El investigador Fernando García-Moreno y el embrión de pollo creado en su laboratorio.
Un estudio español reescribe la evolución del cerebro: las aves y los mamíferos usan neuronas distintas para la misma función
La evolución de la corteza cerebral no habría sido lineal de las aves a los mamíferos sino convergente e independiente, llegando a un mismo fin.
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La región del cerebro que separa con mayor nitidez al ser humano del resto de los animales se denomina palio, el lugar en el que se forma la corteza cerebral y donde tienen lugar las funciones cognitivas complejas. Tradicionalmente se había creído que esta estructura había seguido una evolución lineal, del más simple en el cerebro de los reptiles al más complejo de los mamíferos, con el de las aves como paso intermedio. Un nuevo estudio liderado por investigadores españoles y publicado en la revista Science reescribe la historia de esta evolución.
Se asumía hasta ahora que el palio albergaba neuronas similares en todas las especies animales, con circuitos equivalentes para las funciones sensoriales y de procesamiento cognitivo. El nuevo estudio confirma que, efectivamente, la corteza cumple funciones comparables en los diversos grupos, compartiendo patrones generales de conectividad así como la presencia de neurotransmisores para la excitación y la inhibición. Sin embargo, tanto sus mecanismos de desarrollo como la identidad molecular de sus neuronas divergieron evolutivamente.
El estudio ha sido llevado a cabo por los investigadores Eneritz Rueda-Alaña y Fernando García-Moreno del Centro Vasco de Neurociencias Achucarro, con el apoyo de los centros CICbioGUNE y BCAM, el CNIC y la Universidad de Murcia. También ha colaborado el Instituto del Cerebro Krembil de Canadá y la Universidad de Estocolomo. Sus hallazgos revelan que aves y mamíferos poseen conexiones cerebrales con funciones equivalentes, pero la manera en la que se desarrollan en el embrión es radicalmente distinta.
"Las neuronas nacen en lugares diferentes, y los tiempos de desarrollo son diferentes según la especie", explica García-Moreno, que lidera el Laboratorio de Desarrollo Cerebral y Evolución. "Esto nos indica que no se trata de neuronas emparentadas, derivadas de un ancestro común". Usando técnicas de transcriptómica espacial y modelos matemáticos, los investigadores han confirmado que en las aves los receptores neuronales que permiten procesar la información sensorial se forman a partir de una combinación de genes diferente que en los mamíferos.
"Las herramientas genéticas que se emplean para establecer la identidad celular de las neuronas varía de especie a especie. Cada una de ellas muestra tipos de células nuevas e únicas", describe el investigador. "Esto nos indica que todas las conexiones y estructuras cerebrales no son homólogas, sino el resultado de una evolución convergente según la cual los circuitos neuronales esenciales se han desarrollado de foma independiente".
NEW AVIAN BRAIN ALERT!
— Fernando García-Moreno (@PhyloBrain) May 6, 2024
Check our research on the development of the pallium in birds🐣 and reptiles🦎. Comparative neurogenesis, scRNAseq and spatial-omics showing that the pallium of amniotes develops in different ways, but converge into similar circuits! https://t.co/QxDZ2s4bjD pic.twitter.com/3A7U5PVt3c
García-Moreno ha colaborado con Bastienne Zaremba y Henrik Kaessmann en la Universidad de Heidelberg para recopilar el atlas cerebral de las aves, que compararon a continuación con el de los reptiles y los mamíferos. Los resultados muestran que los pájaros han conservado a lo largo de millones de años de evolución más neuronas inhibitorias que el resto de los vertebrados. Las neuronas excitatorias, por el contrario, han evolucionado de manera completamente única.
"La evolución ha encontrado múltiples soluciones para construir cerebros complejos", expone el neurobiólogo. "Los pájaros han desarrollado circuitos neurológicos sofisticados mediante sus propios mecanismos y siguiendo una vía diferente a la de los mamíferos. Esto cambia el modo en el que entendemos la evolución cerebral, porque hay que entender que nuestro cerebro nos hace humanos, pero también nos vincula a otras especies animales mediante una historia evolutiva común".
Este descubrimiento tiene implicaciones mayúsculas para la neurociencia comparativa, subrayan los autores del estudio. Entender las diferentes programaciones genéticas que dan lugar a los tipos neuronales específicos puede abrir nuevos campos de investigación neurocognitiva. García-Moreno insiste así en la importancia de la ciencia básica. "Sólo si entendemos cómo se forma el cerebro, desde su desarrollo embrionario a su historia evolutiva, sabremos realmente cómo funciona".
