¿Por qué los tibetanos soportan las alturas?

Esta noticia es de julio, pero viene relacionada con la que posteriormente publicaré.

El País, 2 de julio de 2014: ¿Por qué los tibetanos soportan las alturas?

Fuente: El País (Monjes tibetanos observan una carrera de deportes de aventura. / PACO NADAL)

De los enigmas esenciales que plantea la evolución biológica, ninguno toca más de cerca la historia y la cultura que el origen de las adaptaciones que distinguen a unos seres humanos de otros: la piel clara en las latitudes nórdicas o la resistencia a la malaria en los trópicos, donde es endémica. Una de las más llamativas es la adaptación a las alturas de los pobladores del Tíbet, que les permite vivir a más 4.000 metros de altitud con una salud, una energía y una fertilidad que ningún otro humano puede alcanzar en semejante escasez de oxígeno. ¿Cómo lograron los tibetanos ese atributo? Hoy tenemos la respuesta: robándole un gen a los denisovanos, la especie arcaica que campaba por esas alturas asiáticas antes de que los humanos modernos saliéramos de África.

Así como la población europea heredó de los neandertales los genes esenciales para soportar el frío de las estepas del continente, los tibetanos tomaron de los denisovanos –los antiguos humanos que poblaron Asia— un gen clave para adaptarse a las altitudes extremas, una cualidad, por cierto, muy envidiada por los escaladores occidentales. El gen se llama EPAS1, y permite a sus portadores vivir a las bajas concentraciones de oxígeno imperantes en las alturas del Tíbet. Los investigadores dirigidos por Rasmus Nielsen, de la Universidad de California en Berkeley lo han descubierto secuenciando (leyendo) el ADN de 40 tibetanos y 40 chinos de la etnia Han, la mayoritaria en el gigante asiático.

Hace solo ocho años, la mera hipótesis de que los humanos modernos pudieran haberse cruzado con otras especies arcaicas tras su salida de África se consideraba una herejía científica, o al menos una teoría marginal (y marginada). La primera demostración de esa actividad sexual irregular fue obtenida en 2006 por el genetista de la Universidad de Chicago Bruce Lahn, que observó con técnicas genómicas que un gen llamado microcephalin, importante para el desarrollo del cerebro, había llegado a los eurasiáticos actuales procedente de los neandertales: es decir, que había habido sexo entre ambas especies.

El hallazgo fue recibido con general escepticismo por la comunidad paleontológica, y en consecuencia rechazado por las principales revistas científicas, como Nature y Science. Pero el líder del campo del ADN antiguo, Svante Pääbo, del Instituto Max Planck de Antropología Evolutiva en Leipzig, consideró que las evidencias de Lahn eran muy sólidas. Y poco después, cuando presentó el primer genoma de un neandertal, obtenido a partir de un hueso fosilizado, él mismo se convirtió en un defensor de la teoría de los cruzamientos: había poca duda de que los neandertales nos habían pasado algunos genes, aunque no muchos. Hubo sexo, pero poco. Nada extraordinario.

“En mi opinión está claro que la introgresión adaptativa, o importación de genes útiles de especies arcaicas, ha sido mucho más importante para la evolución humana de lo que se pensaba previamente”, dice a EL PAÍS el jefe de la investigación publicada en Nature, Rasmus Nielsen. “A medida que los humanos migraban fuera de África hace unos 50.000 años y encontraban nuevos entornos, el intercambio de genes con especies que ya estaban adaptadas a esas condiciones les ayudó a adaptarse mucho más rápido a los nuevos entornos que encontraban”.

‘EPAS1’ ya había sido identificado previamente como el gen con mayores signos de “selección positiva” en la población tibetana. Ese concepto es central en la teoría evolutiva: cuando un gen es importante en cierto entorno, se propaga con mucha rapidez –es decir, en pocas generaciones— entre la gente que vive allí, y eso deja signos evidentes en el genoma de las poblaciones actuales. En particular, no solo el gen ventajoso, sino también amplias zonas a su alrededor (haplotipos, en la jerga), llevan los marcadores de ADN de los denisovanos, en lugar de los marcadores modernos que aparecen en el resto de los humanos actuales.

