reloj molecular

Para entender la paleoantropología. 3ª parte: La sistemática

Para entender la paleoantropología. 3ª parte: La sistemática

     Última actualizacón: 25 enero 2018 a las 13:35

Introducción

Creo que estamos atravesando uno de los momentos más interesantes en el ámbito de la paleoantropología, y ello por tres razones fundamentales: en primer lugar, asistimos a un incremento notable de los restos de homininos fósiles que están viendo la luz (buenos ejemplos de ello los tenemos en yacimientos como Atapuerca, Dmanisi, Denisova, la cueva Rising Star en Sudáfrica etc.). En segundo término, se han planteando atrevidas soluciones para los graves problemas detectados en la reconstrucción del árbol evolutivo de los homininos, propuestas que están permitiendo profundos replanteamientos en la disciplina (y no menos debates interesantes). Sólidos análisis cladísticos han puesto de manifiesto, por un lado, la incongruencia entre las filogenias extraídas de los datos moleculares y las construidas con datos morfológicos; y por otro, la enorme presencia de homoplasias 1, lo que dificulta sobremanera la elección de unas filogenias sobre otras. La tercera razón a destacar es la enorme influencia que los avances en la genética del desarrollo están ejerciendo en la biología evolutiva.

Como vimos en la segunda parte de esta serie (dedicada a la evolución), la sistemática es el estudio de la clasificación de las especies con arreglo a su historia evolutiva, lo que llamamos filogenia. Para lograr su objetivo utiliza como método la cladística, una rama de la biología comparada en la que los taxones se definen y reconocen únicamente por compartir caracteres derivados. Lo que hace la cladística es agrupar a las especies en “clados”, que vienen a ser “un grupo, una rama del árbol filogenético” (o árbol evolutivo, los dos términos son prácticamente sinónimos), esto es, el grupo o taxón formado por una sola especie y todos sus descendientes.

Para formar los clados hay que tener en cuenta dos tipos de caracteres: los caracteres primitivos, que son aquellos que se heredan de un antepasado anterior al nacimiento del clado y por eso se encuentran también en otros clados; y los caracteres derivados, que sólo se observan dentro del clado objeto de estudio porque aparecieron con la especie fundadora del mismo, es decir, se trata de un carácter nuevo evolucionado a partir de otro preexistente (éstos son los únicos que cuentan en el análisis filogenético). Los caracteres primitivos se llaman en cladística plesiomorfias, y para los derivados se usa el término apomorfia. Las sinapomorfias en cambio se dan cuando una apomorfia es compartida por dos taxones como, por ejemplo, el caso del pelo en los mamíferos (el estado alternativo, en nuestro caso la ausencia de pelo, sería una plesiomorfia).

Lo importante para la paleoantropología es tratar de identificar al menos un carácter apomorfo compartido por todos los miembros de un grupo que haya sido heredado de su especie ancestral. Por lo tanto, para poder completar el árbol evolutivo de un determinado grupo se exige que haya monofilia estricta, es decir, que todos los organismos incluidos hayan evolucionado a partir de un antepasado común. Este criterio se basa por completo en la idea de Darwin de la descendencia con modificación como resultado fundamental del proceso evolutivo.

En definitiva, la taxonomía es la teoría y práctica de la clasificación de los organismos y consta de dos aspectos diferentes: primero, es el proceso de clasificar organismos, clasificación que puede hacerse sobre la base de distintos criterios (el más importante es la filogenia como ya hemos apuntado); y en segundo lugar, es el proceso de nombrar las unidades reconocidas según las normas establecidas por el Código Internacional de Nomenclatura Zoológica 2. Mientras que nombrar las unidades taxonómicas es un proceso objetivo que debe seguir unas normas claras establecidas en dicho código, el reconocimiento de las unidades y su incorporación en la jerarquía es una cuestión menos rígida ya que las bases de cualquier clasificación depende de las intenciones de la persona que la realiza. El problema de seguir estrictamente el criterio de la filogenia es que las clasificaciones no son estables: habrá cambios cada vez que nuestro conocimiento sobre el registro fósil avance sea más completo, no solo al encontrar nuevos fósiles, sino también gracias a la mejora en las técnicas que se emplean en el estudio de los fósiles ya existentes.

Por todo ello la clasificación de los primates es, y probablemente siempre estará, en estado de cambio constante. Las clasificaciones son producto de la mente humana más que de la propia naturaleza y, por ende, pueden reflejar de forma legítima cualquier conjunto de criterios, siempre que se apliquen de forma consistente. En cualquier caso, y a pesar de estos inconvenientes, es imprescindible contar con una clasificación para facilitar la investigación. No se trata de una clasificación definitiva sino una clasificación de «consenso», lo que implica que habrá ―y los hay― muchos especialistas que no están de acuerdo con determinados taxones.

Aunque más adelante entraremos a fondo en estas cuestiones, no debemos terminar esta introducción sin ver hasta qué punto la cladística se ha convertido en un tema controvertido entre los especialistas. En este ámbito, el eminente paleontólogo y biólogo teórico George Gaylord Simpson ―uno de los padres de la teoría sintética de la evolución― ya constató a mediados del siglo pasado que podemos encontrarnos con dos tipos de taxonomistas: los hay que no dan demasiada importancia a las variaciones menores y agrupan los organismos en taxones ya existentes (esta práctica se conoce como agrupamiento); y están, por otro lado, quienes subdividen los taxones sobre la base de pequeñas diferencias, añadiendo categorías separadas para organismos que no se corresponden de manera natural con alguna de las clasificaciones ya existentes (esta práctica se denomina separación). Cuando lleguemos al final de esta anotación seremos capaces de reconocer a los lumpers, esto es, los agrupadores, y a los splitters, los separadores. Simpson los caracterizó estupendamente con su sutil ironía:

Los separadores hacen unidades muy pequeñas―sus opositores dicen que si pueden diferenciar dos animales, los colocan en diferentes géneros, y si no pueden distinguirlos, los colocan en diferentes especies. Los agrupadores hacen grandes unidades―sus opositores dicen que si un carnívoro no es un perro ni un oso, lo consideran un gato.

Para Jonathan Marks, profesor de antropología en la Universidad de Carolina del Norte en Charlotte, la distinción entre agrupadores y separadores tiene otras connotaciones: para los splitters cada fósil se convierte en el más importante, la clave que soluciona el difícil rompecabezas evolutivo; en cambio, para los lumpers son menos fósiles ―y menos paleoantropólogos― los que mantienen una posición privilegiada. Estas dos posturas suelen reflejar también las diferentes personalidades de los científicos, un tema muy interesante en el que profundizaremos en otro momento.

