Mam¨ªferos, aves y reptiles llegaron a tener cerebros complejos por caminos evolutivos diferentes

Las mariposas, las palomas y los murci¨¦lagos comparten algo: vuelan. El sentido com¨²n apuntar¨ªa a pensar que, a pesar de pertenecer a diferentes familias, habr¨ªan tenido un antepasado alado com¨²n en el ¨¢rbol de la vida. Pero su abuelo m¨¢s cercano es un antiqu¨ªsimo animal parecido a un gusano que ni ten¨ªa alas. En realidad, se trata de un caso de convergencia evolutiva en el que seres tan distintos como distantes han encontrado la misma soluci¨®n (alas) para el mismo problema (volar). Algo similar se habr¨ªa producido en el cerebro de aves, reptiles y mam¨ªferos. Seg¨²n tres trabajos publicados en Science, su materia gris ha llegado al mismo destino, el de realizar funciones complejas, por caminos distintos, las neuronas y circuitos neuronales.

Hasta bien entrado el siglo pasado, los cient¨ªficos colocaban a los humanos en la c¨²spide de la evoluci¨®n, con los grandes simios y algunos cet¨¢ceos en los escalones inmediatamente inferiores. Este antropocentrismo tiene una derivada que se podr¨ªa denominar mamiferocentrismo, que sit¨²a a los mam¨ªferos en un estadio evolutivo superior al de los otros vertebrados, aves, reptiles, anfibios o peces. La idea se ve¨ªa reforzada cada vez que le abr¨ªan la cabeza a un animal. El cerebro de los mam¨ªferos tiene una particular anatom¨ªa, con sus convoluciones y surcos que le dan mayor capacidad. De hecho, en el resto de taxones carecen de la neocorteza, la parte m¨¢s exterior del palio, encargada de las funciones m¨¢s avanzadas. Sin embargo, al comparar la anatom¨ªa cerebral y las neuronas de ratones, pollos y gecos (una especie similar a las salamanquesas), un grupo de investigadores ha encontrado que, como con las alas, sus cerebros podr¨ªan haber ido convergiendo a lo largo de la evoluci¨®n a pesar de las diferencias.

Fernando Garc¨ªa Moreno, investigador Ikerbasque del Achucarro Basque Center for Neuroscience, es el principal autor de dos de estos trabajos con los tres tipos de vertebrados publicados en Science. ¡°Los mam¨ªferos tenemos un palio agrandado y una corteza gigantesca. Cuando lo comparas con el del geco, por ejemplo, ves que el palio es una parte m¨¢s¡±, dice el tambi¨¦n profesor de la Universidad del Pa¨ªs Vasco (UPV/EHU). ¡°La neocorteza es la encargada de las funciones cognitivas y de asociaci¨®n, como el lenguaje, el razonamiento, el procesamiento sensorial, la informaci¨®n visual, auditiva¡­¡±, a?ade. ¡°El debate, de hace 100 a?os, es que a cualquier mam¨ªfero le ves una corteza con seis capas de c¨¦lulas, ya lo vio Cajal. Si te vas a un reptil, le ver¨ªas tres, y con neuronas solo dos. Eso apuntaba a que hab¨ªamos avanzado. Pero despu¨¦s vimos que las aves [que son saur¨®psidos, como la mayor¨ªa de los reptiles] no tienen corteza, sus neuronas est¨¢n agrupadas en n¨²cleos¡±, completa. Sin embargo, ratones, pollos y gecos comparten circuitos equivalentes.

Centrados en las aves, el equipo de Garc¨ªa Moreno, ayudado por investigadores de otras instituciones suecas, canadienses y espa?olas, se centraron en la neurog¨¦nesis y desarrollo de los circuitos sensoriales de los pollos. En concreto, se fijaron en la emergencia y movimiento de los dos grandes grupos de neuronas que hay en todo cerebro, en especial en el palio, como son las neuronas excitadoras (entre los neurocient¨ªficos prefieren el t¨¦rmino excitatorias) y las inhibitorias. Son algo as¨ª como el off/on de los circuitos neuronales, con las primeras enviando se?ales a trav¨¦s de diferentes ¨¢reas del cerebro e impulsar la comunicaci¨®n y las segundas regulando, refinando y hasta bloqueando esas se?ales.

¡°Lo que hemos encontrado es que el desarrollo de esas estructuras y de esas neuronas es muy diferente en las especies [aves y mam¨ªferos]¡±, dice el investigador de la UPV/EHU. De este modo, siguiendo teor¨ªas evolutivas y del desarrollo, no pueden ser las mismas. ¡°No pod¨ªan estar ah¨ª en un ancestro com¨²n hace 350 millones de a?os, porque habr¨ªan heredado la misma manera de generar un circuito, o la misma manera de diferenciar esas neuronas¡±, a?ade. Se estima que fue hace esos 350 millones de a?os cuando los tetr¨¢podos (cuatro patas) divergieron en los distintos grupos de vertebrados.

