Què fa que el nostre cervell sigui diferent del d'un neandertal?

La ciència ha descobert un error en el nostre ADN que pot haver ajudat a diferenciar el cervell dels nostres avantpassats dels neandertals i altres parents extints. La mutació, que va sorgir fa centenars de milers d'anys, estimula el desenvolupament de més neurones a la part cerebral que fem servir per als processos mentals i els pensaments més complexos, segons un estudi publicat a Science. "El que hem trobat és un gen que sens dubte contribueix a fer-nos humans", diu Wieland Huttner, neurocientífic de l'Institut Max Planck de Biologia i Genètica Cel·lular Molecular de Dresden, Alemanya, i un dels autors de l'estudi.

El cervell humà ens permet fer coses que altres espècies vives no poden, com comunicar-nos amb un llenguatge en tota regla o fer plans de futur, i durant dècades els científics han estat comparant l'anatomia del nostre cervell amb la d'altres mamífers per entendre com van evolucionar aquestes facultats sofisticades. La característica més evident del cervell humà és la seva mida, quatre vegades més gran que la dels ximpanzés, els nostres parents vius més propers. Però el nostre cervell també té trets anatòmics distintius. La regió de l'escorça que tenim just darrere dels ulls, coneguda com el lòbul frontal, és essencial per a alguns dels nostres pensaments més complexos. Segons un estudi del 2018, el lòbul frontal humà té moltes més neurones que la mateixa regió cerebral dels ximpanzés.

Ara bé, comparar els humans amb els simis vius té un greu defecte: el nostre avantpassat comú més recent amb els ximpanzés va viure fa aproximadament set milions d'anys. Per saber què va poder passar des de llavors, els científics han hagut de recórrer als fòssils dels nostres avantpassats més recents, coneguts com a homínids. Inspeccionant els seus cranis, els paleoantropòlegs han descobert que els cervells dels nostres avantpassats van augmentar dràsticament de mida a partir de fa uns dos milions d'anys i van assolir la mida actual fa uns 600.000 anys. És a dir, els neandertals, entre els nostres parents homínids extingits més propers, tenien un cervell tan gran com el nostre.

No obstant això, els cervells dels neandertals eren allargats, mentre que els humans tenen una forma més esfèrica. De moment els científics no poden assenyalar què explica aquestes diferències, però una possibilitat és que diverses regions del cervell dels nostres avantpassats hagin canviat de mida. Des de fa uns anys, els neurocientífics han començat a investigar cervells antics amb una nova font d'informació: els trossos d'ADN conservats dins dels fòssils d'homínids. Els genetistes han reconstruït genomes sencers dels neandertals, així com dels seus cosins orientals, els denisovans, per identificar quines diferències potencialment crucials hi ha entre ells i el nostre genoma.

L'ADN humà conté uns 19.000 gens i les proteïnes codificades són majoritàriament idèntiques a les dels neandertals i els denisovans. Però els investigadors han trobat 96 mutacions específiques humanes que van canviar l'estructura d'una proteïna. L'any 2017 Anneline Pinson, investigadora del laboratori del Dr. Huttner, estava revisant aquesta llista de mutacions i es va adonar d'una que alterava un gen anomenat TKTL1, que s'activa especialment al lòbul frontal, una regió important per a les funcions cognitives. "Així que va ser una bona pista", diu Pinson.

Experiments en organoides

La investigadora i els seus col·legues van fer experiments inicials amb TKTL1 en ratolins i fures injectant la versió humana del gen al cervell en desenvolupament dels animals i van descobrir que va provocar que desenvolupessin més neurones. A continuació, van dur a terme experiments amb cèl·lules humanes, utilitzant trossos de teixit cerebral fetal obtinguts amb el consentiment de dones que van avortar en un hospital de Dresden. Pinson va fer servir tisores moleculars per tallar el gen TKTL1 de les cèl·lules de les mostres i, sense ell, el teixit cerebral humà va produir menys cèl·lules progenitores, anomenades així perquè donen lloc a noves neurones.

El següent pas va ser crear un cervell en miniatura semblant al d'un neandertal. Van començar amb una cèl·lula mare embrionària humana, editant el seu gen TKTL1 perquè ja no tingués la mutació humana específica però sí la trobada en els nostres avantpassats, inclosos els neandertals, els ximpanzés i altres mamífers. Després van banyar la cèl·lula mare en substàncies químiques que la van persuadir de convertir-se en un grup de teixit cerebral en desenvolupament (un procés que permet crear organoides cerebrals). El teixit no només va generar cèl·lules cerebrals progenitores, sinó que també van produir un còrtex en miniatura format per capes de neurones.

L'organoide cerebral semblant al del neandertal va fer menys neurones que els organoides amb la versió humana de TKTL1 i això suggereix que quan el gen TKTL1 va mutar, els nostres avantpassats podien produir neurones addicionals al lòbul frontal. Malgrat que aquest canvi no va augmentar la mida general del nostre cervell ni vol dir que TKTL1, per si sol, pugui resoldre el secret entorn d'allò que ens fa humans, sí que podria haver reorganitzat el seu cablejat. "Això és realment un tour de force", qualifica Laurent Nguyen, un neurocientífic de la Universitat de Lieja, a Bèlgica, que no va participar en l'estudi. "És notable que un canvi tan petit tingui un efecte tan espectacular en la producció de neurones", afegeix.

Ara hi ha altres investigadors revisant la llista de les 96 mutacions que canvien proteïnes per fer experiments en organoides. Altres membres del laboratori del doctor Huttner van informar al juliol que dues mutacions més canvien el ritme amb què es divideixen les cèl·lules cerebrals en desenvolupament i, l'any passat, investigadors de la Universitat de Califòrnia van trobar una altra mutació que canviaria el nombre de connexions que fan les neurones humanes entre elles.

Altres mutacions també poden resultar importants per al nostre cervell. Per exemple, a mesura que l'escorça es desenvolupa, les neurones individuals han de migrar per trobar el seu lloc. El doctor Nguyen va observar que algunes de les 96 mutacions úniques dels humans alteraven gens que probablement estan implicats en aquesta migració cel·lular, i especula que les nostres mutacions poden fer que les nostres neurones es moguin de manera diferent que les neurones del cervell d'un neandertal. "No crec que sigui el final de la història", prediu. "Crec que cal més investigació per entendre què ens fa humans pel que fa al desenvolupament del cervell", assegura.