Esta dicotomía la hemos vivido sobre todo en las pasadas décadas cuando cada nuevo fósil que se recuperaba se convertía rápidamente en el nuevo “eslabón perdido”, la nueva pieza fundamental que venía a desentrañar el misterio de la evolución humana. Los paleoantropólogos que encontraban un fósil con algunas características sobresalientes defendían su pertenencia al clado humano, al tiempo que vertían dudas sobre el estatus de los especímenes descubiertos por otros. Sin embargo asistimos en los últimos años a un relajamiento de esta postura, planteándose los debates en tratar de clasificar correctamente los especímenes que se conocen. Destaca en este sentido la sensatez mostrada por el equipo ―con Svante Pääbo a la cabeza― que publicó los resultados del análisis genético de los fósiles de Denisova: pese a constatarse que se trata de una población desconocida hasta la fecha, han preferido esperar a recuperar más fósiles antes de aventurar su lugar en la filogenia humana.

Metodología

La principal tarea de cualquier análisis cladístico consiste en realizar una valoración correcta de los caracteres que varían entre los organismos o taxones objeto de estudio para establecer su proximidad filogenética. Para ello se emplean dos métodos: el primero consiste en comparar el grupo de especies que se está estudiando (ingroup en inglés) con un exogrupo (outgroup en inglés), es decir, una especie o grupo de especies que están estrechamente relacionadas con las anteriores y que se utilizan para poder distinguir los caracteres derivados y los caracteres primitivos. La mayoría de los estudios cladísticos comienzan con algunas hipótesis previas de afinidad entre los organismos objeto de estudio, incluyendo la hipótesis acerca de cuál es el taxón más estrechamente emparentado fuera de él. Si un carácter que comparten dos o más taxones se observa también en el exogrupo, se concluye que ese carácter es primitivo y por tanto sin interés para el análisis cladístico.

El segundo método consiste en estudiar la ontogenia. El desarrollo de un individuo desde la fertilización del óvulo hasta convertirse en un adulto conlleva un aumento de la complejidad así como una modificación de su estructura. Conocer el orden de aparición de los caracteres en el registro fósil es muy útil para determinar su procedencia evolutiva.

En los orígenes de la cladística los organismos se clasificaban teniendo en cuenta únicamente criterios morfológicos (lejos estaba el tiempo de poder contar con análisis moleculares o genéticos). Sin embargo, los avances en otros campos de la ciencia permitieron afrontar nuevas aproximaciones moleculares, de comportamiento y ecológicas, lo que ha supuesto una ayuda inestimable en un gran número de casos.

Linajes de interés en la evolución humana (y tiempos de divergencia) Goodman y Sterner (2010).

En el caso de los estudios moleculares, la mejora en la secuenciación del ADN y la multiplicación de los análisis de los genomas de los primates vivos proporcionan un contexto interesante para interpretar la evolución humana. Para ello se utiliza el denominado reloj molecular: tomando dos linajes actuales, trata de medir el tiempo transcurrido desde la divergencia de su antepasado común. Para ello se comparan las secuencias de ADN de las dos especies existentes y se cuentan las diferencias en los nucleótidos que se han acumulado entre ambas. Esta técnica parte de la premisa básica de que la tasa de cambios en algunos nucleótidos neutros es directamente proporcional al tiempo transcurrido (siempre que las medidas se limiten a genes adecuados y a linajes muy emparentados), lo que ha sido objeto de críticas por algunos especialistas 3.

Bajo esta perspectiva, en un trabajo reciente del equipo de Polina Perelman, del Instituto de biología molecular y celular de Washington, se han secuenciado 54 regiones genéticas de 186 especies de primates vivos (y cuatro especies en dos exogrupos) lo que les ha permitido realizar un completo análisis filogenético. Su objetivo ha sido ambicioso: determinar el origen, la evolución, los patrones de especiación y las características en la divergencia del genoma entre los linajes de primates.

Tomado de Perelman, et al. (2011).

A pesar de que el proyecto genoma humano supuso una revolución en campos como la genómica, la medicina o la proteómica, en el estudio de la evolución humana se ha echado en falta un contexto evolutivo formal para interpretar estos avances ya que la jerarquía filogenética de las especies de primates tenía una resolución molecular insuficiente (quedaba limitada al nivel de género y familia) lo que ha derivado en una falta de consenso a la hora de establecer la radiación adaptativa de este orden. Las últimas revisiones de la taxonomía concuerdan en que el último antepasado común de los primates vivió en el Cretácico superior hace entre 90 y 80 Ma.

A partir de aquí, los resultados de este estudio han permitido elaborar el árbol filogenético que se muestra más arriba (tamaño completo aquí). Los nodos que nos interesan ahora son los numerados del 71 al 75 que hacen referencia a las subfamilias Homininae y Ponginae que muestran, por ejemplo, que la divergencia entre los chimpancés y los humanos se produjo hace unos 6,6 Ma (fecha que coincide con la inmensa mayoría de estudios previos). La gran cantidad de secuencias disponibles proporciona una estimación de referencia de la divergencia genética media en cada nivel taxonómico. Los autores concluyen que las desviaciones de estos valores observadas en diversos linajes ilustran la extraordinaria biodiversidad y riqueza de especies dentro del orden de los primates.

Detalle imagen anterior.

 

Detalle. Tomado de Perelman, et al. (2011). La primera columna ofrece el tiempo (en Ma.) en que se produjo la divergencia en el nodo dado.

La importancia de estas investigaciones no reside únicamente en que permiten conocer la evolución de las especies y sus relaciones de parentesco, sino también el momento en que se produjo cada diversificación. Con estos datos es más sencillo ubicar los nuevos hallazgos del registro fósil en una línea temporal más o menos definida (por ejemplo, si encontramos restos fósiles datados en 6 Ma de antigüedad, sabremos que están muy cerca del punto de divergencia entre humanos y chimpancés).

De cualquier forma, la morfología sigue jugando un papel muy importante en la sistemática, particularmente en el estudio de los fósiles más antiguos donde el ADN es aún irrecuperable 4. De hecho, muchos investigadores advierten que los datos genéticos no son tan significativos como se pretende en ocasiones. Después de todo, el ADN se invoca de forma contradictoria a nivel de especie, tanto para acoger a nuestros antepasados más cercanos (los chimpancés) dentro del género Homo (con propuestas del tipo Homo pan), como para dejar fuera a otros parientes mucho más cercanos a nosotros como son los neandertales (Homo neanderthalensis).

Una última precisión terminológica antes de continuar. Todas las especies son individuos en el sentido de que poseen una historia: tienen un comienzo (el proceso de especiación), tienen un intermedio, que dura tanto como vive la especie, y tienen un final, que es o bien la extinción o la participación en otro evento de especiación. Debemos tener presente que cuando hablamos de especies no lo hacemos en el sentido habitual de la biología que las define (en organismos con reproducción sexual) como el grupo de individuos que son capaces de reproducirse entre sí, pero que normalmente son incapaces de hacerlo con los miembros de otros grupos. Para la paleoantropología, donde es imposible establecer la capacidad de reproducción, se emplea una definición basada en criterios morfológicos: dos o más poblaciones representan diferentes especies paleontológicas si la variación entre ellas es claramente mayor que la variación dentro de cada una.

