Neuroevolución

Texto escrito por Miquel Bosch, investigador del Picower Institute (MIT)

LOS SUEÑOS DE LAS ESPONJAS DE MAR”, por Miquel Bosch Reconozco que a menudo a los neurocientíficos se nos va un poco la mano con esto del prefijo “neuro-“. Lo ponemos en todas partes: que si neuroeconomía, neuroética, neuromarketing, neuropolítica… En fin, una exageración total. Dicho esto, y con vuestro permiso, voy a introducir una nueva palabra: neuroevolución. ¿Es posible conocer el proceso evolutivo que ha seguido nuestro cerebro desde el origen del sistema nervioso? ¿Existen huellas o fósiles de cómo eran nuestros circuitos neuronales hace 100 millones de años? A partir de las marcas y formas de cráneos fosilizados podemos deducir ciertas características del cerebro que contuvieron en su momento, como por ejemplo, que un tipo de Australopithecus tenía una parte de su lóbulo frontal más puntiagudo y por tanto más capacidad de abstracción y decisión que otro homínido de su misma época. Pero poca cosa más se puede decir. ¿Cómo podemos saber cuándo aparecieron los circuitos neurales que nos hacen humanos, como los que permiten el lenguaje o la planificación del futuro? O yendo aún más atrás… ¿Cuándo apareció la corteza cerebral? ¿Y las propias neuronas? ¿Cuándo se empezaron a comunicar entre ellas? Neurogenómica comparativa Solemos imaginarnos a los expertos en evolución como personas curtidas por el sol desenterrando, cepillo en mano, rocas en forma de hueso de algún yacimiento lleno de polvo en Oriente Medio. Pero los hay que trabajan exclusivamente delante de una pantalla de ordenador -puede que también cubierta de polvo- observando pacientemente fósiles tales como este: ATGAACGGTACCGAAGGCCC… En realidad tenemos un montón de yacimientos dentro de cada uno de nosotros. Nuestro ADN está repleto de genes inactivos y olvidados, de mutaciones fosilizadas de nuestros antepasados más lejanos. Cada una de las células de nuestro cuerpo lleva inscrito en su genoma la historia de nuestra especie. Podemos hallar cicatrices de las batallas luchadas contra los virus o las soluciones que desarrollamos ante los múltiples cambios climáticos que hemos sufrido. Solo se necesita un pico y un cepillo (en este caso una pipeta y un tubo de ensayo) para desenterrar esa cantidad enorme de información. Eso es precisamente a lo que se dedica la genómica comparativa , una rama de la biología que está causando una auténtica revolución en el campo de la paleontología. Comparando las secuencias de los genes de diferentes especies podemos saber cuándo se bifurcaron sus historias evolutivas o cuándo se inventó una determinada habilidad, como el lenguaje, la visión en colores, los pelos, la respiración o los contactos sinápticos. ¿Sueñan las esponjas de mar con ovejas porosas? La respuesta es… “No!”. Las esponjas -y me refiero a las poríferas, esos animales tremendamente simples y amorfos que viven en el lecho marino- no pueden soñar porque carecen por completo de tejido nervioso, neuronas, alma o cualquier sistema de control central. Por no tener, no tienen ningún órgano o tejido especializado. Son básicamente agregaciones de células que filtran el agua para retener los nutrientes que flotan en ella. Por eso mi sorpresa fue mayúscula cuando, descuidadamente, me colé en la conferencia que Kenneth Kosik vino a darnos al MIT. Comentaba, visiblemente entusiasmado, que cuando se mudó de Harvard a la Universidad de California decidió hacer realidad uno de sus sueños científicos: dedicarse a buscar los orígenes evolutivos del sistema nervioso. Y no se le ocurrió otra cosa que buscarlos en los únicos animales que no disponen de él, las esponjas de mar. Mediante las potentes técnicas bioinformáticas que ofrece la genómica comparativa, un estudiante de su laboratorio llamado Onur Sakarya hizo un descubrimiento asombroso: Encontró que la esponja Amphimedon queenslandica, uno de los animales más antiguos y más tontos que podemos encontrar por estos mares, poseía en su genoma prácticamente todas la piezas necesarias para construir las mismas sinapsis que encontramos en el cerebro humano. Pero, ¿para que querrán las esponjas todos esos genes y proteínas sinápticas? Las sinapsis son, sin lugar a dudas, la clave del funcionamiento