ADN, genética, evolución humana, bipedalismo humano
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| Los cambios en regiones genéticas clave que permiten a los humanos caminar erguidos se han reducido a través de un gran estudio que involucra inteligencia artificial. Fuente: Soltan Frederic/Getty |
23 julio 2023.- Los humanos son los únicos grandes simios que caminan habitualmente sobre dos piernas, una postura que depende de que tengamos piernas largas, brazos cortos y caderas estrechas. Un estudio 1 , publicado esta semana en Science , ha generado un mapa de regiones genómicas que podría explicar cómo evolucionó nuestra arquitectura esquelética única. El trabajo también apunta a regiones de nuestro ADN que nos ponen en riesgo de padecer osteoartritis, una enfermedad esquelética común.
"Leonardo da Vinci pensó en esto hace 500 años: cuáles son las proporciones de un ser humano", dice el coautor y genetista computacional Vagheesh Narasimhan de la Universidad de Texas en Austin.
Los paleoantropólogos han utilizado el registro fósil para documentar ampliamente cómo la forma del esqueleto de los homínidos (los humanos y sus parientes extintos) cambió gradualmente en los últimos millones de años. Pero la base genética de esos cambios esqueléticos ha eludido a los investigadores. “Ha sido difícil obtener mediciones esqueléticas y ADN en las mismas muestras para un tamaño de muestra lo suficientemente grande como para realizar un estudio genético”, explica Peter Visscher, genetista cuantitativo de la Universidad de Queensland en Santa Lucía, Australia.
Narasimhan y sus colegas recurrieron al Biobanco del Reino Unido, un depósito de datos genéticos y de salud de medio millón de personas, para obtener registros que incluían imágenes de rayos X de todo el cuerpo. Usaron inteligencia artificial (IA) para descartar imágenes que no se podían usar en el análisis, como imágenes borrosas y de personas con implantes o amputaciones. Luego aplicaron más rondas de análisis de IA para extraer medidas precisas de la longitud de los huesos de más de 31000 registros.
Características de caminar erguido
El mapa de todo el genoma que generaron Narasimhan y sus colegas identificó 145 ubicaciones genéticas asociadas con cambios en las proporciones esqueléticas. Se sabe que muchas de las regiones identificadas tienen funciones en el desarrollo del esqueleto y 45 de las ubicaciones se superponen a un solo gen codificador de proteínas. De esos, 32 han sido previamente identificados como causantes de esqueletos anormales cuando se rompen en ratones, y 4 como causantes de enfermedades esqueléticas raras en humanos.
El equipo investigó una variedad de proporciones esqueléticas, como el ancho de la cadera al ancho del hombro, la longitud del antebrazo a la altura y la longitud del torso a la longitud de la pierna. Las proporciones de las extremidades y el torso se vincularon a distintas regiones del genoma, lo que sugiere que su desarrollo está controlado por programas genéticos separados.
Tener piernas más largas que brazos es un sello distintivo de caminar erguido, y las regiones genómicas vinculadas a cambios en esta proporción eran diferentes a regiones similares en otros grandes simios, una señal de que estas regiones estaban bajo selección evolutiva en humanos. Lo mismo ocurrió con las regiones vinculadas a caderas estrechas en relación con la altura total.
Una teoría de por qué los primeros homínidos evolucionaron para caminar erguidos es que sus cuerpos podían mantenerse frescos en ambientes cálidos. Usando datos del biobanco sobre la tasa metabólica y la masa corporal, los investigadores encontraron apoyo para esta hipótesis: a medida que aumenta la longitud de las piernas, mejora la disipación de calor para mantenerse fresco. “Existe esta correlación entre las proporciones esqueléticas y la tasa metabólica y la masa corporal libre de grasa, que está en línea con lo que predice la teoría”, dice Narasimhan.
“Este es realmente un gran trabajo”, dice el genetista evolutivo Yukinori Okada de la Universidad de Osaka en Japón, quien ha realizado estudios de asociación genómica en busca de la base genética de la altura humana. Le gustaría ver el trabajo replicado en otras poblaciones.
Genes asociados con la osteoartritis
Además de brindar información sobre los orígenes evolutivos de la forma del cuerpo humano, el estudio identificó regiones genéticas asociadas con la osteoartritis de caderas y rodillas, un trastorno que, según Narasinham, es una de las principales causas de discapacidad en los Estados Unidos. Este enfoque de emparejamiento de imágenes y datos genéticos podría usarse para buscar la causa genética de otras afecciones, como que una pierna sea más larga que la otra o cómo cambiaron las proporciones pélvicas a lo largo de la evolución, dice.
Bo Xia, investigador de genómica en la Universidad de Harvard en Cambridge, Massachusetts, dice que se necesita más trabajo para identificar los elementos genéticos responsables, pero será un desafío. Los estudios de asociación de todo el genoma son herramientas poderosas para identificar candidatos para futuras investigaciones, dice, pero señalar qué genes afectan directamente los procesos de desarrollo no es sencillo si la variación genética ocurre fuera de las secuencias de codificación de genes. “Una mutación de la región no codificante cerca de un gen específico no indica necesariamente que la variante esté afectando al gen cercano”, dice.
El equipo de Narasimhan está tomando los próximos pasos necesarios, utilizando el pez cebra editado genéticamente ( Danio rerio ) para investigar si los genes identificados alteran la formación del esqueleto en un organismo modelo.
- Eucharist Kun
- et al.
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