wikimedia commonsSe cree que la complejidad del cerebro humano, con miles de tipos de neuronas distintas, permitió el surgimiento de sofisticados repertorios comportamentales, tales como el lenguaje, el uso de herramientas, la percepción del “yo”, el pensamiento simbólico, el aprendizaje cultural y la conciencia. De esta complejidad emergieron obras de extraordinario contenido tecnológico y artístico en una relativamente corta historia cultural de nuestra especie.Esto parece indicarque la complejidad cerebral tiene un propósito creativo, al contrario de otros sistemas ampliamente más complejos pero brutos,como las galaxias y los miles de estrellas que las componen.Entender de qué manera la complejidad neuronal es moldeada durante el desarrollo es sumergirse en cuestiones fundamentales del origen de nuestra especie.
La formación del cerebro humano no es un proceso optimizado. Al contrario, la mayoría de las células generadas será descartada y tan sólo una pequeña fracción será usada. El mecanismo inherente a esta selección es oscuro y existen evidencias que sugieren que factores extrínsecos e intrínsecos contribuyen a la supervivencia o muerte celular. Solamente las células precursoras con las propiedades correctas, en el momento ideal y en el lugar ideal, florecerán y madurarán en neuronas funcionales, contribuyendo así a la formación de las redes nerviosas. En esa competencia, las fuerzas de variación y de selección actúan para esculpir cada cerebro humano,cada red neural, neurona por neurona, generando la verdadera individualidad en la forma en cada uno de nosotros recibe, procesa e interactúa con el mundo exterior.
Cabe recordar que la selección natural requiere de variación para generar los diferentes tipos neuronales en el cerebro. Inicialmente se pensó que la variación estaría contenida en los genes codificadores para proteínas. No obstante, con el secuenciamiento del genoma humano, quedó claro que la cantidad de genes no sería suficiente como para justificar tamaña complejidad neuronal. Conmenos del 2% de genes codificadores para proteínas en el genoma, se hace difícil generar información suficiente para los miles de tipos celulares contenidos en el cerebro humano. Aun considerando eventos moleculares como el procesamiento alternativo del ARN o modificaciones pos traduccionales, no existe variación suficiente. La variación debe residir en otro lugar.
La falta de una función obvia para el otro 98% del genoma inspiró el concepto de ADN basura,que ilustra la idea deque esas secuencias serían restos evolutivos, acumulados en el transcurso de miles de años en el genoma.Como un garaje lleno de trastos viejos, el genoma parece lidiar muy bien con el exceso de secuencias, pero se hace difícil comprender por qué no se libra de éste, ahorrando energía celular.Parte de ese ADN basura se compone de elementos transponibles, o genes saltadores, capaces de producir copias de sí mismos, insertando nuevas copias en el genoma y,eventualmente, alterando la expresión de genes cercanos. La actividad de esos elementos fue detectada durante la evolución y estos parásitos genómicos se volvieron conocidos como genes egoístas, cuya la única finalidad es mantenerse vivos para las próximas generaciones mediante la replicación en células germinativas de los individuos. La replicación en células no germinativas, somáticas,que no formarán un nuevo individuo, no sería una estrategia de supervivencia, al menos hasta ahora…
En 2003, durante mi período de posdoctorado en el Instituto Salk de Investigaciones de California, hicimos una curiosa observación. Al estudiar de qué manera los genes eran regulados durante la especialización neuronal a partir de células madre, notamos que había una activación de los elementos transponibles tan pronto como la célula optase por la diferenciación neuronal. Al inducir a las células madre a diferenciarse en otros tipos celulares nada se detectaba, lo indicaba que el fenómeno era específico de las neuronas. Este hallazgo confrontaba todo lo que sabíamos sobre el comportamiento de estos elementos y sus “ganas” de pasar a las futuras generaciones. Al fin de cuentas, ¿qué estarían haciendo al proliferar en el cerebro?