Un biólogo estudia las especies vivas, en términos geológicos, en un instante de su historia. Es lo que sucede, por ejemplo, cuando tomamos una fotografía de una carrera: sólo registra un momento puntual de la misma. El registro fósil guarda pruebas del transcurso de millones de años y por eso puede representar la misma especie muchas veces, por lo que, volviendo a nuestra metáfora, puede haber más de una fotografía de la misma carrera. Los paleoantropólogos deben idear estrategias para asegurar que el número de especies que registran no está ni minusvalorado ni sobreestimado.

Clasificación de mayor consenso del orden de los primates (en detalle a partir del grado de familia). El símbolo † significa que el género está extinguido, mientras que el interrogante ? implica dudas en su inclusión.

La filogenia humana

Darwin dedujo que las especies compartían antepasados comunes y, de ahí, que un verdadero sistema natural para su clasificación debía tener en cuenta el tiempo trascurrido desde que las especies habían compartido ese antepasado común (la idea es que menos tiempo de separación supone más proximidad evolutiva). Entre el abundante material de notas, libros y artículos breves que Darwin dejó después de su fallecimiento, encontramos un dibujo fechado el 21 de abril de 1868 donde esboza el árbol genealógico de los primates. A pesar de que nunca fue publicado, se corresponde con la clasificación que siguió en su libro The descent of man que vio la luz en 1871. Como podemos comprobar, el linaje humano no ocupa el eje central de la radiación evolutiva de los primates (una confirmación elocuente de que su visión de la evolución no era teleológica) y a pesar de que relaciona al ser humano estrechamente con los simios, lo hace como un grupo separado. De hecho, según esta visión de la filogenia humana, incluso los gibones están más estrechamente relacionados con los chimpancés y los gorilas que éstos con nosotros.

Dibujo (y trasliteración) del origen de los primates realizado por Charles Darwin en 1868. Sin publicar. The Complete Work of Charles Darwin online.

Hoy en día hay bastante consenso en la clasificación del orden de los primates hasta que llegamos al nivel de familia, que es cuando comienzan las discrepancias. ¿Qué somos todos los homínidos? ¿Una familia ―Hominidae― como propuso Simpson (1931)? ¿Una tribu, Hominini, de acuerdo con Schwartz, et al. (1978)? Esas dos alternativas son las que atraen más votos favorables. La taxonomía tradicional, de base morfológica, clasifica a la especie humana como el único representante vivo de la familia Hominidae. Los grandes simios africanos ―los gorilas y chimpancés― se incluían en la familia Pongidae junto con el otro gran simio asiático: el orangután (Pongo). Sin embargo, la clasificación más en boga es la que agrupa a los simios y los humanos en una misma familia. Este punto de vista es el más aceptado por los primatólogos quienes saben desde hace tiempo que no somos más que monos desnudos; a diferencia de algunos antropólogos que tratan de distanciarnos de los primates no humanos y para ello reservan la familia Hominidae para los humanos actuales y sus antepasados fósiles que existieron después de nuestra separación de los grandes simios hace 6 Ma.

La propuesta de establecer la familia Pongidae es una mala idea en términos taxonómicos porque la evidencia molecular demuestra que los chimpancés y los gorilas están más próximos evolutivamente al hombre que al orangután 5. A la luz de estos datos, la familia Pongidae resulta ser un grupo artificial, mientras que Homo, Gorilla y Pan sí forman un grupo monofilético. A pesar de todo, todavía es habitual encontrar el término “póngido” en la literatura.

Como ya hemos apuntado, cuando los simios superiores ―orangután, gorila y chimpancé― se integraban en la familia de los póngidos, el término homínido se aplicaba en exclusividad a las distintas especies de humanos y sus antepasados directos, tanto actuales como fósiles. Esta clasificación servía de apoyo a una interpretación que hacía de la rama humana el fin último y más perfecto de la evolución primate. Sin embargo, cuando los estudios de ADN molecular pusieron de manifiesto este error, se optó por incluir a los simios superiores en la, antaño exclusivamente humana, familia Hominidae (haciendo efectiva la estrecha relación cladística entre ellas).

De esta forma, la solución más aceptada reserva el taxón Ponginae (a nivel de subfamilia) para clasificar a los orangutanes y su ascendencia; mientras que el clado formado por gorilas, chimpancés y humanos, así como sus más inmediatos antepasados, pasa formalmente a ser la subfamilia Homininae. Los homínidos (en el sentido clásico que se ha venido dando en artículos técnicos y libros de divulgación) pasan a la subcategoría de tribu (Hominini) y de ahí a homininos.

Camilo José Cela-Conde, profesor de antropología en la Universidad de las Islas Baleares, ha trabajado intensamente en esta cuestión ―ver Cela-Conde (2002)―. Afirma que el criterio de que los homínidos son los seres humanos actuales y todos sus antepasados, tanto directos como colaterales, que no lo son a su vez de los chimpancés o de cualquier otro simio vivo, esconde un sesgo importante por las especies que existen en la actualidad.

Nuestro objetivo al emplear la cladística en la evolución humana, más allá de poder dibujar un bonito árbol filogenético, debe ser comprender las implicaciones evolutivas que tiene agrupar uno o más taxones dentro del término hominino. Tratamos de describir y entender el tipo concreto de evolución que ha llevado hasta Homo sapiens, pasando por las alternativas ―en forma de distintas adaptaciones al medio ambiente― que se extinguieron durante el proceso.

En el coloquio internacional celebrado en el año 2000 en la Universidad de las Islas Baleares ―Cela-Conde, et al. (2000)― al que acudieron gran parte de los especialistas en sistemática humana, se hizo público un documento final que clamaba por tratar con prudencia y de forma conservadora la taxonomía de los homínidos, aunque no sin animar a que se avanzase en el estudio de otras categorías como la de tribu (Hominini). El objetivo del coloquio era tratar de alcanzar un consenso capaz de poner fin a la confusión reinante en la forma en que debía clasificarse el linaje humano, para lo cual se centraron y discutieron únicamente los principios de clasificación y no las taxonomías detalladas (lo que hubiera impedido cualquier tipo de acuerdo). Se llegaron a las siguientes conclusiones:

  • Los seres humanos actuales, sus antepasados no compartidos con ninguna especie no humana y los descendientes colaterales de estos antepasados serán quienes conformen el clado humano.
  • La filética, la fenética y la cladística se emplean en la sistemática. La clasificación taxonómica debe ajustarse, en la medida de lo posible, a las relaciones filogenéticas. Reconocen que la cladística ha hecho importantes contribuciones en el campo de la clasificación, pero señalan que la cladística identifica grupos hermanos, no las relaciones entre antepasado y descendiente.
  • Las consideraciones moleculares son valiosas en la determinación de las relaciones entre linajes que tienen descendientes vivos. En el caso de los linajes fósiles que no tienen descendientes vivos, la aplicación de los estudios moleculares son limitados en la actualidad, aunque los avances en las técnicas pueden reducir esta limitación.
  • La práctica taxonómica debe ser congruente con el principio de monofilia. Sobre esta base, el tradicional concepto de la familia Pongidae propuesto por Simpson debe ser rechazado ya que implica parafilia.

