácido arginina sustituye al aminoácido lisina del hombre de neardental. Para comprobarlo, los investigadores introdujeron la variante humana moderna de TKTL1 y la neandertal a dos grupos de embriones de ratón. Esto les permitió observar cómo las células gliales radiales basales, que se cree que son la fuerza motriz para un cerebro más grande, aumentaron con la variante moderna, pero no con la antigua. Como consecuencia, los cerebros de los embriones de ratón con el TKTL1 humano moderno contenían más neuronas.

Tras este hallazgo, los investigadores fueron un paso más allá y exploraron la relevancia de estos efectos para el desarrollo de nuestro cerebro. Para ello, reemplazaron la arginina en el TKTL1 humano moderno por la lisina de la TKTL1 de neandertal utilizando organoides cerebrales humanos, estructuras en miniatura similares a órganos reales que se pueden cultivar a partir de células madre humanas en el laboratorio, y que imitan aspectos del desarrollo cerebral humano temprano.

«Descubrimos que con el aminoácido tipo neandertal en TKTL1 se produjeron menos células gliales radiales basales que con el tipo humano moderno y, como consecuencia, también menos neuronas», dice Anneline Pinson, autora principal del estudio. «Esto nos muestra que, aunque no sabemos cuántas neuronas tenía el cerebro de neandertal, podemos suponer que los humanos modernos tienen más neuronas en el lóbulo frontal del cerebro, donde la actividad de TKTL1 es más alta que los neandertales». «Es tentador especular que esto promovió las habilidades cognitivas humanas modernas asociadas con el lóbulo frontal», añade Wieland Huttner, quien supervisó el estudio.

Voces a favor y en contra

Los investigadores también encontraron que el TKTL1 humano moderno actúa a través de cambios en el metabolismo, específicamente una estimulación de la vía del fosfato de pentosa, importante porque protege del daño oxidativo celular, e interviene en el metabolismo de los azúcares y en la síntesis de nucleótidos (precursores del DNA y del RNA), lo que da idea de su importancia en el ser humano.

Esta investigación es un paso importante en nuestra comprensión sobre qué diferencias pueden habernos conferido alguna ventaja respecto a los neandertales, intelectual o de otro tipo, mostrando, además, que pequeños cambios a nivel genómico pueden tener grandes consecuencias», opina Víctor Borrell Franco, investigador científico del CSIC en el Instituto de Neurociencias (Alicante), que no participó en el estudio, en declaraciones recogidas por el Science Media Centre España (SMC).

Menos esperanzador y optimista se muestra Emiliano Bruner, investigador del Centro Nacional de Investigación sobre la Evolución Humana (CENIEH), que tampoco ha participado en el estudio, al considerar que el proceso cognitivo cerebral es tan complejo y está condicionado a tantas variables, que limitar toda esta función a expensas de una mínima modificación genética resulta muy dudoso, máxime cuando existe un amplia literatura que analiza y revela las diferencias cognitivas entre las dos especies. «Me parece muy reduccionista llegar a conclusiones tan importantes solamente a raíz de un único gen y de un experimento de cultivo o expresión celular», ha declarado al SMC.