del cerebro. Son los puntos de contacto entre las neuronas, allí es donde se comunican, donde se envían mensajes químicos en forma de neurotransmisor. También es allí donde se almacena la memoria, ya que cada uno de los cien billones de sinapsis que tenemos en nuestro cerebro puede cambiar de forma independiente, bien potenciándose, bien debilitándose, grabando así la información que reciben del mundo exterior o de nuestros propios pensamientos interiores. En las sinapsis encontramos una maquinaria muy especializada, llamada “densidad postsináptica ”, hecha de centenares de diferentes proteínas, cada una colocada en un lugar muy concreto, cada una con un trabajo muy definido que hacer. Forman un andamiaje fuerte pero maleable, que cambia constantemente a medida que aprendemos. Siempre había pensado que debe de haber costado muchos millones de años de dura selección natural para llegar a este diseño tan inteligente y tan eficaz. Pero resulta que toda esa maquinaria ya ha estado allí desde los mismos orígenes del reino animal. Las esponjas, de las que los humanos nos desviamos evolutivamente hace unos 600 millones de años, ya tienen y tenían entonces la gran mayoría de estos ladrillos moleculares (en azul en la siguiente figura) que constituyen una típica densidad postsináptica humana. Únicamente les faltan unas pocas piezas, como los receptores de glutamato -las “orejas” que reciben los mensajes- (en amarillo en la figura), que no surgirán hasta unos millones de años más tarde con las medusas y las anémonas, y unos pocos elementos proteicos aún más modernos (en verde y rojo) que actúan como pegamento final para unir todas las piezas del puzzle. En realidad no se sabe qué hacen esas proteínas en las esponjas, pero se sospecha que podrían agruparse para crear proto-conexiones en las larvas, que poseen cierta capacidad de recibir señales del exterior. Otra explicación alternativa es que las esponjas sean, en realidad, reliquias degeneradas de ancestros más evolucionados, y que en algún triste momento de la evolución perdieron su sistema nervioso y se apalancaron en el fondo del mar a vivir una existencia mucho menos estresante. Los dominios de las proteínas La lección que podemos aprender del trabajo de Kosik es que la vida evoluciona y soluciona sus problemas reciclando, reutilizando y combinando las piezas que ya tiene. Este fenómeno se conoce como exaptación : aprovechar inventos existentes, viejas estructuras, y reutilizarlas para una función completamente nueva. Otro ejemplo clásico son las plumas de las aves, que en su día fueron una invención de los dinosaurios para regular su temperatura corporal. ¿Y cómo se hace esto a nivel molecular? Simplificando un poco, podemos decir que un gen posee la información para fabricar una proteína, y cada proteína realiza un trabajo concreto en la célula. Pero las proteínas suelen estar formadas a su vez por dominios proteicos , es decir, fragmentos estructuralmente compactos, cada uno con una habilidad única. La función final de esa proteína será la suma de las habilidades de sus dominios. Viendo las proteínas como estructuras con piezas intercambiables (como la cabeza de Mr. Potato®, o como un puzzle, Tetris®, Lego®, Tente®, Mecano®…), podemos hacernos una idea de cómo trabaja la evolución. Recombinando estos dominios se pueden crear una infinidad de nuevas proteínas con propiedades inéditas, y a partir de ahí, funciones, órganos y especies completamente nuevas. De entre los dominios más famosos, hay uno denominado PDZ que actúa como el Velcro®. Une selectivamente unas proteínas con otras y es crucial para mantener las sinapsis correctamente ensambladas. Los colegas de Kosik descubrieron que la similitud molecular entre los PDZ humanos y los de la esponja era de más del 90%. Es decir, el diseño básico no ha cambiado mucho en los últimos 600 millones de años. Y es que, en el fondo, si nos ponemos las gafas de bioquímico y comparamos detenidamente los mecanismos moleculares que permiten a los humanos reflexionar sobre el origen del universo o inventar robots que paseen por Marte… y los mecanismos que les permiten a las esponjas llevar su apacible y so-porífera vida en el fondo del mar…pues, la verdad, no hay tanta diferencia.