Dos años después, luego de luchar contra la resistencia natural del paradigma vigente, logramos demostrar que las neuronas poseían genomas únicos. Al contrario que el atractivo concepto de que todas las células del cuerpo poseen el mismo genoma, y que las diferencias serían meras consecuencias de la regulación génica, habíamos reunido evidencias lo suficientemente fuertes como para demostrar que ése no era el caso en el cerebro. Cada neurona parecía ser única, cada una presentaba nuevas inserciones en el genoma, impactando en genes cercanos. Esta actividad amplificaría el efecto de la regulación génica, generando una enorme variación celular y aumentando el repertorio de tipos celulares capaces de ser formados por un dado grupo de genes. Este mecanismo de variación y de flexibilidad parece contribuir para la originalidad de cada cerebro, y explica por qué incluso gemelos genéticamente idénticos tienen personalidades características.
Filosóficamente, los datos estarían apuntando una porción de “casualidad” en la formación de cada personalidad. Nuevos datos de nuestro laboratorio muestranque la actividad de loselementos transponibles está alterada en el cerebro autista o en síndromes con el espectro autista. La visión de mundo es diferente en personas portadoras de autismo, lo que sugiriere una alteración en las redes neuronales. Ahora bien, el aumento de la variabilidad neuronal sería capaz de producir individuos fuera de la curva normal, con cualidades distintas.Organismos fuera de la curva tendrían más posibilidades de adaptarse a nuevos ambientes o de reaccionar contra cambios drásticos en el ambiente. Asimismo, existirían eventuales individuos prodigios en la población, con una capacidad cognitiva superior. Y a lo mejor son individuos así los que aumentan la capacidad creativa de la especie humana, favoreciendo la dominación de nuevos territorios, por ejemplo. En este sentido, los elementos transponibles seguirían siendo genes egoístas, pues al manipular la mente humana terminaron por aumentar las posibilidades reproductivas de la especie.
Curiosamente, durante la evolución de los primates, se observa una impresionante correlación entre la adaptación humana y el surgimiento de nuevas secuencias transponibles. Evidencias de alteraciones climáticas globales sugieren que ambientes más fríos, secos y con mayores variaciones deben haber existido hace alrededor de tres millones de años. Las alteraciones bruscas terminaron por disminuir la provisión de comida y agua, presionando fuertemente a la adaptación de nuestros ancestrales a nuevos ambientes. Interesantemente, nuevas familias de elementos transponibles en el genoma surgen en la misma época en que los humanos adquieren la bipedación, exhiben un aumento de masa cerebral y las primeras evidencias de uso de herramientas, la conciencia o la motivación artística.
Por otro lado, el fenómeno de inserciones somáticas en el cerebro puede no ser más que un resto evolutivo.Tanto el cerebro como el sistema reproductivo pasaron por grandes modificaciones durante la evolución. La expresión genética de estos dos órganos es relativamente parecida y ambos poseen diversas vías de señalización en común. En ese contexto, no parece una novedad encontrar fenómenos moleculares presentes solamente en esos órganos. Si ése fuera realmente el caso, la actividad de los elementos transponibles en el sistema nervioso es descartable y no brinda ninguna contribución para las redes neuronales, la cognición o el comportamiento. Es plausible, pero resta responder por qué el genoma quedaría cargando todos esos trastos por nada.
Cualquier sea la función del mosaicismo genético de las neuronas, se hace necesario tener cautela en el diseño de experimentos que permitan investigar este fenómeno. Actualmente es imposible emplear técnicas clásicas de nocaut genético para eliminar a los genes saltadores del genoma. Son varios los que están activos en el genoma. Asi mismo, están dispersos por los cromosomas. Será necesaria bastante creatividad para buscar situaciones experimentales en las cuales la hipótesis pueda corroborarse. Cualquier sea el resultado hallado, solamente será real si tuviera sentido desde la óptica evolutiva.
Alysson Renato Muotri es neurocientífico, docente de la Escuela de Medicina de la Universidad de California, San Diego (UCSD).
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