El descubrimiento de que los distintos grupos de vertebrados hayan desarrollado circuitos neuronales funcionalmente similares se ve apoyado por otra investigaci¨®n tambi¨¦n publicada en Science. Este trabajo, co-liderado por los equipos del profesor Henrik Kaessmann, de la Universidad de Heidelberg (Alemania) y de Garc¨ªa Moreno en Bilbao, ha creado un atlas de las c¨¦lulas del palio tanto en adultos como a lo largo del desarrollo del pollo dentro del huevo. ¡°Nuestra investigaci¨®n muestra que las neuronas inhibidoras son sorprendentemente similares en aves y mam¨ªferos, lo que sugiere que existieron en un ancestro compartido de estos grupos hace m¨¢s de 320 millones de a?os y han cambiado muy poco desde entonces. Sin embargo, las neuronas excitatorias evolucionaron de forma mucho m¨¢s din¨¢mica¡±, dice en un correo Bastienne Zaremba, primera autora de este segundo trabajo y miembro del equipo de Kaessmann.

Dualidad evolutiva

La conservaci¨®n de las neuronas que silencian las sinapsis, cortando la comunicaci¨®n, no es exclusiva de las aves. Es algo que se ha visto en mam¨ªferos, en peces, en anfibios (no incluidos en este trabajo), incluso en las lampreas, un extra?o animal que se confunde con un pez, aunque pertenece a un grupo mucho m¨¢s antiguo, tan antiguo que se cree que son descendientes de los animales que dieron lugar a los vertebrados. Pero al mismo tiempo se produjo una diversificaci¨®n de las neuronas excitadoras a lo largo de la evoluci¨®n.

La neurocient¨ªfica M¨®nica Mu?oz, de la Universidad de Castilla-La Mancha, resalta este hallazgo como uno de los m¨¢s destacados de este grupo de estudios. ¡°Que la evoluci¨®n de las neuronas excitadoras difiera del de las inhibitorias, nos puede informar acerca de las diferentes funciones de las neuronas inhibitorias y de las excitadoras en el cerebro, tambi¨¦n el humano¡±, explica Mu?oz, que no ha participado en el trabajo. La dualidad podr¨ªa ser muy relevante. ¡°Por una parte, parece que la inhibici¨®n ser¨ªa como algo que se ha mantenido, porque filog¨¦neticamente es m¨¢s com¨²n entre las especies. Mientras, la excitaci¨®n es diferente en las especies. Mi impresi¨®n es que se dio una conservaci¨®n en lo inhibitorio y divergencia en lo excitatorio¡±, a?ade Mu?oz. Y para ella tiene todo el sentido: ¡°Da igual que sea un lagarto, un pollo, un rat¨®n o un humano, todos estamos en el ambiente y todos perciben si llueve, si hace fr¨ªo o si quien se acerca es peligroso o no¡±.

En un art¨ªculo m¨¢s divulgativo tambi¨¦n publicado en Science, la investigadora de la Universidad de Columbia (Estados Unidos), Maria Antonietta Tosches y su colega Giacomo Gattoni destacan otro de los resultados del triple trabajo: ¡°En conjunto, estos resultados muestran que la similitud de los circuitos neuronales de aves y mam¨ªferos es el resultado de convergencia evolutiva m¨¢s que [proceder] de un ancestro com¨²n¡±.

Para el responsable del grupo de Neurog¨¦nesis y expansi¨®n cortical del Instituto de Neurociencias de la Universidad Miguel Hern¨¢ndez y el CSIC, V¨ªctor Borrel, esta convergencia evolutiva es de gran importancia. ¡°Nos muestra que existen formas distintas de construir una misma funci¨®n cerebral durante el desarrollo embrionario¡±. Esta versi¨®n cient¨ªfica del todos los caminos llevan a Roma indicar¨ªa que la convergencia ¡°sea una soluci¨®n ¨®ptima para construir circuitos neuronales que tengan esas funciones superiores complejas¡±. Pero enseguida a?ade que, ser¨ªa en el caso de animales terrestres. Casos como el del pulpo impiden cerrar el debate: ¡°Un caso paradigm¨¢tico de estas cuestiones son los cefal¨®podos, especialmente los pulpos, con una grand¨ªsima capacidad cognitiva (?inteligencia?) pero con un cerebro fundamentalmente distinto, en casi todo, al de cualquier vertebrado¡±.

Entre las implicaciones de estos trabajos, la primera autora del atlas del palio del pollo, Bastienne Zaremba, comenta la diferencia entre unas neuronas y otras y su posible relaci¨®n con la inteligencia. ¡°Otros animales, como reptiles, anfibios e incluso algunos peces, tambi¨¦n tienen neuronas inhibidoras similares a las que se encuentran en mam¨ªferos y aves, pero no exhiben las mismas capacidades cognitivas avanzadas que las aves y mam¨ªferos¡±. La clave podr¨ªa estar entonces en las excitadoras. ¡°El hecho de que las neuronas excitatorias difieran significativamente entre aves y mam¨ªferos, implica que estos dos linajes logran circuitos similares arquitectura de diferentes maneras. Esto b¨¢sicamente significa que encontraron dos formas diferentes de desarrollar la inteligencia¡±.