Miquel Bosch

Comments

[Publicado por: Miquel]

La investigación no se detiene:

http://neurosciencenews.com/nervous-system-evolution-nerve-less-sponge-amphimedon-queenslandica-protosynaptic-gene-expression/

[Publicado por: MxOnd]

Una esponja de mar se preocupa menos, mucho menos

[Publicado por: MxOnd]

"fósiles tales como este: ATGAACGGTACCGAAGGCCC..." éste es humano

[Publicado por: luis]

Interesante el articulo, maravilloso lo que hace la evoluicion con cada ser viviente en el planeta

[Publicado por: Quemasda?]

Un tema muy abierto, tanto desde el punto de vista de especies como maquinas de supervivencia de los genes ( El gen egoista ) como desde el punto de vista evolutivo ( El cerebro accidental ). Por supuesto me encanta la imaginacion ( premisa obligatoria a cualquiera que aspire a nuevoas ideas ) Desde este punto de vista, y desde la evolucion del cerebro umano ( reptiliano, limbico, racional ) ¿ cual prevees tu que sea el siguiente salto evolutivo en la cantidad de neuronas? ¿ O en la cualidad ? Si cada generacion modifica y añade nuevos parametros geneticos, y acumula mayor cantidad de neuronas.... es posible un cambio en la especie... en digamos...los proximos 10000 años... si sobrevive la especie....claro ¿Cual se prevee que pueda ser ese cambio? ¿ Es posible tambien un cambio genetico sustancial tambien que reordene la base del funcionamiento cerebral conforme los partes primarias se vean reabsorvidas por las nuevas estructuras rac ionales ? Solo ciencia ficccion que no ficcion de la ciencia Saludos

[Publicado por: Cesar Elihu]

Yo soy un niño de10 años y soy de Mexico. Me gusto leer esto y me dejaron de tarea escribir un articulo de DIVULGACION y me guaron los 5 bai.

[Publicado por: emo]

porfas pongan mas articulos de dibulgacion cientifica un poco mas interesantes y mas completos porque ahora los profes son mas exigentes y los piden mas completos porfas ahgan caso a este comentario para asi todos podamos llevar tareas mas comletas para los profes y nop olviden que a algunos de nosotros los emos si nos interesa el estudio gracias por su atencion encerio muchas gracias agradesco su atencion ATT: LA EMO ESTUDIOSA

[Publicado por: olorososeco]

muy de acuerdo contigo ruy! de verdad. Entonces, más a mi favor con respecto al origen de este diálogo... la ciencia debe formar parte inevitable de la cultura diaria. en los medios escritos, en internet, en la televisión.... y la ciencia buena, por lo tanto, también se hace aquí. Si me lees arriba lo que reclamo es atención hacia lo bueno que también se hace aquí, no sólo lo que viene de MIT,.,,, sinceramente creo que me expresé correctamente y parece que se me entendió que estoy contra MIT o todo lo que venga de USA. Cuando lo único que intento es reivindicar que aquí se hacen cosas buenísimas de valor internacional (vayan a las bases de datos) y que debería aparecer igualmente en los medios. Sin quitar un ápice de mérito a nadie... también habría que dar espacio a nuestras cosas. zanjo el tema y que disfrutéis de la ciencia universal, claro!

