Genoma neanderthal

Recuperar ADN antiguo es difícil. Con el tiempo, el ADN se degrada, fragmentándose y modificándose químicamente. El ADN neanderthal que encontramos en los huesos es muy poco. En los huesos utilizados en la secuenciación del genoma alrededor del 95% del ADN que se recuperó no era de neanderthal, sino de microorganismos que invadieron el cadáver de los neanderthal. Para empeorar las cosas, hay otra fuente de contaminación mucho más importante: los científicos. Probablemente el mayor problema de trabajar con ADN antiguo es evitar la contaminación producida durante la manipulación de las muestras. En el caso del neanderthal, el ADN de los especímenes es tan parecido al nuestro que los investigadores deben redoblar sus precauciones. La secuenciación del genoma neandertal es la culminación de años de trabajo en el desarrollo de técnicas de secuenciación de ADN antiguo que nos habían entregado anteriormente muchas otras pistas genéticas de los neandertal. Entre los primeros blancos de secuenciación de ADN neandertal, se encontraba el ADN mitocondrial. Esta es una forma de ADN que se encuentra en pequeñas estructuras subcelulares que presentan dos propiedades muy útiles: puede haber miles de mitocondrias en una sola célula, con lo que tenemos miles de copias idénticas de ADN mitocondrial por célula. Por esto el ADN mitocondrial es relativamente fácil de recuperar. La otra virtud del ADN mitocondrial es que solo se hereda por vía materna, lo que permite construir genealogías por línea de las madres. Estos estudios tempranos de ADN mitocondrial compararon el ADN mitocondrial de los neandertal y las muchas variedades que tenemos nosotros. No encontraron ningún rastro de esta herencia materna, en concordancia con la idea predominante de que Homo sapiens y Homo neanderthalensis no se cruzaron. Muchos otros estudios siguieron, y nos fueron dando varias pistas sobre la apariencia y conducta de los neandertal, como el hecho de que ellos y nosotros compartíamos copias idénticas de un gen fundamental para el habla (Krause et al. 2007).

Es un gran salto desde la secuenciación de esos fragmentos relativamente cortos hasta los 40 billones de bases que resultó tener el genoma neandertal. ¿Qué dice este estudio? Bueno, mucho. Veamos algunos puntos importantes.

• Los humanos modernos y los neanderthales divergieron hace aproximadamente 825000 años. Esta estimación fue hecha comparando las diferencias entre los genomas de H. sapiens, H. neanderthalensis yPan troglodytes (el chimpancé común moderno). Sin embargo, este es un resultado tentativo, que depende una estimación anterior de la fecha para la divergencia entre humanos y chimpancés.
• Los científicos pudieron armar un catálogo de características funcionales únicas para el genoma de los humanos modernos.
  

  Diferencias morfológicas entre humanos modernos y neanderthal que podrían tener relación con RUNX2. Arriba, comparación de los cráneos de _H. sapiens_ (izq.) y _H. neanderthalensis_ (der.) en una exposición del Cleveland Museum of Natural History (tomada con autorización de hairymuseummatt). Abajo, comparación entre la caja toráxica de los humanos modernos (izq.) y la caja en "forma de campana" de los neanderthal (der.) De Tattersall 2006.

  El principio es simple. Conocemos las zonas funcionales de nuestro genoma que han variado desde que nos separamos del linaje que dio lugar a los chimpancés. Las variaciones entre el nuestro último ancestro común  los chimpancés y nosotros mismos representan la suma de todos los cambios ocurridos durante la historia evolutiva que compartimos con los neanderthales (nuestra especie hermana) y los cambios que son únicos a nuestra historia evolutiva particular. Restando los cambios que compartimos con los neanderthales, obtenemos los cambios que son exclusivos de la historia evolutiva de H. sapiens. Entre los cambios únicos para nosotros, el equipo encontró 78 sustituciones con efectos en las proteínas producidas por los genes. La lista de los genes afectados es larga y la significancia de estos cambios aún es desconocida para los mismos científicos. Entre ellos observaron muchos genes asociados con la piel, uno de ellos particularmente involucrado en la reparación de heridas, y uno que tiene relación con una estructura de la cola de nuestros espermatozoides. También encontraron cambios únicos a nuestro genoma que no codifican proteínas, sino que están encargadas de regular la acción de otros genes.
• Un gen fuertemente seleccionado en nosotros podría tener relación con algunos de nuestros rasgos característicos. En un intento por caracterizar genes muy favorecidos por selección natural, los investigadores encontraron una fuerte presión de selección en el gen RUNX2 (CBFA1). Mutaciones en este gen en humanos modernos están asociadas a una condición llamada displasia  cleidocraneal. Las personas que padecen esta condición presentan clavículas deformadas, cajas toráxicas en forma de “campana” y arcos supercicliares (las salientes óseas en las cejas) muy prominentes. Todos estos son rasgos de la condición patológica huaman también presentes en los individuos normales neanderthal y de otros homínidos.
• Neanderthales y humanos se cruzaron en algún momento y parte de la población humana moderna lleva genes propios de los neanderthales. Y esta vez la evidencia es contundente. Como se señalaba más arriba, estudios anteriores basados en el análisis de secuencias de ADN mitocondrial no apoyaban la hipótesis del entrecruzamiento de humanos y neanderthales. Sin embargo, el ADN nuclear de nuestros genomas cuenta una historia muy distinta. Los investigadores compararon marcadores del genoma neanderthal con marcadores de cinco individuos de grupos poblacionales humanos distintos: franceses, chinos han, nativos de Papúa-Nueva Guinea, los Yoruba de África Occidental y los San de la región sur de África. Los marcadores indican que las personas de los linajes que surgieron fuera de África comparten genes con los neanderthal que las personas de poblaciones ancestrales africanas no tienen. Actualmente, las personas de Europa y Asia tienen un genoma que es entre 1 y 4% neanderthal. La explicación más simple para esto es que en algún momento, hace entre 50000 y 80000 años,Homo sapiens y Homo neanderthalensis se cruzaron en algún lugar fuera de África, posiblemente Oriente Medio. (Figura modificada de Green et al. 2010). ¿Por qué las mitocondrias no nos habían dicho esto? ¿Acaso se cruzaron solamente hombres neanderthal con mujeres sapiens? John Hawks ofrece una respuesta: el ADN mitocondrial neanderthal de las poblaciones no-africanas se podría haber perdido por selección natural.