El altiplano tibetano, situado a altitudes superiores a los 4.000 metros, es un entorno inhóspito para la inmensa mayoría de los humanos, debido a su bajo nivel de oxígeno atmosférico, un 40% inferior al característico del nivel del mar. Los tibetanos son conocidos entre los fisiólogos por haberse adaptado con espectacular eficacia a esas condiciones, con una fertilidad más alta de la que muestran allí otras personas, y una mortalidad infantil mucho más baja. Todo ello es debido a su peculiar respuesta fisiológica a los bajos niveles de oxígeno, de la que el mayor responsable es el gen ‘EPAS1’ que han heredado de los denisovanos.

La misteriosa prima del neandertal

El País, 30 de agosto de 2012

Excavaciones del yacimiento de Denisova en el sur de Siberia. / MAX PLANCK INSTITUTE FOR EVOLUTIONARY ANTHROPOLOGY. El País.

El caso de la chica de Denisova es una rareza científica de primer orden: era de una especie pariente cercana de los neandertales, vivió hace unos 80.000 años en el sur de Siberia, era hembra y tenía los ojos y el pelo marrón y la piel oscura. Y esto se sabe no porque hablen sus huesos fosilizados, como en las demás especies de homínidos del pasado, sino directamente por sus genes. De los denisovanos se han encontrado sólo un pequeño fragmentos de hueso de un dedo meñique, del tamaño de un botón de camisa, y dos dientes. Estaban en la cueva de Denisova, en los montes Altai, al sur de Siberia. No hay más rastros esqueléticos. Sin embargo, para las poderosas tecnologías genéticas avanzadas del equipo que dirige el prestigioso científico Svante Pääbo ha sido suficiente el poco material genético recuperado de esa falange para sacar el genoma completo, de manera que ahora tiene un retrato —genético— de esa chica del pasado tan preciso como si fuera de un ser viviente actual.

Los denisovanos serían como los primos, viviendo en Europa Oriental y Asia, de los neandertales típicos de Europa, de los que se han descubierto miles de huesos fosilizados.

El genoma detallado de la chica de Denisova, además, ha permitido a estos investigadores hacer comparaciones con genomas de otras especies, incluidas once personas actuales de diversas regiones del mundo, y de chimpancés. Así, han elaborado una lista de mutaciones genéticas específicas de nuestra especie que nos diferencian de los denisovanos. Son genes asociados, por ejemplo, al funcionamiento cerebral y al desarrollo del sistema nervioso, otros que contienen información sobre la piel, los ojos y la morfología de los dientes, y 34 relacionados con enfermedades humanas, y una mutación de gen asociado a problemas del habla. “Es como una receta genética del ser humano moderno”, resume Pääbo, al frente de los investigadores del Instituto Max Planck de Biología Evolutiva (en Leipzig, Alemania) que presentan hoy las conclusiones de sus análisis en la revista Science. Para hacer este trabajo, además, han desarrollado una nueva técnica de secuenciación del ADN que muchos consideran que va a revolucionar la investigación de ADN antiguo. La nueva tecnología para trabajar con material genético de fósiles es un desarrollo de Mattias Meyer, miembro del equipo.

El material genético procede de un trocito de hueso de un dedo meñique

El equipo presentó hace un par de años los genomas completos del ADN nuclear de tres neandertales y, al compararlos con los de humanos actuales de diferentes partes del mundo, concluyeron que aquella especie humana europea extinta, en contra de los que sostenían muchos especialistas, sí que se cruzó con nuestros remotos tatarabuelos, aunque a muy bajo nivel. Además, precisaron que hay entre un 1% y un 4% de ADN neandertal en los actuales europeos y asiáticos, pero no en los africanos, escribe Ann Gibbons en Science.

Poco después estos científicos hicieron el primer trabajo genético con el huesecillo de la chica denisovana, y llegaron a la conclusión de que no era ni neandertal ni de nuestra especie (aunque se han encontrado huesos de ambas en el mismo nivel de sedimentos de la cueva siberiana), sino que se trataba de una nueva especie emparentada de cerca con los neandertales. Sin embargo, para muchos paleontólogos, dada la escasez de restos fósiles y las características del yacimiento de Denisova, esa afirmación del equipo de Pääbo es muy controvertida.

