¿Qué nos hace "humanos"? ¿Por qué sólo los humanos han desarrollado el lenguaje, el arte y la tecnología, mientras que los chimpancés, que son genéticamente más cercanos a nosotros, todavía mantienen estilos de vida primitivos? Hace seis millones de años, los humanos y los chimpancés divergieron en el árbol evolutivo. Desde entonces, el genoma humano ha acumulado más de 35 millones de variantes. Pero entre estas variaciones, ¿dónde se esconde la clave que realmente da forma a nuestra cognición única?
Zonas del acelerador humano: “carriles rápidos” evolutivos en el genoma
Para descifrar el misterio de la inteligencia humana, los científicos han propuesto diversas hipótesis:
Algunas personas creen que los humanos somos especiales porque hemos desarrollado algunos genes únicos; otros señalan que las sustituciones de aminoácidos específicas de humanos en ciertas proteínas clave pueden desempeñar un papel importante; y un tipo de segmento del genoma llamado "regiones aceleradas humanas" (HAR) ha atraído particularmente una amplia atención.
Estos HAR suelen estar muy conservados en los genomas de otros mamíferos, lo que significa que sus funciones son muy importantes y no se pueden cambiar fácilmente;Sin embargo, en la rama evolutiva de los humanos, rápidamente acumularon una gran cantidad de mutaciones como si de repente "pisaran el acelerador"..
Esto sugiere firmemente que los HAR pueden desempeñar un papel clave en la evolución del cerebro y la formación de capacidades cognitivas humanas únicas.
Desde que se propusieron por primera vez en 2006, los científicos han descubierto más de 3.000 HAR, con una longitud media de unas 260 bases.
La mayoría de estos fragmentos no codifican proteínas, sino que actúan como potenciadores, como "directores", dirigiendo la intensidad de la expresión de otros genes. La evidencia ha demostrado que muchos HAR están estrechamente relacionados con el desarrollo del cerebro. Pero qué HAR son los "motores centrales" que realmente impulsan la evolución de la cognición humana sigue siendo un misterio sin resolver.
Inspectores de calidad del genoma: ¿Cómo influyen las vías NMD en la evolución del cerebro?
Recientemente, un estudio convincente se centró en una vía llamada NMD (degradación de ARN mediada sin sentido). Se puede pensar en la vía NMD como un "inspector de calidad molecular" dentro de la célula. Su principal responsabilidad es identificar y eliminar moléculas de ARN anormales con codones de parada prematuros, evitando así la producción de proteínas incorrectas.
La importancia de esta vía es evidente: no sólo garantiza la precisión de la expresión genética, sino que también desempeña un papel clave en el desarrollo y la función neuronal. En vista de esto, los científicos especulan que puede haber algunos HAR ocultos en la vía NMD y que pueden estar involucrados en la evolución de características cognitivas únicas de los humanos.
El equipo de investigación realizó un análisis en profundidad de las posibles asociaciones entre 24 genes clave en la vía NMD y 3171 HAR conocidos. Los resultados fueron emocionantes: descubrieron que el gen clave NMD SMG6 contiene dos HAR importantes: HAR53 y HAR123.
El gen SMG6 codifica una endonucleasa que desempeña un papel en la diferenciación de las células progenitoras neurales (un tipo de células multipotentes o multipotentes indiferenciadas) en diferentes tipos de células nerviosas.
A través de experimentos funcionales, HAR123 promovió significativamente la generación de células progenitoras neurales, mientras que el otro HAR53 tuvo poco efecto.
Como resultado, HAR123 se destacó con éxito y se consideró un fragmento clave que puede impulsar la evolución del cerebro humano.
HAR123: El "fragmento clave" que impulsa el salto en la cognición humana
Aunque HAR123 está altamente conservado entre los mamíferos, este segmento ha experimentado una evolución rápida y significativa desde la divergencia de los humanos con los chimpancés, acumulando diferencias de 9 nucleótidos. Aunque estos cambios puedan parecer pequeños, tienen impactos de gran alcance.
En primer lugar, como potenciador, HAR123 no sólo puede promover la generación de células progenitoras neurales, sino que, lo que es más importante, puede regular con precisión el equilibrio de proporción entre las neuronas y las células gliales.
Esto es crucial porque el equilibrio adecuado entre las neuronas, que son las principales responsables de la transmisión de información, y las células gliales, que brindan apoyo y protección, es fundamental para mantener las funciones cerebrales de nivel superior.
En particular, los científicos descubrieron que los ratones con deficiencia de HAR123 mostraban importantes déficits de flexibilidad cognitiva: podían aprender con éxito las reglas iniciales, pero tenían dificultades para adaptarse a los cambios en las reglas.
Esta adaptabilidad flexible es una parte importante de la cognición avanzada humana. Otros estudios mecanicistas revelaron que la pérdida de HAR123 altera la proporción normal de neuronas y células gliales en el hipocampo, una región clave del cerebro responsable de la regulación del aprendizaje, la memoria y la flexibilidad cognitiva.
En segundo lugar, HAR123 exhibe una especificidad de especie significativa.
La versión humana de HAR123 fue significativamente mejor que su homólogo de chimpancé en la promoción de la generación de células progenitoras neurales, y su actividad potenciadora fue más prominente en las regiones del prosencéfalo.
Por el contrario, la versión chimpancé de HAR123 afecta principalmente al desarrollo del rombencéfalo. Es probable que esta diferencia espacial en los patrones de expresión sea una base importante para la formación del patrón funcional único del cerebro humano.
Además, HAR123 también está estrechamente relacionado con diversas enfermedades neurológicas.
La eliminación de la región genómica 17p13.3, donde se encuentra esta secuencia, puede provocar trastornos raros del desarrollo neurológico, como el síndrome de Miller-Dieker.
Al mismo tiempo, se ha demostrado que un desequilibrio en la proporción entre neuronas y células gliales está estrechamente relacionado con enfermedades del neurodesarrollo como el autismo y la esquizofrenia, así como con enfermedades neurodegenerativas como la enfermedad de Alzheimer.
En conjunto, estos hallazgos sugieren que HAR123 no sólo es fundamental para el desarrollo neurológico normal, sino que también puede estar involucrado en la aparición y desarrollo de enfermedades neurológicas.
El estudio de HAR123 proporciona evidencia clara y poderosa para comprender la evolución de la cognición humana y, por primera vez, construyó una cadena completa desde la secuencia genética hasta el comportamiento cognitivo avanzado.
Quizás sean estos cambios sutiles ocultos en la "materia oscura" del genoma los que silenciosamente dan forma a la forma única de pensar de los seres humanos y al proceso de civilización.
El descubrimiento de HAR123 es sólo un pequeño paso en el camino de la humanidad para explorar sus propios misterios. En el futuro, se revelarán uno por uno más "códigos" genómicos ocultos, lo que nos ayudará a acercarnos al misterio de la evolución del cerebro.
Referencias
[1] Tan K, Higgins K, Liu Q, et al. Un antiguo potenciador que evoluciona rápidamente en el linaje humano promueve el desarrollo neuronal y la flexibilidad cognitiva[J]. Avances científicos, 2025, 11(33): eadt0534.
[2] Pollard KS, Salama SR, Lambert N, et al. Un gen de ARN expresado durante el desarrollo cortical evolucionó rápidamente en humanos [J]. Naturaleza, 2006, 443(7108): 167-172.
Planificación y producción
Producido por Popular Science China
Autor 丨 Jiang Xuan Doctor en Biología
Productor | Exposición de ciencia popular de China
Editor: Zhang Yinuo
Revisor 丨 Xu Lai, Zhang Linlin