Si hay que hacer caso a ese documento, los homininos, en espera de que se imponga otro tipo de acuerdo, deberían ser clasificados como una familia, Hominidae, tal y como se ha hecho tradicionalmente, pero sin agrupar a los simios en una familia Pongidae. Para mantener la monofilia estricta en Hominidae, primero debemos separar los orangutanes (asiáticos) de los chimpancés, gorilas y humanos (africanos) en el nivel de subfamilia (formando las subfamilias Ponginae y Homininae). Hecho esto, entre los homininos de la misma subfamilia, identificamos el linaje humano en el nivel de tribu Hominini (se introducen otros niveles entre medias para englobar otros clados).

Rasgos distintivos

Árbol de la evolución humana.

Una de las cuestiones más interesantes dentro de la paleoantropología humana consiste precisamente en saber cuál fue el primer hominino, quién es el primer representante de nuestra línea evolutiva una vez se produjo la separación de la del chimpancé. Se han propuesto tres géneros distintos para ocupar esta posición: Sahelanthropus, Orrorin y Ardipithecus. Los tres han sido datados entre 7 y 5 Ma de antigüedad lo que los sitúa, según los estudios moleculares, en el momento que se supone se produjo la separación de chimpancés y humanos. En cualquier caso, es importante destacar que cuanto más cerca se sitúa un fósil del punto de divergencia entre Homo y Pan, más difícil es reconocer en cuál de las dos líneas evolutivas se encuentra.

Por tanto, la pregunta que nos hacemos cuando encontramos un nuevo fósil es dónde encaja dentro del árbol evolutivo. Deben existir varias características, o al menos una, que nos permita resolver ese problema. Para formular una hipótesis filogenética y definir un linaje es preciso seguir varios pasos: en primer lugar, tenemos que cuantificar y determinar los rasgos morfológicos significativos, establecer un hipodigma 6 e identificar esos caracteres para establecer qué especie se asigna a cada género e incluir el espécimen individual en cada especie.

Si adoptamos un punto de vista evolutivo, el carácter distintivo de los homininos tiene que estar relacionado con la aparición de la tribu a partir de unos antepasados compartidos con nuestros parientes, los simios superiores actuales. Así, si damos por bueno que los chimpancés y los humanos somos primates muy parecidos en bastantes cosas, pero también muy distintos en otras, habremos de concretar primero cuáles son esas diferencias y qué papel jugaron en el proceso de separación de ambos linajes.

Por desgracia, casi todos los rasgos distintivos que nos separan de los chimpancés son funcionales, lo que implica que no dejan huella en el registro fósil (nos referimos fundamentalmente al lenguaje y otras habilidades culturales, aunque sí pueden quedar algunas pruebas relacionadas con estos rasgos en el registro fósil o en el registro arqueológico). David Pilbeam propuso un criterio de inclusión basado en dos rasgos que ha sido comúnmente aceptado como propios en exclusiva de los homininos (aunque en aquel momento él hablaba de la familia homínida): el aparato locomotor necesario para la bipedia y el esmalte dental grueso en los molares. Se trata de rasgos apomórficos 7 y, en este caso, también sinapomórficos, es decir, comunes en todas las especies de dicho linaje. Todos los homininos son bípedos; todos ellos (con una excepción que se discutirá más adelante) cuentan con esmalte dental grueso. La presunción por tanto es que el antepasado común debió poseer un sistema locomotor adaptado para desplazarse sobre dos patas por los árboles, así como para caminar por el suelo apoyando los nudillos 8.

La locomoción bípeda obligada 9, el nuevo modo de locomoción original en los primates, acarrea importantes modificaciones anatómicas y muy en especial en la cintura pélvica, las extremidades inferiores y la columna vertebral, que pueden ser fácilmente reconocibles en el registro fósil. Del mismo modo, el estudio de los dientes y su composición está aportando importantes datos no sólo sobre el grosor del esmalte dental, la morfología y otros rasgos anatómicos, sino sobre el tipo de dieta y otros rasgos culturales. Siguiendo estos criterios, la moderna paleoantropología considera que la tribu Hominini estaría formada por seis géneros que, colocados por orden de antigüedad, son: Sahelanthropus, Orrorin, Ardipithecus, Australopithecus, Paranthropus y Homo.

Podemos dividir la evolución del linaje humano en tres grandes periodos. El periodo más antiguo, y más largo, corresponde a los llamados australopitecinos, exclusivamente africanos, que abarca desde el origen del linaje, hace unos 6 Ma, hasta hace algo más de 1 Ma. Dentro de este grupo podemos distinguir dos configuraciones craneales: las llamadas formas gráciles y las formas robustas 10. El segundo periodo corresponde a la aparición del género Homo, cuya cronología se sitúa entre los 2,5 Ma y los 1,8 Ma. Por último, el tercer periodo corresponde a la subsiguiente evolución de Homo y el origen de especies fuertemente especializadas como los neandertales y las poblaciones humanas modernas.

Los tres géneros corresponden a tres zonas adaptativas: Australopithecus engloba los primeros homininos que desarrollaron gradualmente el bipedismo; Paranthropus, la rama evolutiva (incluyendo a los australopitecinos robustos) que colonizaron los espacios abiertos de la sabana con una alimentación especializada en vegetales duros; y Homo, la rama que evolucionó hacia un encéfalo más grande, el empleo de herramientas de piedra y una dieta más carnívora.

La pregunta que queda por responder es si Sahelanthropus, Orrorin y Ardipithecus representan unos antepasados que ocuparon zonas adaptativas diferentes. En contra de la proposición de crear, no solo una nueva especie, sino un nuevo género para cada uno de ellos, se alza la voz de Cela-Conde que sostiene que estos especímenes no reflejan una peculiar y exclusiva zona adaptativa. Según su opinión, la diferencia más significativa entre ellos y el posterior Australopithecus es el tamaño.

Conclusiones

La monofilia estricta es un buen método de clasificación aunque es poco aconsejable obsesionarse con ella. El principal obstáculo proviene de los vacíos en el registro fósil. Por ahora, lo más que podemos hacer es asignar a los especímenes un lugar provisional en la filogenia, a la espera de su revisión con el descubrimiento de nuevos especímenes. Esto sucede porque por definición, un clado debe contener al menos un carácter derivado, una apomorfia, para ser considerado como tal. Pero bajo este punto de vista corremos el riesgo de incrementar el número de especies fósiles siempre que sigamos esta cadena de razonamientos: una apomorfia conduce a un clado, un clado conduce a una especie. La aplicación de este razonamiento a las aves actuales ha llevado a la multiplicación de propuestas de especies que luego, mediante el estudio de sus posibles hibridaciones, quedan anuladas. A pesar de todos los inconvenientes que puede presentar este método, lo cierto es que no hay otro mejor.