La nueva técnica de ADN revoluciona el estudio de fósiles antiguos

Además, aquel primer trabajo se basaba en ADN muy fragmentado. Ahora Meyer y sus colegas de Leipzig dan un gran salto adelante con el nuevo método, que permite partir de hebras simples de la doble hélice, en lugar de las dos hebras, como se hace normalmente. Así, han logrado multiplicar la cantidad de ADN de la chica de Denisova partiendo de una muestra de material genético de solo 10 miligramos, continúa Gibbons. Los resultados son tan precisos que Meyer y sus colegas han podido determinar que la chica tenía 23 pares de cromosomas, como nosotros.

También encuentran estos investigadores indicios genéticos de cruce de nuestra especie humana con los denisovanos. Pero la impronta genética de aquellos primos de los neandertales varía en las diferentes poblaciones humanas actuales: un 3% del genoma de la gente de las islas del sureste asiático y de los aborígenes australianos esta en los denisovanos, mientras que en los chinos apenas hay trazas de ellos.

La variabilidad era escasa en la fantasmagórica especie siberiana

La genética también da pistas sobre la variabilidad genética de los fantasmagóricos seres de Denisova, que sería más baja que entre los humanos actuales. “Esto se debe, probablemente, a que una población inicial denisovana pequeña creció rápidamente a la vez que se extendía por un amplio rango geográfico”, comenta Pääbo.

Hay datos del nuevo genoma que sin duda van a alimentar la polémica y las dudas sobre esos primos de los neandertales. A partir de las tasas de mutación de genes, Meyer y sus colegas estiman la antigüedad de la muchacha en unos 80.000 años. Pero los fósiles fueron encontrados en un nivel del yacimiento datado entre 30.000 y 50.000 años.

La controvertida edad de los fósiles está entre 30.000 y 80.000 años

En paleontología, tradicionalmente, se buscan cuantos más restos fósiles mejor para poder definir y conocer una especie. En este caso parece como si los expertos de Leipzig dijeran: “Aquí está el genoma, ahora buscad el esqueleto”. En eso están los paleontólogos.

El ADN más antiguo está en Atapuerca

El País, 4 de diciembre de 2013

Los fósiles de Atapuerca vuelven a pulverizar las fronteras de la ciencia. Y esta vez de la mano de las más avanzadas técnicas genéticas. Un equipo internacional formado por los paleontólogos de Atapuerca y los máximos expertos mundiales en ADN antiguo, en Alemania, han logrado obtener ADN de un fósil humano del yacimiento de la Sima de Los Huesos, de hace 400.000 años (Pleistoceno Medio), y obtener la secuencia casi completa de sus genes.

Se trata del ADN mitocondrial, un orgánulo de la célula que se hereda solo por vía materna con un único cromosoma. Y ha proporcionado una gran sorpresa a los investigadores porque, al compararlo con los genomas de humanos modernos, neandertales, chimpancés y bononos, han descubierto que los individuos de la sima están emparentados, no con los neandertales, como esperaban por los rasgos que comparten, sino con una oscura población de los montes Altai, en Siberia, de hace unos 40.000 años, los denisovanos, de los que se han encontrado muy pocos fósiles. Tan desconcertante es el resultado que los investigadores plantean cuatro hipótesis para explicar esta relación genética entre poblaciones tan distantes, los humanos de la sima y los denisovanos, un linaje hermanado con los neandertales pero del este eurasiático.

Fuente: Nature. / EL PAÍS

Este logro supone retrasar la más antigua secuencia genética humana más de 200.000 años, señala la revista Nature, en la que los científicos dan a conocer esta semana los resultados de su investigación. Hasta ahora solo se había secuenciado ADN tan antiguo en animales, en concreto, de un caballo de hace 700.000 años, conservado en permafrost en Canadá.

Descubrimientos en el yacimiento de Atapuerca. El País.

“Solo hay progreso en el conocimiento cuando se encuentra lo inesperado. Todo apunta a una complejidad mayor de lo que se suponía en el Pleistoceno Medio. Esperemos que futuras investigaciones aclaren las relaciones entre los fósiles de la sima, los neandertales y los denisovanos”, señala Juan Luis Arsuaga, codirector de Atapuerca y responsable de las excavaciones de la Sima de los Huesos. “Este trabajo muestra que ahora podemos estudiar el ADN de fósiles con varios cientos de miles de años de antigüedad, abriéndose la posibilidad de conocer genes de los antepasados de neandertales y denisovanos. Es tremendamente emocionante”, afirma. Svante Päabo, director del Instituto Max Planck de Antropología Evolutiva. Ignacio Martínez, profesor de la Universidad de Alcalá de Henares y uno de los científicos de Atapuerca lo sintetiza: “Con esta investigación unimos la grandiosa colección de fósiles de la sima, la mejor del mundo de la paleontología, con el equipo de Svante Pääbo, el mejor del mundo en ADN antiguo”.

