¿Cómo la genética ha moldeado la diversidad humana? ¿Qué adaptaciones nos han permitido sobrevivir en los ambientes más extremos del planeta? ¿Qué secretos esconde nuestro genoma sobre nuestra historia evolutiva?
Los humanos modernos somos el fruto de cruces con otros homínidos, conforme nos expandíamos por el mundo (Foto: Shutterstock).
Con esta pregunta en mente, desde el Instituto de Biotecnología y Biomedicina y el Departamento de Genética y Microbiología de la Universidad Autónoma de Barcelona (UAB), un grupo de científicos liderado por la genetista Sonia Casillas ha desarrollado PopHumanScan, un proyecto que tiene como objetivo crear la mayor base de datos de adaptaciones genómicas humanas, y ya ha empezado a dar frutos.
"Empezamos con un trabajo anterior, que se llamaba solamente PopHuman, que utilizaba los datos más recientes que tenemos de variabilidad genética humana -veintiséis poblaciones de distintos continentes- para crear un navegador genómico fácilmente consultable", cuenta Casillas. "Este segundo trabajo -PopHumanScan- analiza el genoma en su totalidad, para localizar cuáles son las regiones génicas que pueden haber estado sometidas a selección". Algo que, según nos explica, deja firmas genéticas detectables en las regiones afectadas.
De repente, según explican Casillas y su grupo de investigación, se suman, a las ya conocidas 1986, otras 873 regiones, que incrementan en un 40 % el total de señales de selección natural en el genoma humano detectadas hasta la fecha. Un conjunto de datos determinante a la hora de responder a la pregunta ¿qué nos hace humanos?
"Nadie había hecho antes un estudio tan exhaustivo", nos aclara Casillas. "Por eso muchas de estas regiones no habían sido detectadas. Además, nosotros también las hemos caracterizado a nivel funcional. Es decir, hemos mirado qué genes hay en cada región, o si son regiones que se han introgresado a partir de genomas arcaicos, como el neandertal o el denisovano". O sea, que impliquen hibridación entre distintas especies de homínidos.
"Avanzamos poco a poco”, añade. “Ahora hemos encontrado las regiones, las hemos caracterizado, y quizás lo que se ve más aplicado sería la tercera parte del proyecto, que es en la que estamos inmersos ahora mismo y busca analizar estas regiones en más detalle. Por ejemplo, uno de los proyectos que estamos llevando a cabo es datar estas regiones que se han seleccionado. Para intentar saber en qué momento de la evolución humana han sido seleccionadas: hace 5.000 años, 10.000, 20.000…"
El objetivo es ver si en algún momento de la historia, por ejemplo hace 10 000 años, cuando se introdujo la agricultura, muchas regiones del genoma se sometieron a selección. Descubrir si ha habido picos a lo largo de la evolución humana en la que ha habido mucha selección en el genoma.
La fuerza de la evolución observada en la humanidad
A la hora saber en qué se diferencia su proyecto de otros que investigan el mismo tema, Casillas nos explica que el conjunto de estadísticos que ellos emplean "es mucho más amplio. Otros grupos están más centrados en buscar selección reciente, y nosotros, gracias a las estadísticas que usamos, podemos detectar selección incluso desde la separación de humanos y chimpancés, hace unos seis millones de años", subraya. Una información que permitirá a los científicos entender qué ocurrió para que seamos, a día de hoy, especies tan distintas.
"Es fácil perderse entre los datos", comenta Matthew Hansen, genetista de la Universidad de Filadelfia experto en el tema, pero que no participó en este estudio. "La recopilación que han hecho de toda esa información, en una interfaz claramente definida y utilizable, proporciona a la comunidad científica un recurso de alta calidad. No es una idea nueva", agrega. "Sin embargo, alguien tiene que hacer el trabajo y crear la base de datos. Un beneficio inmediato de este trabajo es que, al tener múltiples métricas de exploración de selección en un solo lugar, se identificaron cerca de 3000 regiones potencialmente interesantes. La investigación de cualquiera de esas regiones puede proporcionar una visión única de la historia de la humanidad y sus recientes adaptaciones".
Todos los recursos que genera su trabajo, una cantidad ingente de información, son de dominio público, para que cualquier científico que lo desee pueda hacer uso de ellos. Una ciencia moderna, conectada y global, que permitirá explicar por qué y cómo, siendo una única especie, somos a la vez tan distintos y tan iguales.
