¿Por qué tenemos un cerebro más grande que los monos?

Científicos alemanes y japoneses, a través de experimentos en monos, han descubierto cómo funciona el gen responsable de que nuestros cerebros sean más grandes que los de otros primates.

¿Por qué los humanos tienen cerebros tan grandes respecto a los monos? Este misterio evolutivo ha desafiado a los científicos durante años, pero algunos investigadores están usando la genética, específicamente aquellos genes que sólo se pueden encontrar en el Homo sapiens, para obtener una respuesta. Un gen llamado ARHGAP11B, que sólo se encuentra en los seres humanos, provoca que las células madre del cerebro formen más células madre, un requisito previo y necesario para un cerebro más grande. Estudios anteriores habían demostrado que el ARHGAP11B, cuando se expresa en ratones y hurones a niveles no fisiológicamente altos, causa un neocórtex (parte del cerebro responsable de las funciones cognitivas superiores como el lenguaje y la planificación) cerebral expandido, pero su relevancia para la evolución de los primatesno había sido clara hasta la fecha.

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Alberto Bravo

Investigadores del Instituto Max Planck de Biología Celular Molecular y Genética de Dresde (Alemania) y del Instituto Central de Animales Experimentales (CIEA) de Kawasaki y de la Universidad de Keio de Tokio, ambos situados en Japón, han demostrado este gen específico del ser humano, cuando se expresa a niveles fisiológicos, provoca un neocortex ampliado en el tití común, un tipo de mono. Esto sugiere que el gen ARHGAP11B puede haber causado la expansión del neocórtex durante la evolución humana.

Gen ARHGAP11B

En su estudio, publicado en la revista científica 'Science', los investigadores insertaron el gen en los fetos de los titíes, que, como los humanos, son primates, pero no son portadores del gen. El equipo descubrió que después de 101 días, los neocortex de los cerebros en desarrollo de los monos eran más grandes y tenían más pliegues en el tejido que los fetos de monos normales sin el gen. Tener más pliegues en esta parte del cerebro es importante porque esos pliegues aumentan la superficie disponible para las células cerebrales, o neuronas, sin hacer el cerebro demasiado grande para el cráneo. Demostrar que el gen humano cumple un propósito similar en el cerebro de otro primate proporciona un nuevo entendimiento de cómo los humanos pueden haber evolucionado y puede señalar el camino para futuros tratamientos de enfermedades cerebrales.

"Esa secuencia específica humana es absolutamente esencial para la capacidad del gen de amplificar las células madre del cerebro relevantes en el desarrollo"

El gen ARHGAP11B apareció hace unos 5 millones de años, no mucho después de la división evolutiva entre el chimpancé y los ancestros humanos. Surgió por mutación cuando otro gen, ARHGAP11A, fue copiado o duplicado. Sin embargo, la versión de hace 5 millones de años de ARHGAP11B, conocida como la versión "ancestral B", no es la que los humanos tienen hoy en día. Los científicos creen que otra mutación de ARHGAP11B ocurrió en los ancestros humanos hace entre 1,5 millones y 500.000 años, creando el gen específico humano que los investigadores utilizaron en su último estudio."Esa secuencia específica humana es absolutamente esencial para la capacidad del gen de amplificar las células madre del cerebro relevantes en el desarrollo", explica Wieland Huttner, del Instituto Max Planck de Biología Celular Molecular y uno de los autores del estudio, en declaraciones recogidas por Smithsonian Magazine.

Estudios anteriores mostraron efectos similares en ratones y hurones modificados para tener la "nueva versión B" del gen. Sin embargo, el uso de esos modelos animales podría hacer que el gen no se expresara necesariamente de la misma manera que en los humanos, por lo que los investigadores querían estudiar un organismo modelo estrechamente relacionado con los humanos, y las dos opciones más prácticas fueron el tití y el macaco."Pensamos que el tití sería el mejor modelo porque el neocórtex del macaco tiene muchas características que comparte con nuestro gran y plegado neocórtex. Sin embargo, el tití es liso y muy pequeño en tamaño", explican. Por lo tanto, cualquier cambio en el tamaño y la forma del neocórtex del tití sería más fácil de ver.

Para introducir el gen en los embriones de mono, los investigadores utilizaron un "lentivirus", un portador de virus que no se puede replicar. El lentivirus contenía ARHGAP11B así como un marcador de proteína que permitiría a los investigadores ver dónde se expresaba ese gen. Incluyeron un gen promotor, o una secuencia de ADN que regula la expresión de genes específicos.

Para luchar contra enfermedades mentales

"Tenemos toda una lista de genes que creemos que pueden ser importantes en lo que nos hace únicamente humanos, pero muy raramente hemos demostrado definitivamente que sean realmente contribuyentes", señala Megan Dennis, que estudia la genética del cerebro humano en el Instituto MIND de la Universidad de California en Davis (Estados Unidos) y que no estuvo involucrada en el proyecto. "Y tengo que decir que un estudio como este realmente lleva al ARHGAP11B a la cima de la lista como un gen que bien podría ser importante en el desarrollo del cerebro humano".

Dado que el ARHGAP11B se sitúa en una región del genoma humano que está asociada con la discapacidad intelectual, la esquizofreniay la epilepsia, aprender más sobre su funcionamiento también podría ser importante para comprender diversas enfermedades mentales. Por ejemplo, los cerebros humanos que se vuelven demasiado grandes (macrocefalizados) pueden sufrir un conjunto de trastornos neurológicos y de comportamiento, incluido el autismo. Los autores de este estudio sugieren que este gen tiene el potencial de ser útil en el cultivo de células madre que podrían ayudar a tratar enfermedades como el Parkinson, donde se han identificado claras mutaciones.