Mamíferos, aves y reptiles llegaron a tener cerebros complejos por caminos evolutivos diferentes

Las mariposas, las palomas y los murciélagos comparten algo: vuelan. El sentido común apuntaría a pensar que, a pesar de pertenecer a diferentes familias, habrían tenido un antepasado alado común en el árbol de la vida. Pero su abuelo más cercano es un antiquísimo animal parecido a un gusano que ni tenía alas. En realidad, se trata de un caso de convergencia evolutiva en el que seres tan distintos como distantes han encontrado la misma solución (alas) para el mismo problema (volar). Algo similar se habría producido en el cerebro de aves, reptiles y mamíferos. Según 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 científicos colocaban a los humanos en la cúspide de la evolución, con los grandes simios y algunos cetáceos en los escalones inmediatamente inferiores. Este antropocentrismo tiene una derivada que se podría denominar mamiferocentrismo, que sitúa a los mamíferos en un estadio evolutivo superior al de los otros vertebrados, aves, reptiles, anfibios o peces. La idea se veía reforzada cada vez que le abrían la cabeza a un animal. El cerebro de los mamíferos tiene una particular anatomía, con sus convoluciones y surcos que le dan mayor capacidad. De hecho, en el resto de taxones carecen de la neocorteza, la parte más exterior del palio, encargada de las funciones más avanzadas. Sin embargo, al comparar la anatomía 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 podrían haber ido convergiendo a lo largo de la evolución a pesar de las diferencias.

Fernando García 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 mamíferos tenemos un palio agrandado y una corteza gigantesca. Cuando lo comparas con el del geco, por ejemplo, ves que el palio es una parte más”, dice el también profesor de la Universidad del País Vasco (UPV/EHU). “La neocorteza es la encargada de las funciones cognitivas y de asociación, como el lenguaje, el razonamiento, el procesamiento sensorial, la información visual, auditiva…”, añade. “El debate, de hace 100 años, es que a cualquier mamífero le ves una corteza con seis capas de células, ya lo vio Cajal. Si te vas a un reptil, le verías tres, y con neuronas solo dos. Eso apuntaba a que habíamos avanzado. Pero después vimos que las aves [que son saurópsidos, como la mayoría de los reptiles] no tienen corteza, sus neuronas están agrupadas en núcleos”, completa. Sin embargo, ratones, pollos y gecos comparten circuitos equivalentes.

Centrados en las aves, el equipo de García Moreno, ayudado por investigadores de otras instituciones suecas, canadienses y españolas, se centraron en la neurogénesis 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 neurocientíficos prefieren el término excitatorias) y las inhibitorias. Son algo así como el off/on de los circuitos neuronales, con las primeras enviando señales a través de diferentes áreas del cerebro e impulsar la comunicación y las segundas regulando, refinando y hasta bloqueando esas señales.

“Lo que hemos encontrado es que el desarrollo de esas estructuras y de esas neuronas es muy diferente en las especies [aves y mamíferos]”, dice el investigador de la UPV/EHU. De este modo, siguiendo teorías evolutivas y del desarrollo, no pueden ser las mismas. “No podían estar ahí en un ancestro común hace 350 millones de años, porque habrían heredado la misma manera de generar un circuito, o la misma manera de diferenciar esas neuronas”, añade. Se estima que fue hace esos 350 millones de años cuando los tetrápodos (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 investigación también publicada en Science. Este trabajo, co-liderado por los equipos del profesor Henrik Kaessmann, de la Universidad de Heidelberg (Alemania) y de García Moreno en Bilbao, ha creado un atlas de las células del palio tanto en adultos como a lo largo del desarrollo del pollo dentro del huevo. “Nuestra investigación muestra que las neuronas inhibidoras son sorprendentemente similares en aves y mamíferos, lo que sugiere que existieron en un ancestro compartido de estos grupos hace más de 320 millones de años y han cambiado muy poco desde entonces. Sin embargo, las neuronas excitatorias evolucionaron de forma mucho más dinámica”, dice en un correo Bastienne Zaremba, primera autora de este segundo trabajo y miembro del equipo de Kaessmann.

Dualidad evolutiva

La conservación de las neuronas que silencian las sinapsis, cortando la comunicación, no es exclusiva de las aves. Es algo que se ha visto en mamíferos, en peces, en anfibios (no incluidos en este trabajo), incluso en las lampreas, un extraño animal que se confunde con un pez, aunque pertenece a un grupo mucho más 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 diversificación de las neuronas excitadoras a lo largo de la evolución.

La neurocientífica Mónica Muñoz, de la Universidad de Castilla-La Mancha, resalta este hallazgo como uno de los más destacados de este grupo de estudios. “Que la evolución 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, también el humano”, explica Muñoz, que no ha participado en el trabajo. La dualidad podría ser muy relevante. “Por una parte, parece que la inhibición sería como algo que se ha mantenido, porque filogéneticamente es más común entre las especies. Mientras, la excitación es diferente en las especies. Mi impresión es que se dio una conservación en lo inhibitorio y divergencia en lo excitatorio”, añade Muñoz. Y para ella tiene todo el sentido: “Da igual que sea un lagarto, un pollo, un ratón o un humano, todos estamos en el ambiente y todos perciben si llueve, si hace frío o si quien se acerca es peligroso o no”.

En un artículo más divulgativo también 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 mamíferos es el resultado de convergencia evolutiva más que [proceder] de un ancestro común”.

Para el responsable del grupo de Neurogénesis y expansión cortical del Instituto de Neurociencias de la Universidad Miguel Hernández y el CSIC, Víctor Borrel, esta convergencia evolutiva es de gran importancia. “Nos muestra que existen formas distintas de construir una misma función cerebral durante el desarrollo embrionario”. Esta versión científica del todos los caminos llevan a Roma indicaría que la convergencia “sea una solución óptima para construir circuitos neuronales que tengan esas funciones superiores complejas”. Pero enseguida añade que, sería en el caso de animales terrestres. Casos como el del pulpo impiden cerrar el debate: “Un caso paradigmático de estas cuestiones son los cefalópodos, especialmente los pulpos, con una grandísima 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 relación con la inteligencia. “Otros animales, como reptiles, anfibios e incluso algunos peces, también tienen neuronas inhibidoras similares a las que se encuentran en mamíferos y aves, pero no exhiben las mismas capacidades cognitivas avanzadas que las aves y mamíferos”. La clave podría estar entonces en las excitadoras. “El hecho de que las neuronas excitatorias difieran significativamente entre aves y mamíferos, implica que estos dos linajes logran circuitos similares arquitectura de diferentes maneras. Esto básicamente significa que encontraron dos formas diferentes de desarrollar la inteligencia”.