[Publicado por: olorososeco]

mira lo que pasa con las dobles nacionalidades de PLENO derecho. Dr. Severo Ochoa, español de nacimiento, con nacionalidad estadounidense. Aparece en la lista de permios nobel como ciudadano USA...aunque se matiza que nació en Luarca.- http://nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/1959/ ¿Entonces me dejas que ponga a Vargas Llosa un poco nuestro? creo que lo merece él y nosotros.....

[Publicado por: olorososeco]

mira lo que pasa con las dobles nacionalidades de PLENO derecho. Dr. Severo Ochoa, español de nacimiento, con nacionalidad estadounidense. Aparece en la lista de permios nóbel como ciudadano USA...aunque se matiza que nació en Luarca.- http://nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/1959/ ¿Entonces me dejas que ponga a Vargas Llosa un poco nuestro? creo que lo merece él y nosotros.....

[Publicado por: Ruy Díaz de Vivar]

OLORASECO: Muy de acuerdo con tu última intervención, sólo le pondría un pero, que ha sugerido Chistian, la ciencia es universal y no tiene fronteras en estos tiempos. Internet parece una revolución imparable. Por tanto, la ciencia, para que ofrezca verdadero progreso a la humanidad, no tiene más que ser abierta a todo el mundo y excelente. Eso es lo que debemos buscar: la excelencia; sea en Estados Unidos, Perú o España.

[Publicado por: viva olorososeco]

Bien dicho, Olorososeco, bien dicho. Los hay muy listos por ahi.

[Publicado por: olorososeco]

Llevas razón (y no la llevas, como verás luego)... pero cito a Vargas Llosa en otro contexto. Se trata de que cualquier faceta de la cultura está siempre en los medios y por eso se conoce... literatura, teatro, cine etc. pero no la ciencia y por eso se desconoce. en cualquier caso... a veces la vaca es de donde pace, no de dónde nace. Y sin dudas, Vargas Llosa tiene la nacionalidad española, ¿verdad?. Entonces es español de pleno deber y derecho.... pues lo considero español. salud! y vinos frescos.

[Publicado por: christian]

oloraseco: Vargas Llosa es peruano, no español...

[Publicado por: Anónimo]

Me parece muy acertado el comentario de Olorososeco. Añadiría que además es necesario, para tener buena ciencia en España, acabar con el sistema de enchufismo y amiguismo que impera en la universidad española, y dedicar el dinero de las universidades a educación e investigación, no a pagar fiestas y comilonas de políticos y rectores. Hay que echar a esos profesores que se apoltronan en sus sillones y llevan un vida idílica gracias a los servicios que les ofrece la universidad, gratis para los funcionarios. La figura del profesor de universidad que dicta apuntes por la mañana en sus clases y por la tarde se dedica a dormir en su sillón tiene que desaparecer. Investigación de verdad e investigadores ambiciosos en la univerdad, no vagos a sueldo.

[Publicado por: olorososeco]

en elpais.com aparecen pestañas directas para "tecnología", "cultura" y "sociedad". el subapartado ciencia aparece si abres "sociedad", es curioso, no si se abre "cultura". lo que se transmite es que ¿la tecnología es la única ciencia?. Muy en ese sentido iba mi primera frase, estimado Ruy... Repasen la definición de Cultura que nos da la RAE.... salud y vinos frescos.

[Publicado por: olorososeco]

