El descubrimiento de firmas químicas de plomo en fósiles de homínidos cuestiona nuestra comprensión de las presiones ambientales antiguas. Esta presencia del metal tóxico, muy anterior a las actividades industriales humanas, abre interrogantes sobre su papel en el desarrollo cerebral de nuestros antepasados.
Los análisis dentales revelan una exposición recurrente durante períodos mucho más largos de lo imaginado, mostrando una interacción duradera entre geoquímica y evolución biológica.
Investigaciones interdisciplinarias que combinan arqueología, genética y neurociencias demuestran cómo este elemento natural pudo influir en las trayectorias evolutivas de los homínidos. El estudio de muestras fósiles procedentes de múltiples sitios alrededor del mundo documenta por primera vez la antigüedad y persistencia de esta exposición al plomo.
Las pruebas fósiles de una exposición antigua
El examen de 51 dientes fósiles mediante técnicas geoquímicas de alta precisión reveló firmas características de exposición al plomo. Estos análisis realizados por el grupo de investigación en geoarqueología de la Universidad Southern Cross detectaron bandas de concentración de plomo correspondientes a diferentes períodos del crecimiento dental. La presencia de estos marcadores químicos en especímenes que se remontan hasta dos millones de años indica episodios repetidos de exposición a lo largo de la primera infancia.
La distribución geográfica y cronológica de las muestras analizadas cubre varios continentes y especies. Los investigadores pudieron establecer comparaciones entre diferentes grupos de homínidos, incluyendo representantes del género Homo y australopitecos. Las modalidades de exposición varían según las especies, probablemente en relación con sus hábitos alimentarios y sus entornos respectivos. Algunos grupos muestran señales más intensas que otros, reflejando posiblemente diferencias conductuales.
Las fuentes probables de esta contaminación antigua incluyen procesos naturales como la actividad volcánica o la circulación de aguas subterráneas en formaciones geológicas ricas en metales. A diferencia de la contaminación industrial contemporánea, esta exposición prehistórica era intermitente y estaba ligada a factores ambientales específicos.
Impactos diferenciales en el desarrollo cerebral
El equipo de la Universidad de California en San Diego desarrolló modelos cerebrales in vitro para probar los efectos del neurodesarrollo de esta exposición antigua. Estas estructuras cerebrales en miniatura, cultivadas a partir de células madre, fueron específicamente programadas para producir dos formas distintas del gen NOVA1. Este gen, que actúa como un director de orquesta durante la formación del cerebro, existe en una versión moderna en el humano actual y en una forma arcaica que portaban los neandertales. Los investigadores pudieron así comparar, en un ambiente controlado, cómo estas dos variantes genéticas reaccionaban a una agresión tóxica idéntica.
La exposición al plomo provocó perturbaciones significativas en la organización de las neuronas que expresan el gen FOXP2, particularmente en los organoides que portaban la variante arcaica de NOVA1. Estas alteraciones afectaban principalmente regiones cerebrales asociadas al desarrollo del lenguaje y la comunicación. Los modelos que incluían la versión moderna del gen mostraban una resistencia aumentada a estos efectos neurotóxicos.
El estudio proteómico exhaustivo puso en evidencia diferencias en las vías de señalización afectadas por el plomo según la variante genética. La variante moderna parece conferir una protección relativa al modular la respuesta al estrés oxidativo y preservar la integridad de los circuitos neuronales especializados. Estos trabajos ofrecen una nueva perspectiva sobre los mecanismos moleculares que pudieron influir en la evolución de las capacidades cognitivas en los homínidos.
Para saber más: ¿Qué es un organoide cerebral?
Los organoides cerebrales son estructuras tridimensionales cultivadas en laboratorio a partir de células madre. Reproducen parcialmente la organización y algunas funciones de los tejidos cerebrales humanos. Estos modelos permiten estudiar el desarrollo neural en condiciones controladas.
Su fabricación implica guiar la diferenciación de las células madre hacia tipos neuronales específicos. Con el paso de las semanas, estas células se auto-organizan en estructuras complejas. Los investigadores pueden así observar procesos de desarrollo inaccesibles en el cerebro humano vivo.
Estos modelos presentan ciertas limitaciones, como la ausencia de vascularización y de conexiones con otras regiones cerebrales. No obstante, ofrecen una alternativa ética a la experimentación animal. Su uso se extiende en el estudio de enfermedades neurodegenerativas.
¿Qué papel desempeña el gen FOXP2 en el lenguaje?
El gen FOXP2 codifica un factor de transcripción esencial para el desarrollo de los circuitos neuronales del lenguaje. Las mutaciones de este gen provocan en el humano trastornos severos de la articulación y la gramática. Su implicación en la coordinación de los movimientos orofaciales está bien establecida.
En los vertebrados, FOXP2 influye en el aprendizaje vocal y la plasticidad de los núcleos cerebrales especializados. Las aves cantoras presentan patrones de expresión dinámicos de este gen durante la adquisición de su canto.
Las investigaciones recientes indican que FOXP2 regula la expresión de cientos de otros genes en las neuronas. Interactúa con diversas vías de señalización implicadas en la sinaptogénesis y la migración neuronal. Su alteración afecta múltiples aspectos del desarrollo cerebral.
Autor del artículo: Cédric DEPOND
Fuente: Science Advances