La expresión génica en las neuronas resuelve un rompecabezas de la evolución del cerebro

hace 11 meses

La expresión génica en las neuronas resuelve un rompecabezas de la evolución del cerebro

El neocórtex se encuentra como un impresionante logro de la evolución biológica. Todos los mamíferos tienen esta franja de tejido que cubre su cerebro, y las seis capas de neuronas densamente empaquetadas en su interior manejan los cálculos y asociaciones sofisticados que producen la destreza cognitiva. Dado que ningún otro animal, aparte de los mamíferos, tiene una neocorteza, los científicos se han preguntado cómo evolucionó una región cerebral tan compleja.

Los cerebros de los reptiles parecían ofrecer una pista. Los reptiles no solo son los parientes vivos más cercanos de los mamíferos, sino que sus cerebros tienen una estructura de tres capas llamada cresta ventricular dorsal, o DVR, con similitudes funcionales con la neocorteza. Durante más de 50 años, algunos neurocientíficos evolutivos han argumentado que tanto el neocórtex como el DVR se derivaron de una característica más primitiva en un ancestro compartido por mamíferos y reptiles.

Ahora, sin embargo, al analizar detalles moleculares invisibles para el ojo humano, los científicos han refutado esa opinión. Al observar los patrones de expresión génica en células cerebrales individuales, los investigadores de la Universidad de Columbia demostraron que, a pesar de las similitudes anatómicas, la neocorteza de los mamíferos y el DVR de los reptiles no están relacionados. En cambio, los mamíferos parecen haber desarrollado la neocorteza como una región cerebral completamente nueva, construida sin dejar rastro de lo que vino antes. El neocórtex está compuesto por nuevos tipos de neuronas que parecen no tener precedentes en los animales ancestrales.

Las neuronas piramidales son el tipo más abundante de neuronas en la neocorteza. Trabajos recientes sugieren que varios tipos de ellos en la neocorteza evolucionaron como innovaciones en los mamíferos.

Ilustración : Ekaterina Epifanova y Marta Rosário/Charité

El artículo que describe este trabajo, que fue dirigido por la bióloga evolutiva y del desarrollo Maria Antonietta Tosches, se publicó el pasado mes de septiembre en Ciencia.

Este proceso de innovación evolutiva en el cerebro no se limita a la creación de nuevas partes. Otro trabajo de Tosches y sus colegas en el mismo número de Ciencia mostró que incluso las regiones cerebrales aparentemente antiguas continúan evolucionando al ser reconectadas con nuevos tipos de células. El descubrimiento de que la expresión génica puede revelar este tipo de distinciones importantes entre las neuronas también está impulsando a los investigadores a repensar cómo definen algunas regiones del cerebro y a reevaluar si algunos animales podrían tener cerebros más complejos de lo que pensaban.

Genes activos en neuronas individuales

En la década de 1960, el influyente neurocientífico Paul MacLean propuso una idea sobre la evolución del cerebro que estaba equivocada pero que aún tuvo un impacto duradero en el campo. Sugirió que los ganglios basales, una agrupación de estructuras cerca de la base del cerebro, eran un vestigio de un "cerebro de lagarto" que evolucionó en los reptiles y fue responsable de los instintos y comportamientos de supervivencia. Cuando los primeros mamíferos evolucionaron, agregaron un sistema límbico para la regulación de las emociones por encima de los ganglios basales. Y cuando surgieron los humanos y otros mamíferos avanzados, según MacLean, agregaron una neocorteza. Como un "gorro de pensamiento", se sentó en la parte superior de la pila e impartió una cognición superior.

Los tipos de células que se encuentran en la parte del cerebro de una salamandra llamada palio no parecen coincidir con ninguna célula en la neocorteza de los mamíferos. Este resultado sugiere que la neocorteza evolucionó de forma totalmente independiente.

Cortesía de Tosches Lab

Este modelo de “cerebro triuno” cautivó la imaginación del público después de que Carl Sagan escribiera sobre él en su libro ganador del Premio Pulitzer de 1977. Los Dragones del Edén. Los neurocientíficos evolutivos quedaron menos impresionados. Los estudios pronto desacreditaron el modelo al mostrar de manera concluyente que las regiones del cerebro no evolucionan ordenadamente una encima de la otra. En cambio, el cerebro evoluciona como un todo, con partes más antiguas que sufren modificaciones para adaptarse a la adición de nuevas partes, explicó Paul Cisek, neurocientífico cognitivo de la Universidad de Montreal. “No es como actualizar tu iPhone, donde cargas una nueva aplicación”, dijo.

La explicación mejor respaldada para el origen de las nuevas regiones del cerebro fue que evolucionaron principalmente mediante la duplicación y modificación de estructuras y circuitos neuronales preexistentes. Para muchos biólogos evolutivos, como Harvey Karten de la Universidad de California en San Diego, las similitudes entre el neocórtex de los mamíferos y el DVR de los reptiles sugerían que, en términos evolutivos, eran homólogos, que ambos evolucionaron a partir de una estructura transmitida de un antepasado compartido por mamíferos y reptiles.

Pero otros investigadores, incluido Luis Puelles de la Universidad de Murcia en España, no estuvieron de acuerdo. En el desarrollo de mamíferos y reptiles, vieron señales de que la neocorteza y el DVR se formaron a través de procesos completamente diferentes. Esto insinuó que el neocórtex y el DVR evolucionaron de forma independiente. Si es así, sus similitudes no tenían nada que ver con la homología: probablemente eran coincidencias dictadas por las funciones y restricciones de las estructuras.

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