A modo ilustrativo y hasta como curiosidad, es acertado repasar aunque sea algunas de las adaptaciones genéticas básicas que hemos vivido los seres humanos a lo largo de nuestra evolución:
• Digerir la leche, no tan fácil como parecía
Una de las adaptaciones genéticas mejor caracterizadas es la relacionada con la capacidad de digerir lactosa. En la mayoría de los mamíferos y en la mayoría de los humanos, el nivel de la enzima lactasa disminuye después del destete. Sin embargo, el advenimiento de la domesticación del ganado en Oriente Medio y el norte de África, hace 10.000 años, llevó a una fuerte presión selectiva para la capacidad de beber leche de adultos. Y, en la actualidad, muchas poblaciones que tradicionalmente han ingerido este alimento mantienen altos niveles de la enzima lactasa en la edad adulta.
Mientras que menos del 10 % de la población del norte de Europa sufre intolerancia a la lactosa, en el resto del mundo la prevalencia es superior al 70 % (Foto: Getty Images).
Análisis estadísticos han encontrado variantes europeas del gen LCT, que codifica la síntesis de la lactasa, muy distintas a los que se encuentran en algunas poblaciones africanas. Se estima que la variante europea tiene 9.000 años de antigüedad, mientras que la más común de África Oriental tiene 5.000, lo que concuerda con la evidencia arqueológica de la domesticación de ganado en esta zona.
De acuerdo con los datos recogidos al respecto, las adaptaciones genéticas relacionadas con la persistencia de la lactasa son ejemplos de evolución convergente. O sea, que son características genéticas que surgieron independientemente en poblaciones geográficamente separadas, debido a presiones selectivas similares, y que dieron origen al mismo fenotipo.
• Viviendo en la selva
Entre los ambientes más duros del planeta están los bosques tropicales. Con altas temperaturas, una humedad tan elevada que hace que nos pongamos a sudar en cuestión de segundos, y repletos de parásitos y enfermedades exóticas, son un desafío para cualquier especie que busque habitar en ellos.
Una de las características adaptativas a las que recurre nuestra especie para vivir en la selva está relacionada con la estatura, y se conoce como el fenotipo pigmeo. Tal como su nombre indica, los individuos adultos de estos grupos indígenas no suelen medir, si son hombres, más de metro y medio, y las mujeres son incluso más bajas.
Un cuerpo pequeño, como el de los pigmeos de Uganda, puede otorgar una ventaja evolutiva en los ambientes tropicales (Foto: Jamie Pham / Cordon).
Los científicos especulan que la selección para un cuerpo pequeño puede traer ventajas a la hora de sobrevivir en un ambiente donde los recursos alimentarios son escasos y el calor intenso, aunque también es posible que se trate de un mecanismo de compensación que relacione el cese del crecimiento con un inicio temprano de la edad reproductiva y que, en algunas poblaciones africanas, esté relacionado con la respuesta inmune, ya que los genes activados en ciertas respuestas inmunitarias inhiben la actividad de los receptores de la hormona del crecimiento.
• Adaptarse al frío más extremo
En el otro extremo de las temperaturas se encuentra el ártico, que, frío, oscuro e inclemente, es uno de los ambientes más extremos al que nos hemos adaptado. Como era de esperar, las poblaciones de inuits de Alaska, Canadá y Groenlandia han desarrollado adaptaciones relacionadas con una dieta casi en su totalidad de procedencia marina, rica en ácidos grasos poliinsaturados omega-3. Al comparar su diversidad genómica con la de europeos y chinos, el estudio descubrió que la región más diferenciada de su genoma comprende un grupo de genes FADS, que codifican las enzimas que permiten digerir ácidos grasos.
Los inuits de Nunavik, en Quebec (Canadá), poseen un genoma único en el mundo, con variaciones que les han permitido aclimatarse al frío extremo del Ártico (Foto: Getty Images).
Además, dos variantes de esa región se asocian también con la baja estatura, lo que, según los investigadores, puede estar relacionado con la influencia del metabolismo de los ácidos grasos en la regulación de la hormona del crecimiento.
• Entre ambientes tóxicos y enfermedades crónicas
Los genes también tienen mucho que decir en ambientes tóxicos. Aunque han inaugurado un acueducto recientemente, y ahora cuentan con un suministro de agua potable sin contaminantes, la población argentina de San Antonio de los Cobres , en la provincia de Salta, llevaba, sorprendentemente, toda su vida consumiendo agua contaminada con arsénico.
Esta molécula pequeña, carcinogénica y capaz de entrar fácilmente en las células puede provocar daños e incluso la muerte. Una elevada toxicidad que se debe a su capacidad de interferir directamente con la respiración celular.
Aun así, su presencia no impidió que poblaciones humanas lleven habitando la zona de San Antonio de los Cobres desde hace 11.000 años. Y, de acuerdo con algunos estudios, hayan desarrollado adaptaciones genéticas que les permiten deshacerse de este veneno a través de su metilación, que da origen a variantes moleculares menos tóxicas.