En un trabajo enormemente crítico publicado en 1977, Eric Delson y colaboradores afirmaron (no sin razón) que las numerosas filogenias de los homínidos disponibles en la literatura especializada eran amalgamas de afirmaciones acerca de la relación ancestro/descendiente en gran medida basadas en modelos a priori del proceso evolutivo. Pero esta limitación es conocida y asumida.

Los diferentes rasgos distintivos que se han expuesto para diferenciar los taxones no son más que una hipótesis de trabajo. Encontrar pruebas de la existencia de uno de estos caracteres puede no ser suficiente para asignar un fósil al linaje hominino o de los chimpancés, ya que hay pruebas de que los primates, como otros muchos grupos de mamíferos, son propensos a la evolución convergente (homoplasia), esto es, que esos caracteres pueden haber surgido más de una vez y en más de un grupo a lo largo de la historia evolutiva (un buen ejemplo de esto es la megadontia postcanina).

Por lo tanto, una de las tareas pendientes es mejorar la evaluación de los datos morfológicos. Un requisito metodológico de los análisis cladísticos es que estos caracteres sean independientes (circunstancia que se ha asumido con cierta ligereza), además de ser biológicamente relevantes. Por ejemplo, Lovejoy, et al. (2001) han analizado la evolución de la pelvis de los homininos a la luz de los nuevos avances en genética y biología del desarrollo, concluyendo que una simple modificación en la información posicional en las células que forman el campo morfogenético que da origen a la cintura pélvica puede explicar la reorganización evolutiva observada en la evolución de los homínidos. Este punto de vista se opone a los modelos de base mecanicista en los que la adaptación de la pelvis a la bipedia se describe en base a multitud de pequeños detalles anatómicos expuestos a selección. Una definición correcta de los caracteres no es nada sencillo ya que el organismo no es un simple sumatorio de rasgos.

En realidad, la mayor parte de los caracteres de los homininos no pueden considerarse auténticas novedades evolutivas ya que cada uno de ellos representa una extensión o elaboración del desarrollo ontogenético observado en alguna de las especies de primates superiores.

En las dos próximas anotaciones nos centraremos en el estudio de la morfología ósea, centrándonos en las regiones anatómicas más importantes para la paleoantropología; y en una explicación más detallada de las técnicas moleculares y de análisis genético respectivamente.

Referencias

Artículos técnicos

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Más información

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Esta entrada participa en la XXXI Edición del Carnaval de Biología cuyo blog anfitrión es Retales de Ciencia

Notas

  1. Hay homoplasia cuando encontramos semejanza en la forma o estructura de los órganos u organismos diferentes debido a la evolución a lo largo de líneas similares, más que a tener una descendencia común. También se le llama evolución en paralelo o convergente.
  2. Señalar que los nombres de las especies se escriben en cursiva. La primera letra del nombre genérico se escribe en mayúscula mientras que el específico no: Homo sapiens. Para los niveles taxonómicos superiores (como subfamilias, familias, superfamilias etc.) se suelen seguir dos formas, una latinizada y otra en el idioma moderno que corresponda. No se emplea la cursiva, y sólo las formas latinizadas mantienen la primera letra en mayúscula. Por ejemplo, los seres humanos pertenecemos a la subfamilia Homininae, tribu Hominini, cuya forma castellanizada es hominino.
  3. Se trata de un método muy extendido que trataremos en una anotación independiente para poder hacerlo en profundidad. Baste por ahora esta somera descripción.
  4. El récord del análisis del ADN más antiguo hasta la fecha lo tiene un fémur de Atapuerca datado en 400.000 años.
  5. Es habitual escuchar que los humanos compartimos con chimpancés y bonobos (los más parecidos a nosotros) casi un 99% de nuestros genes. En realidad, ese porcentaje se refiere a las zonas que podemos comparar, y debemos tener en cuenta que más del 20% de todo el genoma no es comparable entre ambas especies. Por ello, sería más correcto afirmar que nuestros genomas difieren como mínimo, en un 1%, y como máximo, en un 10%. Con los gorilas, esa diferencia oscilaría entre el 2% y el 12%, mientras que con los orangutanes esa diferencia aumenta a entre un 3% y un 15%.
  6. Definimos hipodigma como todo el material fósil que se conoce de una especie. El término lo utilizó por primera vez George Gaylord Simpson en su trabajo “Types in modern taxonomy”. American Journal of Science, núm. 238, p. 418.
  7. Que, como ya hemos dicho, significa que son rasgos derivados y propios de un linaje evolutivo.
  8. Nudilleo: forma de desplazamiento sobre las cuatro extremidades, las anteriores se apoyan en las falanges medias de los dedos 2 a 5 de la mano. Knuckle-walking en inglés.
  9. La bipedia obligada se da cuando el animal se desplaza siempre sobre sus dos extremidades inferiores (hoy en día, solo los pájaros y los humanos emplean esta locomoción). En cambio, será facultativa cuando el animal adopte tanto la postura cuadrúpeda como la bípeda: serán bípedos cuando llevan a cabo una tarea determinada. En la mayoría de los casos una forma de locomoción predomina sobre la otra.
  10. Las formas robustas se caracterizan por un gran tamaño de la dentición postcanina y un esqueleto facial muy desarrollado.
Publicado por José Luis Moreno en CIENCIA, EL VIAJE MÁS LARGO, 4 comentarios
Siete días … 21 a 27 de octubre (reloj biológico y extinción)

Siete días … 21 a 27 de octubre (reloj biológico y extinción)

     Última actualizacón: 1 septiembre 2017 a las 07:46

GENÉTICA

Un estudio de la Universidad de California-Los Ángeles (UCLA), en Estados Unidos, revela un reloj biológico incrustado en nuestro genoma que puede arrojar luz sobre por qué nuestros cuerpos envejecen y cómo frenar el proceso. Los hallazgos podrían ofrecer información valiosa sobre el cáncer y la investigación con células madre.

Mientras que relojes anteriores se han relacionado con la saliva, las hormonas y los telómeros, la nueva investigación es la primera en identificar un reloj interno capaz de medir con precisión la edad de diversos órganos, tejidos y tipos de células.

Horvath analizó también las células madre pluripotentes, células adultas que han sido reprogramadas a un estado de célula madre embrionaria, lo que les permite formar cualquier tipo de célula en el cuerpo y continuar dividiéndose indefinidamente.

«Mi investigación muestra que todas las células madre son recién nacidas», sentenció, agregando que el proceso de transformación de células de una persona en células madre pluripotentes reajusta el reloj de las células a cero.