Una investigación de este tipo se va fraguando poco a poco, avanzando con mucha cautela cuando lo que uno tiene entre manos son unos valiosísimos y frágiles fósiles de hace 400.000 años. Los investigadores primero probaron con hueso de oso, cuyos fósiles aparecen mezclados en la Sima de los Huesos con los de los homínidos. Y la clave ha estado en aplicar una nueva técnica de secuenciación del ADN desarrollada por Matthias Meyer en el prestigioso laboratorio de Pääbo, que ha logrado hacer, entre otros, el genoma del neandertal y de los individuos de Denisova. El éxito con el oso, dado a conocer este mismo año en la revista Proceedings de la Academia Nacional de Ciencias estadounidenses, ya apuntaba claramente cuál sería el siguiente paso: los humanos de la sima. Pero es mucho más difícil hacer la secuencia genética de los humanos, recalca Martínez, porque es mayor el riesgo de contaminación con ADN actual. Tomaron varias muestras de un fémur de la sima, en total 1,98 gramos, haciendo unas microscópicas perforaciones en el fósil, explican los investigadores en Nature. Y después, una vez obtenido el ADN mitocondrial, aplicaron la avanzada técnica puesta a punto por Meyer que permite obtener buenos resultados con ADN antiguo deteriorado.

El equipo de Arsuaga ha desenterrado hasta ahora más de 6.500 fósiles en la sima, pertenecientes al menos a 28 individuos, con todas las piezas esqueléticas representadas, de distintas edades y de ambos sexos. Es una colección única, que permite, señala Martínez, aplicar a su estudio las técnicas más refinadas, ahora y en el futuro.

En el desconcierto del triunfo con el ADN, los investigadores de Atapuerca apenas han tenido tiempo de elaborar una explicación científica de los resultados que esbozan con varias hipótesis en su compacto artículo, de tres páginas y media incluidas las referencias. El problema es que los humanos de la Sima de los Huesos, clasificados oficialmente como Homo heidebergensis, una especie tal vez demasiado amplia para ser eficaz, muestran rasgos distintivos de los neandertales, por ejemplo en los dientes, las mandíbulas y la morfología del cráneo, pese a ser muy anteriores a ellos.

Así, se han considerado durante años como antepasados de los neandertales, esa población típica europea que desapareció hace unos 30.000 años, sin que se haya encontrado una explicación definitiva y contundente de ese callejón sin salida evolutivo cuando la especie humana actual dominó el continente.

Sin embargo, la secuencia del ADN mitocondrial indica que el humano de la sima “está muy relacionado con el linaje del genoma de los denisovanos, un grupo hermano de los neandertales en el este Eurasiático”, escriben los investigadores. Y aquí lanzan las cuatro hipótesis para explicar esta extraña relación tan aparentemente lejana en el espacio (de Europa Occidental al sur de Siberia) y en el tiempo (los escasos restos denisovanos recuperados tienen unos 40.000 años, frente a los 400.000 de la sima).

La primera idea es que los ancestros de los humanos de la sima podrían estar relacionados con los de los denisovanos, pero Meyer, Arsuaga, Pääbo, Martínez y sus colegas consideran esta hipótesis poco probable porque implicaría un solapamiento espacial en Europa Occidental de los antepasados de los siberianos con los de los neandertales y, entonces, habría que explicar (difícilmente) la divergencia genética posterior de las dos especies compartiendo territorio. Además, los humanos de la sima seguramente son anteriores a la separación evolutiva entre denisovanos y sus primos los neandertales.

El segundo escenario considera que los de la sima serían un grupo distinto de los otros dos y que posteriormente contribuyó de alguna manera con su ADN mitocondrial a los denisovanos. Pero esto supondría la emergencia de varios grupos independientes cn rasgos neandertales en especies no neandertales. Parece difícil.

