¿Qué nos dice la genómica sobre la aparición del Homo sapiens?

La vida tuvo su origen en la Tierra hace al menos 3.500 Ma (millones de años) y ha evolucionado desde entonces. Sin embargo, acá pondremos la lupa en un pequeño sector del árbol de la vida, aquél en el que nos encontramos con algunos parientes cercanos. Así, nuestra escala de tiempo se limitará a 15 Ma, un instante en relación con la historia de la vida y, dentro de ese lapso, solamente a lo ocurrido en nuestro entorno evolutivo más inmediato. En otras palabras: si equiparamos la aparición de la vida a distancia, y asumimos que ésta equivale a 1.000 metros, nos centraremos en algo así como 4,3 centímetros. Discutiremos aspectos de la evolución humana en base a estudios genómicos. El genoma es el conjunto del material genético (ADN), que se transmite de padres a hijos y contiene la información para formar ARN y proteínas. Estas moléculas cumplen las principales funciones en el organismo, y sus propiedades están codificadas en el genoma, pero las características del organismo dependen también de factores ambientales (alimentación, sanidad, entre otros).

Cuando observamos características idénticas entre dos especies evolutivamente próximas, como humano y chimpancé, pensamos que se heredaron sin cambios desde su último ancestro común y, cuando vemos diferencias, quisiéramos saber cuáles ocurrieron en la línea que llevó del ancestro hacia nosotros y cuáles en la otra dirección.

El proyecto destinado a obtener la secuencia completa de nuestro genoma comenzó en los años 90 e insumió una década. Pero ya desde los 60, los estudios comparados de ADN y proteínas habían establecido varios hechos importantes sobre nuestro parentesco con los monos superiores (dos especies de chimpancés, gorila y orangután). De estas especies, la más divergente es el orangután, cuyo linaje se separó hace unos 15 Ma del que llevó a las restantes. Las ramas que llevaron a chimpancés, gorilas y humanos se separaron hace apenas unos 5 Ma. La implicancia de estos resultados, controvertidos en su momento, es que estamos mucho más cercanamente emparentados con chimpancés y gorilas de lo que quisiéramos reconocer.

El registro fósil de homínidos, principalmente en África, está en línea con esa nueva visión. Y a fines de la década del 80, estudios del ADN de las mitocondrias (pequeñas estructuras dentro de las células) apoyaron el origen africano de nuestra especie, y una expansión desde ese continente al resto del mundo.

¿Cómo se ha enriquecido esta visión una vez secuenciados los genomas de nuestra especie y de los primates más cercanos? En primer lugar, se pudo refinar la trama de parentescos, y hoy sabemos que nuestros parientes vivientes más cercanos son los chimpancés, mientras que el gorila es algo más divergente de nosotros (y de los chimpancés). El genoma humano es 99% idéntico al de los chimpancés y más de 98% idéntico al del gorila. La mayor separación del orangután no se discute; aun así, comparte con nosotros casi 97% de su genoma. Estos valores se basan en comparaciones gen a gen, y dan una idea de cuán similares son todos estos genomas. El cotejo más detallado muestra un mosaico: se alternan en nuestro genoma regiones más cercanas a las equivalentes de chimpancés (la mayoría) con otras más cercanas al gorila. Esto sugiere fuertemente que cuando se separaron las líneas que darían lugar al gorila y al linaje humano/chimpancé, y nuevamente, cuando se produce la separación que daría lugar al chimpancé y nosotros, persistieron genes ancestrales que terminaron repartiéndose de distinto modo entre las especies vivientes. La genómica ha confirmado la expansión de nuestra especie desde África, pero ha revisado a la baja la antigüedad de dicho acontecimiento. También hay evidencia de que, aun luego de la formación de especies distintas, éstas mantenían la capacidad de entrecruzarse, un fenómeno inesperado. La secuenciación de genomas del “hombre de Neandertal” y de los fósiles llamados “denisovanos” indicó que representan dos especies diferentes a la nuestra. Sin embargo, se ha advertido que alrededor de 3% de nuestro genoma proviene de la hibridación con los neandertales. En menor medida, hay también trazas en nosotros de fragmentos del genoma denisovano. Esto indica que nuestra especie, al expandirse desde África, se cruzó ocasionalmente con miembros de estas especies cercanas.

Ahora bien, si somos tan similares a los chimpancés y al gorila (y, ni que hablar, a especies fósiles de nuestro género), ¿qué hay en el genoma que nos distinga de estas especies? Una primera clase de diferencias se encuentra en genes del sistema inmunológico. No hay sorpresa en ello, porque la diversidad y velocidad de cambio evolutivo en los patógenos exige que las especies deban evolucionar su sistema defensivo. Una segunda clase de cambios más interesante surge al comparar, ya no las secuencias de los genes que codifican para proteínas, sino sus niveles de expresión. Así, se han encontrado muchos genes involucrados en el crecimiento del cerebro y el desarrollo de sus funciones, que se expresan más en humanos que en chimpancés. Esto implica básicamente que compartimos la misma batería de genes pero que se regulan de manera distinta. Asimismo, sabemos que hay genes que, aunque son a nivel genómico esencialmente idénticos, producen proteínas diferentes en estas especies (por corte y empalme alternativo de segmentos génicos). Se han encontrado también cambios en genes que parecen estar implicados en innovaciones importantes para nuestra evolución. Entre ellos se cuentan cambios vinculados con la pérdida de pelo y pigmentación de la piel, el consumo de carne y el metabolismo energético, así como otros en genes involucrados en el desarrollo del cerebro. Un gen intensamente estudiado, llamado FoxP2, tiene que ver con el lenguaje y la comunicación, y difiere en humanos y chimpancés.

En suma, la genómica comparada nos dice ante todo que somos extremadamente similares a nuestros parientes cercanos y también nos ha permitido comenzar a identificar algunas diferencias genéticas. La secuenciación de genomas completos es un mojón importante en la comprensión de nuestro lugar en el mundo. Pero en verdad apenas estamos empezando a conocer y entender la distancia que nos separa de nuestros ancestros y especies cercanamente emparentadas, en parte porque sabemos poco del trayecto que va desde el genoma hasta la estructura y funciones de nuestro cuerpo. Éste es uno de los retos más importantes para la biología de los próximos años.

En la Facultad de Ciencias, la genómica se está incorporando activamente a diversos campos de la biología. En el Laboratorio de Organización y Evolución del Genoma se estudia la composición de los genomas de diversos organismos para entender su ajuste adaptativo a distintos ambientes y modos de vida, mientras que en el Laboratorio de Evolución se investiga acerca de la diversificación de las especies en respuesta a los ciclos climáticos y la variación geográfica.