En principio, el descubrimiento prueba que los científicos pueden retroceder el reloj biológico del cuerpo y restaurarlo a cero, pero, a su juicio, la gran pregunta es si el reloj biológico controla un proceso que conduce al envejecimiento. «Si es así, el reloj se convertirá en un biomarcador importante para el estudio de nuevos enfoques terapéuticos para mantenernos jóvenes», auguró este investigador.

Por último, Horvath descubrió que el ritmo del reloj se acelera o ralentiza en función de la edad de una persona. «El tic-tac del reloj no es constante —explicó—. Es mucho más rápido cuando nacemos y durante el crecimiento de los niños a adolescentes y luego disminuye a un ritmo constante al llegar a los 20».

• Noticia El Mundo

• Artículo: DNA methylation age of human tissues and cell types (descarga directa en formato PDF)

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Saber cómo el ADN construye los rostros y por qué la cara de las personas pueden ser tan diferentes entre ellas está un poco más cerca. La revista Science ha publicado un estudio del equipo de científicos del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (California) que arroja luz sobre este ámbito de la genética. Después de trabajar con ratones, han conseguido identificar miles de minúsculas regiones de ADN que influyen en el modo en que los rasgos faciales se desarrollan.

Su objetivo ahora es descubrir dónde están estas instrucciones que definen las características de la cara. Aunque hasta la fecha sólo han trabajado con animales, los investigadores afirman que hay muchas probabilidades de que el rostro humano se desarrolle del mismo modo. Además, la investigación puede ayudar a evitar los defectos faciales de nacimiento, tales como el labio leporino o el paladar hendido.

El profesor Axel Visel, director del equipo científico ha dicho para la BBC que «en los embriones de los ratones podemos ver donde exactamente los ‘interruptores’ activan el gen que controlan». En el genoma de los ratones hay al menos 4000 ‘potenciadores’ que pueden intervenir en la apariencia facial. Estos ‘potenciadores’ son los encargados de activar o desactivar determinados genes responsables de la construcción de las caras.

• Noticia El Mundo

• Artículo: Fine tuning of craniofacial morphology by distant-acting enhancers

MEDICINA

Hace siete meses, científicos de EE.UU. ilusionaron al mundo al anunciar por primera vez en la historia la “cura funcional” de una niña nacida con el virus del sida, que ya ha infectado a casi 70 millones de personas en el mundo desde que se detectó la epidemia. Desde las 30 horas de vida, el bebé había recibido medicamentos antirretrovirales, capaces de reducir la cantidad del VIH en la sangre sin llegar a eliminarlo, en un hospital de Misisipi. A los 18 meses, sin embargo, la familia y el bebé se esfumaron y la niña dejó de recibir el tratamiento. Cuando regresó, cinco meses después, el virus era indetectable, pese a no haber sido medicada durante casi medio año.

Entonces, el esperanzador anuncio se hizo en un congreso médico, sin que los demás científicos tuvieran acceso a los detalles. Muchos sugirieron que el virus podría estar escondido en algún reservorio del cuerpo de la niña, como los ganglios. Otros expertos dudaban de que el bebé se hubiese llegado a infectar. Hoy, por fin, todos los datos de este insólito caso se ponen a disposición de la comunidad científica.

“Esta niña podría perfectamente estar en el camino hacia la cura definitiva, pero todavía no podemos asegurarlo, necesitamos más seguimiento”, explica la pediatra Deborah Persaud, primera firmante del estudio. “Todavía detectamos trazas del VIH en la niña, pero estos restos de VIH parecen incapaces de replicarse y por lo tanto incapaces de reiniciar la infección”, añade Persaud, de la Universidad Johns Hopkins. «Esta niña podría perfectamente estar en el camino hacia la cura definitiva, pero todavía no podemos asegurarlo»

La pediatra y su equipo creen que las trazas de virus “podrían ser falsos positivos o podrían indicar la existencia de una infección, pero no es una infección activa”. A diferencia de lo que ocurrió en el congreso de marzo, cuando hablaron de “cura funcional”, en el estudio publicado hoy la palabra “cura” no aparece por ninguna parte y se habla de “remisión”. “No consideramos que esta niña esté infectada en el sentido clínico de infección activa”, subraya Persaud.

A juicio de los autores, el caso del bebé de Misisipi sugiere que “un tratamiento muy temprano con terapia antirretroviral puede alterar el establecimiento y la persistencia a largo plazo de la infección por VIH”. Si están en lo cierto, es una esperanza para los 260.000 niños que cada año adquieren el virus de sus madres durante el parto, aunque los expertos insisten en que prevenir la transmisión mediante medicamentos antirretrovirales sigue siendo el primer objetivo.

• Noticia Materia

• Artículo: Absence of detectable HIV-1 viremia after treatment cessation in an infant

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Hace cinco años, un trasplante de tráquea permitió respirar de nuevo a Claudia Castillo, una colombiana de 30 años. Una tuberculosis le había dañado las vías respiratorias y se ahogaba. Entonces, el ahora profesor de Medicina Regenerativa del Instituto Karolinska, Paolo Macchiarini, propuso una intervención que no se había hecho nunca. El investigador, que entonces era responsable del servicio de cirugía torácica del Hospital Clínico de Barcelona, dirigió una operación para trasplantarle la tráquea de un hombre de 51 fallecido por hemorragia cerebral. Y logró hacerlo sin necesidad de desconectar su sistema inmune para que el organismo, al entrar en contacto con un órgano extraño, lo rechazase. En lugar de optar por la inmunosupresión, que tiene consecuencias negativas para la salud, el equipo médico limpió la tráquea del donante de las células que pudiesen provocar problemas.

Después, en la Universidad de Milán, se cubrió esa estructura con células cultivadas a partir de tejidos de la propia paciente. Con estas técnicas de medicina regenerativa se logró un órgano híbrido capaz de resolver los problemas de Claudia pero que el organismo reconoció como propio.

• Noticia Materia

• Artículo: The first tissue-engineered airway transplantation: 5-year follow-up results

PALEONTOLOGÍA

Científicos de la Universidad de New Hampshire, en Durham, Estados Unidos, han documentado una extinción generalizada de abejas que se produjo hace 65 millones de años, coincidiendo con el evento masivo que acabó con los dinosaurios terrestres y muchas plantas con flores.

Estudios anteriores han sugerido una extinción generalizada entre las plantas con flores en el límite KT y, durante mucho tiempo, se ha asumido que las abejas que dependían de esas plantas habrían corrido la misma suerte. Sin embargo, a diferencia de los dinosaurios, «hay un registro fósil relativamente pobre de las abejas», explica Rehan, lo que dificulta la confirmación de dicha extinción.

Rehan y sus colegas superaron la falta de evidencia fósil de abejas con una técnica llamada filogenética molecular. Mediante el análisis de secuencias de ADN de cuatro «tribus» de 230 especies de abejas carpinteras de todos los continentes excepto la Antártida para conocer a fondo las relaciones evolutivas, los investigadores comenzaron a ver patrones consistentes con una extinción masiva.