La tercera hipótesis “es plausible”, dicen los investigadores: los hombres de la sima pueden estar relacionados con los ancestros comunes de denisovanos y neandertales, pero entonces hay que explicar la semejanza del genoma mitocondrial con los primeros y no con los segundos. La cuarta idea sugiere que el flujo de genes de otra población llevó el ADN mitocondrial a los denisovanos y a la Sima de los Huesos o a sus ancestros… entonces, más de un linaje evolutivo humano andaría por Europa hace en torno a 400.000 años.

Las respuestas deben de llegar de la mano de más investigación. En el frente genético los siguientes pasos a dar están claros: los investigadores quieren analizar más ADN mitocondrial para estudiar su variabilidad en diferentes individuos e intentar dar el salto al ADN del núcleo de la célula, mucho más escaso en los fósiles. Y, por qué no, atreverse con otros fósiles. “Aunque la conservación del ADN de hace tanto tiempo puede estar favorecida por las condiciones de conservación únicas de la Sima de los Huesos, estos resultados muestran que las técnicas de secuenciación de ADN antiguo se han hecho ya suficientemente sensibles como para hacer futuras investigaciones de ADN remanente en yacimientos en los que se encuentran homínidos del pleistoceno medio”, concluyen Meyer y sus colegas.

La noticia en Nature:  Hominin DNA baffles experts

Aparecen los primos asiáticos de los neandertales

El País, 22 de diciembre de 2010

Molar hallado en la cueva de Denisov (sur de Siberia) perteneciente a una población asiática estrechamente relacionada con los neandertales europeos / DAVID REICH Y OTROS | NATURE

¿Qué humanos vivían en Asia hace unos 40.000 años, cuando los neandertales vivían en Europa? Hasta ahora no se sabía, una nube densa de indicios y fósiles dispersos cubrían esa fase clave de la evolución humana, pero un equipo de paleogenetistas, liderados por el máximo experto mundial, Svante Pääbo, ha descubierto a los primos hermanos de los neandertales en un yacimiento del sur de Siberia, en Denisov. El hallazgo es sorprendente, no solo porque llena un vacío en el árbol evolutivo de nuestros ancestros, sino porque se ha logrado de un modo que era imposible hace una década: la secuenciación del ADN de un fósil que ha permitido hacer comparaciones de genes con los neandertales y con la especie humana actual.

En la cueva de Denisov, un yacimiento donde se han encontrado restos de artefactos prehistóricos, se descubrió en 2008 un hueso de la mano, una falange, en un nivel de la excavación datada entre 30.000 y 50.000 años. También se encontró junto a ese fósil un diente, y se atribuyen ambas piezas a una hembra joven. De la falange, Pääbo (del Instituto Max Planck, Alemania) y su equipo obtuvieron suficiente material genético para obtener su secuencia (las letras químicas de los genes), lo que les ha permitido hacer comparaciones con el genoma del neandertal (que el mismo Pääbo lideró) y con la humanidad actual. «Hasta ahora no sabíamos qué humanos había en Asia en aquella época», ha explicado el científico español Tomás Marqués-Bonet, de la Universidad Pompeu Fabra, que participa en la investigación.

Las conclusiones de los análisis genéticos indican que el hueso de Denisov pertenece a una población extinguida que compartía un ancestro común con los neandertales hace unos 500.000 años. Los genes apuntan, por lo tanto, a que los neandertales vivieron en la parte occidental de Eurasia y los de Denisov en la parte oriental. Unos y otros, sin embargo, fueron sustituidos por la gente procedente de África, nuestra especie. Hay pocos genes de neandertal en el genoma de la especie humana actual, y menos aún de los de Denisov, excepto en las poblaciones de Melanesia, a las que aquellos asiáticos remotos aportaron entre un 4% y un 6% del material genético, explican Pääbo y sus colegas en la revista Nature.

De la misma falange de Denisova se había extraído ya ADN pero metocondrial (es decir, que no es del núcleo de la célula sino de un orgánulo separado y cuyo material genético se hereda vía materna). La nueva secuencia genética es nuclear, lo que permite obtener muchísima más información y ha permitido hacer las comparaciones precisas con los otros genomas.

Artículo completo de la revista Nature:

Genetic history of an archaic hominin group from Denisova Cave in Siberia