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La complejidad condiciona la evolución de los genes cerebrales

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A pesar de la explosión en tamaño y complejidad que supuso el cerebro humano en el curso de la evolución, los cambios de los miles de genes que se expresan en el cerebro han aminorado su ritmo evolutivo desde que se produjo la escisión entre humanos y chimpancés hace millones de años. Unos investigadores sostienen además que el rápido avance del cerebro humano no ha sido determinado por las secuencias de proteínas. Según ellos fue una más alta complejidad de la red bioquímica cerebral con interacción entre genes la que instaló fuertes restricciones sobre la habilidad al cambio de muchos de los genes involucrados en la fisiología cerebral.
Un equipo internacional de investigadores ha encontrado que los genes expresados en el cerebro humano han disminuido su ritmo evolutivo a diferencia de lo que decían estudios previos. Parece que cuanto más complejo es un cerebro más difícil les es a los genes cerebrales cambiar. Teniendo en cuenta como referencia la expresión promedio del genoma completo, los genes que se expresan en el cerebro humano parecen evolucionar más lentamente que en chimpancés y en monos.
Los humanos tenemos un cerebro excepcionalmente grande en comparación al tamaño de nuestros cuerpos. Aunque pesamos un 20% más que los chimpancés (nuestro “pariente” más cercano) nuestro cerebro pesa un 259% más que el de ellos. Cómo semejante cambio morfológico ocurrió en tan corto periodo de tiempo es algo que mantiene intrigados a los biólogos.
En estudios previos se discutía que los genes que regulan el desarrollo cerebral y su función evolucionan más rápidamente en humanos que en primates no humanos y otros mamíferos debido a que la selección natural operó en el linaje humano de manera única.
El ritmo de evolución comparado de un órgano es difícil de medir. Para tasar de manera precisa la velocidad en la que, tanto en humanos como en chimpancés, se acumulan pequeñas diferencias en las secuencias de genes los investigadores decidieron secuenciar varios miles de genes que se expresan en el cerebro de macacos y compararlos con las secuencias ya disponibles en humanos, chimpancés y ratones.
Observaron que las especies “más avanzadas” tenían en promedio ritmos de cambio evolutivo más rápido. Es decir, y en promedio, los genes de los humanos y chimpancés cambiaron más rápido que los de los monos, que a su vez cambiaron más que en los ratones. Esta tendencia la explican como una correlación de las poblaciones más pequeñas de las especies “más avanzadas”. Especies con poblaciones pequeñas pueden escapar más fácilmente del duro escrutinio de la selección natural.
Pero cuando compararon los ritmos de cambio de los genes que se expresan en el cerebro, el orden fue el inverso. Calibrando respecto al genoma promedio, los genes cerebrales humanos evolucionan más lentamente que los de los otros primates, que a su vez lo hacen más lentamente que en los ratones.
Según los investigadores se esperaría una selección positiva que operaría más eficientemente en genes específicos de determinados tejidos, donde habría menos requerimientos conflictivos. Así por ejemplo, los genes que se expresan sólo en los tejidos reproductivos del macho habrían evolucionado rápidamente. Pero en el cerebro por el contrario esto es más complicado. Los genes que se expresan sólo en el cerebro evolucionan más lentamente que aquellos que se expresan en el cerebro y en otros tejidos, y estos evolucionan más lentamente que los genes que se expresan sólo en el resto del cuerpo.
Los autores atribuyen este frenado evolutivo a la complejidad de las interacciones del cerebro. Se sabe que las proteínas que interaccionan con otras evolucionan más lentamente, ya que no se tolera una mutación que altere una interacción ya existente.
Aunque algunas secuencias genéticas entre humanos y chimpancés son muy similares, en estudios previos sobre tejidos distintos al los cerebrales se mostró que la expresión genética varía ampliamente. Otros estudios han encontrado que la abundancia de genes expresados por neuronas en el cerebro es superior en humanos.
Según los autores de este estudio basándose en la neurona cerebral individual, los humanos tienen de lejos más actividad o más complejidad en el perfil de trascripción que los chimpancés. Sugieren que dicha trascripción abundante y compleja puede deberse a un aumento de la interacción entre genes y al condicionamiento sobre la evolución de la secuencia genética.
Especulan que serán necesarios nuevos estudios en el futuro sobre la función y la evolución cerebral que tomen ventaja de la aproximación de la biología de sistemas. La disminución del ritmo evolutivo de las secuencias genéticas de los órganos más avanzados tiene sentido sólo cuando uno tiene en cuenta las perspectiva del sistema.

Referencias y fuentes:
Nota de prensa. [1]
Artículo en PLos (gratuito) [2]