Combinando los registros fósiles con el análisis de ADN, los investigadores pudieron introducir el tiempo en la ecuación, aprendiendo no sólo cómo se relacionaban las abejas, sino también la edad que tenían. «Los datos nos dijeron que algo importante sucedió en cuatro grupos diferentes de abejas al mismo tiempo. Y que ocurrió al mismo tiempo que los dinosaurios se extinguieron».

• Noticia Europa Press

• Artículo: First evidence for a massive extinction event affecting bees close to the K-T boundary (descarga directa en formato PDF)

CIENCIAS PLANETARIAS

Un equipo de astrónomos estadounidenses ha descubierto la galaxia más lejana conocida, cuya luz fue emitida cuando el Universo sólo tenía un 5 por ciento de su edad actual de 13.800 millones de años.

La galaxia, bautizada z8-GND-5296, data de cuando el Universo resultante del Big Bang tenía sólo 700 millones de años, «y lo que la hace única comparada con otros descubrimientos similares es que su distancia ha podido ser confirmada por un espectrógrafo«, afirma el astrónomo Bahram Mobasher de la Universidad de California

La galaxia fue detectada entre 43 candidatas, mediante imágenes infrarrojas tomadas por el Telescopio Espacial Hubble, y su distancia fue confirmada por las observaciones realizadas con el sofisticado espectrógrafo MOSFIRE del Telescopio Keck en Hawai.

Estudiar las primeras galaxias resulta difícil porque cuando su luz llega a la Tierra se ha desplazado hacia la parte infrarroja del espectro debido a la expansión del Universo, en un fenómeno llamado desplazamiento al rojo (redshift).

Por ello, los astrónomos recurren a espectrógrafos cada vez más sensibles situados en telescopios en la Tierra, capaces de medir el desplazamiento al rojo de la luz de la galaxia, que es proporcional a su distancia.

• Noticia Emol

• Artículo: A galaxy rapidly forming stars 700 million years after the Big Bang at redshift 7.51 (descarga directa en formato PDF)

INGENIERÍA

En una finca a las afueras de Madrid, un tractor sin conductor y dotado de lanzallamas cruza un maizal quemando las malas hierbas. Mientras, dos vehículos aéreos no tripulados sobrevuelan el terreno para mostrarle a otro tractor robótico dónde exactamente hay que echar el herbicida.

“Aplicamos la robótica para conseguir una agricultura de precisión”, explica el físico Pablo González de Santos, coordinador de un proyecto europeo para desarrollar flotas de tractores sin conductor guiadas por hexacópteros, pequeños helicópteros de seis hélices. Su objetivo es recortar un 75% el uso de herbicidas y pesticidas, para reducir su efecto sobre el medio ambiente y disminuir los gastos. “Ahora los agricultores echan herbicida de forma homogénea, pero las malas hierbas no aparecen de manera uniforme”, explica González, investigador del CSIC en el Centro de Automática y Robótica, en Arganda del Rey (Comunidad de Madrid).

En EEUU, empresas como Kinze ya han desarrollado tractores sin conductor, pero la innovación del equipo europeo ha sido concebir una flota de pequeños robots, tanto terrestres como aéreos, en lugar de una sola máquina de gran tamaño. “Es mejor tener muchos robots pequeños en lugar de uno grande, porque compactan menos el terreno y porque si se estropea uno puedes seguir trabajando”, sostiene González, padre hace más de dos décadas del primer robot caminante elaborado en España.

La idea de los científicos es que un propietario agrícola pueda contratar en un futuro los servicios de estos robots a empresas especializadas. Un tráiler transportaría la flota hasta la finca y teóricamente un solo operario bastaría para controlar tres tractores y dos hexacópteros.

• Noticia Materia

• Artículo: Fleets of robots for precision agriculture: a simulation environment

ARQUEOLOGÍA

Hace más de 3.200 años, la vida bullía en los alrededores de lo que hoy es esta metrópoli israelí de Tel Aviv, en la brillante costa mediterránea.

Al norte se situaba el poderoso imperio Hitita. Al sur, Egipto estaba en pleno apogeo bajo el reinado del gran faraón Ramsés II. Chipre era un emporio de cobre. Grecia disfrutaba la opulencia de la elitista cultura micénica, y Ugarit era una bulliciosa ciudad portuaria en la costa de Siria. En la tierra de Canaán, ciudades-estado como Hazor y Meggido florecían bajo la hegemonía egipcia. El vibrante comercio a lo largo de la costa del Mediterráneo oriental lo conectaba todo. Sin embargo, después de 150 años, según los expertos, el viejo mundo estaba en ruinas.

Los historiadores se han preguntado durante mucho tiempo cuál fue la causa de esta crisis que llevó al colapso de la civilización en la Edad del Bronce tardío, y ahora creen que mediante el estudio de los granos de polen fosilizados la han descubierto.

En este estudio, los investigadores dicen que fue la sequía la que provocó el colapso en el antiguo Levante meridional.

Las teorías al respecto habían incluido modelos como la guerra, las plagas y los terremotos. Y aunque el cambio climático se había considerado como un factor primordial, sólo recientemente los avances en la ciencia han proporcionado a los investigadores la oportunidad de determinar la causa y retomar el caso.

El trabajo de investigación informa que un análisis inusual de alta resolución sobre granos de polen tomados en los sedimentos del mar de Galilea y en la orilla occidental del Mar Muerto, y respaldado por una cronología robusta de datación mediante radiocarbono, ha identificado un período de crisis entre los años 1.250 a 1.100 a.C.

A diferencia de los estudios que examinan procesos a más largo plazo, los cuales pueden requerir un análisis del polen en capas de 500 años, la cantidad de polen analizada en esta región se realizó a intervalos de 40 años a la más alta resolución.

La singularidad del estudio radica también en la combinación de las ciencias exactas y el análisis arqueológico e histórico, al ofrecer la imagen más completa hasta el momento del colapso de la civilización en esta zona del Mediterráneo a finales de la Edad del Bronce.

• Noticia New York Times

• Artículo: Climate and the Late Bronze collapse: new evidence from the Southern Levant (descarga directa en formato PDF)

Publicado por José Luis Moreno en SIETE DÍAS, 1 comentario
Fuera de África o multirregionalismo. Genética (1ª parte)

Fuera de África o multirregionalismo. Genética (1ª parte)

     Última actualizacón: 29 agosto 2017 a las 16:21

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La cuna de la humanidad

En estas páginas vamos a tratar cuestiones acerca de la aparición de la especie humana (Homo sapiens) así como su posterior expansión por el globo.  Será necesario por tanto poner en contraste su origen con el resto de miembros, ya extintos, que forman parte del género Homo. Nos referiremos por tanto a nuestros antepasados más directos, que ya protagonizaron una primera salida de África hace cientos de miles de años, aunque con desigual fortuna como tendremos ocasión de comprobar.