Poblaciones expuestas a altos niveles de arsénico, como en San Antonio de los Cobres (Argentina), pueden terminar desarrollando algún tipo de protección contra la toxicidad de dicho veneno (Foto: Ricardo Ceppi - Getty Images).
Bajo selección positiva, el gen AS3MT se encuentra integrado en un haplotipo -un grupo de genes que son heredados en conjunto--– cuya frecuencia en esta población argentina es muy elevada cuando se la compara con localidades vecinas.
También existen adaptaciones genéticas locales con impacto en enfermedades complejas. Así, en la Isla de Samoa, el 80 % de la población padece obesidad, una de las mayores prevalencias en el mundo y una cifra que, según estudios, apoya una curiosa hipótesis: variantes genéticas que fueron beneficiosas en el pasado pueden ser la causa de problemas de salud actuales.
Desarrollada hace más de cuarenta años, esta teoría, conocida como la hipótesis del genotipo ahorrador, defiende que evolucionamos para sobrevivir en un mundo donde la escasez de alimentos era un factor que limitaba nuestra supervivencia. En ese sentido, estamos genéticamente programados para comer grandes cantidades de alimento cuando este se encuentra disponible, preferir los alimentos grasos, más ricos en calorías, y acumular el exceso de calorías en forma de grasa que nos permitiría sobrevivir en tiempos de escasez.
En la actualidad, con los alimentos más al alcance de la mano que nunca, el resultado puede ser un buen número de problemas de salud. Entre los habitantes de Samoa, una variante del gen CREBRF relacionada con el índice de masa corporal y los niveles de glucosa en sangre está bajo una enorme presión selectiva. Su expresión disminuye el uso de energía y aumenta el almacenamiento de grasa en el tejido adiposo; o sea, aunque pueda haber constituido una ventaja evolutiva en el pasado, hoy en día aumenta el riesgo de sufrir obesidad y diabetes tipo 2.
• Respirando a miles de metros de altitud
Otro tipo de adaptación al que se han sometido algunas poblaciones ha sido a la vida en la alta montaña. Cuanto más alto subamos, menos oxígeno vamos a tener. Sin embargo, aunque un escalador de alta montaña se ve obligado a una aclimatación en fases y puede tardar meses en entrenarse para un ascenso, en varias regiones de alta montaña el ser humano prospera desde hace milenios.
A más de 2.500 metros por encima del nivel del mar, en sitios como el Altiplano andino, la Meseta tibetana o las montañas de Etiopía, poblaciones de hombres y mujeres viven con la misma facilidad con que habitamos nosotros las zonas menos elevadas.
La adaptación a la falta de oxígeno ha permitido subsistir a muchos pueblos: desde tibetanos y andinos a etíopes (Foto: Getty Images).
¿Cuál es su secreto? Estudios recientes de sus genomas revelan que poseen variantes genómicas que les confieren un fenotipo adaptado a un ambiente donde la cantidad de oxígeno disponible es menor. Una vez más, las variantes de las que hablamos no son las mismas entre todas estas poblaciones, un ejemplo más de evolución convergente.
Además, todo indica que los tibetanos heredaron estas características de los denisovanos con los que, en un pasado muy lejano, se habrían apareado.
• La adaptación más obvia: protección ultravioleta
La exposición a la luz ultravioleta también nos ha hecho evolucionar de forma diferente. Al contrario de nuestros primos, los primates, nosotros tenemos un cuerpo desprovisto de pelo, de forma que la piel es nuestra principal barrera respecto al medioambiente.
Muchos científicos reclaman profundizar y ampliar las investigaciones genéticas sobre la pigmentación de la piel (Foto: Shutterstock).
Su tono es uno de los ejemplos más llamativos de diversidad fenotípica en nuestra especie. De acuerdo con una investigación, los distintos tonos de piel se relacionan con la exposición a los rayos ultravioleta, con una presión selectiva hacia los tonos más oscuros a bajas latitudes -como protección frente a dichos rayos UV- y hacia los tonos claros a latitudes más elevadas, una selección probablemente relacionada con la síntesis de la vitamina D.
Análisis de la variación genética relacionada con el tono de piel a lo largo de todo el genoma humano pusieron de manifiesto una gran cantidad de genes relacionados con esta característica. Un estudio de 230 genomas euroasiáticos llegó a la conclusión de que, hasta el Neolítico, la pigmentación de la piel en Europa era mucho más variada, periodo a partir del cual se fijó el fenotipo claro, que durante los últimos 4.000 años ha estado bajo una fuerte presión selectiva.
Aunque contamos con mucha información sobre la variabilidad en el tono de piel de los caucásicos, a día de hoy poco o nada se sabe sobre la evolución de los tonos de piel en África -donde la variabilidad es inmensa- o Asia.