ruy, debo haberlo explicado mal y no se me ha entendido. En ningún caso he dicho que no se hace ciencia en MIT. He querido exponer la idea del deslumbramiento de los grandes centros en este caso americanos, que por otra parte están llenos de cerebros no americanos, que se toman como estandartes de la ciencia. Y sugiero a este blog que se de una vuelta por centros no tan renombrados en los que la ciencia también brilla. Claro que conozco bien la ciencia básica que se hace en MIT. claro! Quizás tenga más mérito publicar un artículo en cell desde Coruña, o desde Cádiz. Quizás cuando eso ha sucedido no ha salido en los medios.... y siempre sale el robot que se hace en MIT. Es normal, tienen de todo.... Cultura científica es lo que hace falta. Más que anécdotas y deslumbramientos. Cultura científica es una cosa que si tienen en EEUU porque aprecian lo que la ciencia aporta a la sociedad. Si nuestros periodistas sitúan a la ciencia en el apartado de Sociedad en los periódicos y en anécdotas en los telediarios, es imposible la cultura científica. Si la RAE define que la ciencia está dentro de la cultura.... porqué no se introducen las noticias habituales de ciencia en ese apartado. Todos los días se habla de litareratura, teatro, cine, pintura... es por eso que la población tiene mejor criterio y mayor aprecio por esas facetas de la cultura. Si el periodismo cientifico queda reducido al apartado de Sociedad, y solo aparece algo una vez a la semana.... y lo bueno de la ciencia se reduce a un blog... entonces nunca despegaremos en cultura científica y lo que llega a nuestra sociedad es que MIT debe ser el cielo.... y con todos mis respetos, y mis envidias hacia los recursos.... no lo es. Y la sociedad debería saber que aquí, Spain, se hacen cosas buenas en todos los campos. ¿Es necesario que Almodóvar reciba un öscar para saber que hace cine bueno? NO. Todo el mundo pudo apreciar el arte de Almodóvar, todo el mundo conoce a Vargas Llosa, y sabe de su importancia.... esas facetas de la cultura están siempre en los medios, por eso se tiene aprecio y criterio. ¿Alguien muestra en los medios el trabajo bien hecho y publicado y los resultados importantes para la sociedad que se han conseguido en Spain en los últimos 10 años? Quizás lo mejor para un periodista como el que hace este blog es seguir el proceso de los invetigadores españoles que llegan a MIT, aprenden mucho y crecen científicamente de manera impensable. Pero cuando vuelven a Spain, se encuentran con el reto de hacer buena ciencia aquí.(y conozco a más de uno... y lo han coseguido desde sus centros españoles.... Chapeau!!) ... vamos allá! hacer buen periodismo científico desde aquí.... con noticias de aquí.... y con perspectiva global que para eso es ciencia. Machado cantaba: creí mi hogar apagado, removí las cenizas y me quemé la mano. Quizás remover y buscar lo que se hace aquí sorprendería incluso a los que sólo tienen ojos para MIT (repito, con todos mis respetos y envidias...) salud y birras para la calor.

[Publicado por: Jorgito]

Ruy Díaz de Vivar, Vaya. Ruy, entiendo tu postura, pero ¿podrías poner otro ejemplo? Es que Chomsky... Ha hecho más política que ciencia.

[Publicado por: Ruy Díaz de Vivar]

¡¿En el MIT no se hace ciencia, ciencia básica, sólo tecnología?! Pues ahora me entero. ¿Que ha hecho Noam Chomsky, por ejemplo, acertada o menos acertadamente?

[Publicado por: olorososeco]