Ante esta última revelación surge inmediatamente una pregunta. Si nosotros y los neanderthal pudimos cruzarnos en el pasado ¿quiere decir esto que pertenecemos a la misma especie? Después de todo, la definición de libro de texto de especie es “grupo de organismos intrínsecamente aislado reproductivamente de otros organismos”. Esta posibilidad ya se había considerado mucho antes de este estudio y por mucho tiempo nosotros y los neanderthales fuimos considerados subespecies de la misma especie: Homo sapiens. Si seguimos el “concepto biológico de especie” (al que corresponde la definición por grupos aislados resproductivamente), entonces sin dudas los neanderthales son una subespecie y debemos comenzar a llamarlos Homo sapiens neanderthalensis.

Sin embargo, el “concepto biológico” de especie no es la única solución para el problema de las especies. De hecho, los científicos discuten activamente una multitud de conceptos de especie. Bajo otros conceptos, por ejemplo, la diferenciación morfológica de los neanderthal  podría ser suficiente para que sean considerados una especie independiente. Otros conceptos se desligan completamente de un método particular para delimitar las especies, por ejemplo, el “concepto unificado de especie” de Kevin de Queiroz define a las especies como “linajes de metapoblaciones que evolucionan independientemente”, sin imponer un corte fijo. Bajo este concepto, los investigadores pueden aplicar varios criterios consecutivos que permitirían, en balance, determinar si nos encontramos en presencia de una o dos especies. El aislamiento reproductivo podría ser solo uno entre varios de esos criterios. Desde este concepto, dilucidar si los neanderthales son una especie aparte es mucho más difícil, pero no tendría por qué ser fácil ¿cierto?

Referencias

Richard E. Green, Johannes Krause, Adrian W. Briggs, Tomislav Maricic, Udo Stenzel, Martin Kircher, Nick Patterson, Heng Li, Weiwei Zhai, Markus Hsi-Yang Fritz, Nancy F. Hansen, Eric Y. Durand, Anna-Sapfo Malaspinas, Jeffrey D. Jensen, Tomas Marques-Bonet, Can Alkan, Kay Prüfer, Matthias Meyer, Hernán A. Burbano, Jeffrey M. Good, Rigo Schultz, Ayinuer Aximu-Petri, Anne Butthof, Barbara Höber, Barbara Höffner, Madlen Siegemund, Antje Weihmann, Chad Nusbaum, Eric S. Lander, Carsten Russ, Nathaniel Novod, Jason Affourtit, Michael Egholm, Christine Verna, Pavao Rudan, Dejana Brajkovic, Zeljko Kucan, Ivan Gusic, Vladimir B. Doronichev, Liubov V. Golovanova, Carles Lalueza-Fox, Marco de la Rasilla, Javier Fortea, Antonio Rosas, Ralf W. Schmitz, Philip L. F. Johnson, Evan E. Eichler, Daniel Falush, Ewan Birney, James C. Mullikin, Montgomery Slatkin, Rasmus Nielsen, Janet Kelso, Michael Lachmann, David Reich, and Svante Pääbo 2010. A Draft Sequence of the Neandertal Genome. Science 328 (5979), 710. [DOI: 10.1126/science.1188021]

Johannes Krause, Carles Lalueza-Fox, Ludovic Orlando, Wolfgang Enard, Richard E. Green, Hernán A. Burbano, Jean-Jacques Hublin, Catherine Hänni, Javier Fortea, Marco de la Rasilla, Jaume Bertranpetit, Antonio Rosas, Svante Pääbo 2007. The Derived FOXP2 Variant of Modern Humans Was Shared with Neandertals. Current Biology. 17: 21, pp. 1908-1912

Ian Tattersall 2006. Neanderthal Skeletal Structure and the Place of Homo neanderthalensis in European Hominid Phylogeny. Human Evolution. 21, pp. 269–274