Bien, me parece interesante el abordaje del tema y el desarrollo. Así como este recién descubierto blog. Creo que es muy necesario contar bien la ciencia... no la anécdota que es lo que sale siempre en la prensa (véase que nunca incluyen ciencia en cultura siempre en "sociedad"...). Si se educase en los medios y se informase más y mejor sobre ciencia quizás tendríamos una población que exigiera a la administración más ciencia.... Centrándonos en este tema de neuroxxxx, hay que tener en cuenta que el hombre hace un análisis antropocentrista de lo que es un sistema nervioso. En redes se publicó un capítulo sobre la posible función de relación interna y externa de los árboles. Ondas de calcio que se producen como consecuencia de algún evento exterior (cambio de clima, agresión a la corteza, crecimiento de otras especies) y que determina cambios a largo plazo visto desde la perspectiva de la vida de un hombre,pero en una escala de tiempo muy natural para los 500 años que podría vivir una encina. Que los cambios de un olivo sean evidentes cada 3-4 años... para ellos debe ser rapidísimo, como para nosotros los 20 milisegundos que tarda una señal externa en alcanzar nuestra corteza cerebral.... Los seres vivos se comunican con el exterior y con su interior.... los sistemas de comunicación (quimiotactismo, fototropismo, secreción de antibióticos ante posibles agresiones...)podrían ser el verdadero origen de un sistema nervioso. Finalmente... como estoy recién llegado al blog, desconozco si se ha tratado ya el tema, pero recordarte que en MIT hay mucha tecnología y quizás no tanta ciencia. Como bien describió Ortega y Gasset en algunos de sus escritos, la tecnología de EEUU no quiere decir ciencia. Conozco anécdotas de científicos europeos en MIT... que descubrieron errores en sus protocolos a pesar de su tecnología. Con todo el respeto y deslumbramiento que me causa lo que allí se hace, vaya por delante! Pero mi sugerencia es que te des una vuelta por los centros de investigación españoles, por los departamentos de facultades.... quizás descubrieras que la ciencia se puede hacer bien en muchos sitios. Así podrás saciar tu avidez de ciencia al más puro estilo clásico... recuerda que hablando de nerivoso... Cajal anduvo como un Quijote por la ciencia...Además de reivindicar a los españoles que están en esos centros extranjeros de excelencia.... salud y ánimo! más noticias científicas en los periódicos!!!

[Publicado por: http://lacomunidad.elpais.com/alfredoivan50]

Buena esa decisión de las Esponjas, decidieron sabiamente seguir sindo tranquilas y soporiferas . No se nos olvide que lo más sabio sobre la faz de natura es la celula y no el ser humano que en últimas es un acuerdo de grupos celulares para complicar más las cosas. Votaria por un mundo de soporiferas esponjas y no de guerras y desencuentros como el nuestro.Buen articulo. Alfredo iván

[Publicado por: themegaman]

Creo que el problema más interesante para los neurólogos es resolver el asunto de mi neurona muerta. Yo ya no tengo neuronas. De hecho, la única que tenía se me fundió hace 20 años, y aún estoy buscando un taller para que me pongan otra, pero más gorda, a ver si se me ocurren ideas geniales del tipo "cada planeta tiene su propio sistema de medida" o "la gravedad es distinta en cada planeta", o "las neuronas son bichitos de luz". Soy un hei hei mu listo, the megaman soy soy, rebautizado Megamancio Aneuronal. Que alguien me conteste.

[Publicado por: Kablete]

GENIAL artículo. El blog cada vez es mejor, Pere. Ideas que me han flipado: - La exaptación (tengo que leer más a Gould). La verdad es que, no sé por qué, me encantan las teorías que se alejan un poquito del darwinismo ortodoxo del paso a paso mutación tras mutación. Tengo que leer más a Gould. - La base de algo tan complejo como una neurona está en las esponjas... - Flipante lo de la posible evolución de las esponjas hacia la pérdida del sistema nervioso... - La PDZ no ha cambiado en 600 millones de años...Y es que, cuando las cosas funcionan... ¡Ya tengo ganas de leer el próximo! Gracias y un abrazo

[Publicado por: Pablo]

Rosa, y tú llámame poco "esteticista" pero... esperaba que una mujer inteligente no fuera entusiasta de la exhibición de la tortura. Otra cosa, el que escribe esta entrada no es Pere.

[Publicado por: J. M.]

Yo le daría una vuelta de tuerca al comentario de "Sid desde TX", muy buen comentario, por cierto. Con sólo cuatro letras combinadas adecuadamente, el ADN transmite la información necesaria para hacer una esponja de mar... y para hacer una mujer o un hombre. Con hidrógeno y poco más, un universo completo: el nuestro. Obviamente, la organización de la materia es la clave. Ahí es donde yo encumbro mi ignorancia.