La cuestión del momento, el cómo y dónde surge por primera vez Homo sapiens es materia de duros debates y enfrentamientos entre puntos de vista muy dispares.  Aún hoy se sigue discutiendo acerca de aspectos que los legos podríamos considerar “evidentes” pero que no lo son en absoluto cuando profundizamos más en ellos y comprendemos su verdadero significado.

En la actualidad, los investigadores plantean dos modelos para explicar el origen de Homo sapiens: el primero de ellos se ha llamado modelo “multirregional”; mientras que el segundo es el modelo del “Arca de Noé”, del origen único, o del reemplazamiento (mejor conocido como «fuera de África»). Ambos modelos responden de forma diferente a las cuestiones acerca del momento de aparición de Homo sapiens y a la contribución de las diferentes poblaciones del Pleistoceno a la morfología y acervo genético de la humanidad actual.

La hipótesis de la evolución multirregional contempla el proceso de aparición de nuestra especie como el resultado de una profunda transformación a partir de las poblaciones ancestrales de Homo erectus que evolucionaron de forma gradual e independiente hacia Homo sapiens arcaicos y, posteriormente, hasta los humanos modernos. Siguiendo este criterio, las diferencias que apreciamos entre las razas actuales tendrían un origen muy antiguo y serían el resultado de ese proceso evolutivo paralelo. Por lo tanto, la transición desde Homo erectus a los Homo sapiens modernos ocurrió de forma paralela en diversas partes, a través de varias poblaciones intermedias, con una mezcla genética continua que mantuvo la unidad de la especie.

Por otro lado, la teoría “fuera de África” (Out of Africa) sostiene que los humanos modernos aparecieron en África hace entre 300.000 y 100.000 años y que, en una o varias oleadas, salieron del continente africano y colonizaron el resto del planeta. Este éxodo conllevó la extinción de los neandertales europeos y los Homo erectus asiáticos que habían aparecido previamente como resultado de evoluciones locales.

Una vez expuestas las dos principales teorías acerca de nuestro origen, el siguiente paso es analizar cuál de ellas es la que más se ajusta a la realidad.  Para ello, en primer término tendremos en cuenta qué nos pueden aportar los estudios genéticos. Acto seguido estudiaremos los restos fósiles gracias a la paleoantropología, y también los artefactos humanos de la mano de la arqueología y otras ciencias afines. Al concluir esta tarea tendremos un cuadro bastante completo de la situación y, quizás, una respuesta acerca de nuestro origen.

Genética

Sobre esta cuestión resulta imprescindible acudir en primer lugar a los trabajos pioneros de Allan Wilson y su equipo de investigadores de la Universidad de California en Berkeley.  Wilson, que falleció prematuramente a la edad de 56 años debido a una leucemia, fue un científico visionario que supo aprovechar las nuevas técnicas de secuenciación genómica y los estudios moleculares que se desarrollaron a mediados del siglo pasado para intentar resolver las cuestiones fundamentales de la evolución humana.

En 1987, Allan Wilson, Rebecca Cann y Mark Stoneking publicaron un artículo en la revista Nature ―Cann, et al. (1987)― que se ha convertido en un clásico de la biología molecular: Mitochondrial DNA and human evolution.  Citado por otros miles de investigadores, da cuenta de los resultados de un estudio que analizaba la variabilidad del ADNmt en una muestra de 147 individuos (con 133 tipos diferentes de ADNmt) pertenecientes a diferentes grupos étnicos (el África subsahariana, Asia, Europa, la región norteafricana y Oriente Medio, y los aborígenes australianos y de Nueva Guinea).  Sus principales conclusiones, sometidas a la debida cautela por los proponentes, fueron que todos los ADNmt actuales provenían de una mujer que vivió hace unos 200.000 años en África; y que todas las poblaciones examinadas salvo la africana tenían múltiples orígenes, lo que implicaba que cada región de nuestro planeta fue colonizada en múltiples ocasiones.

La publicación de estos resultados desató un vivo interés, tanto del público en general (espoleado por una intensa campaña por parte de periodistas y medios de comunicación no especializados) como del resto de la comunidad científica.  Rápidamente se alzaron voces enfrentadas: por un lado, los partidarios de la teoría acogían con entusiasmo todas sus proposiciones; mientras que por otro, aquellos que la rechazaban no cejaban en tildarlas de exageradas y faltas de rigor científico.  Lo cierto es que no ayudó a calmar los ánimos el hecho de que la teoría saltase a la fama con el apelativo de “Eva africana” o “Eva mitocondrial”.  Las connotaciones religiosas del término acuñado por el periodista del diario San Francisco Chronicle, Charles Petit, no pasaron desapercibidas.

Precisamente por esto, resulta imprescindible leer este artículo para comprender lo revolucionario de sus planteamientos.  Ya hemos explicado en otra entrada que podemos encontrar nuestro ADN en dos lugares: en el núcleo de cada una de nuestras células, y en unos pequeños orgánulos llamados mitocondrias.  El equipo de Wilson se decantó por el ADNmt al ser más útil que el ADN nuclear para analizar determinados procesos evolutivos: experimenta un proceso de mutación más rápido al ser menos efectivo su mecanismo de reparación (y por lo tanto aporta más información en cortos lapsos de tiempo), se hereda exclusivamente a través de la madre (el que no exista recombinación facilita su rastreo) y, por último, presenta una gran cantidad de moléculas que normalmente son idénticas entre sí (cada individuo posee múltiples copias de ADNmt idénticas).

El esquema de trabajo partía de la siguiente premisa: las mutaciones del ADNmt provocan diferencias en la secuencia de bases que se pueden comparar al examinar la dotación de dos personas.  Cuanta mayor sea la diferencia en esta secuencia , mayor será el número de mutaciones acumuladas y, por consiguiente, mayor será el tiempo desde que esas dos personas (y presumiblemente, las poblaciones que representan) compartieron un antepasado común.  Partiendo de aquí comenzó el trabajo de análisis.

Al introducir los resultados en un programa informático, éste devolvió un árbol que mostraba la vinculación de los 133 tipos de ADNmt (más una secuencia de referencia) en función de las similitudes en la secuencia de bases (se acompaña dicha representación que presenta forma de herradura).  Para entender el proceso que llevó a la formación de este árbol, debe comprenderse el empleo del método de máxima parsimonia que aparece explicado aquí.

Árbol genealógico de 134 tipos de ADNmt. Tomado de Cann, R. L., et al. (1987), "Mitochondrial DNA and human evolution". Nature, vol. 325, núm. 6099, p. 31-36.

Árbol genealógico de 134 tipos de ADNmt. Tomado de Cann, R. L., et al. (1987), «Mitochondrial DNA and human evolution». Nature, vol. 325, núm. 6099, p. 31-36.

Vemos dos ramas principales que se dividen a partir del antepasado común (ancestor) marcado con la letra “a”.  Una de las ramas contiene únicamente ADNmt africano, mientras que la otra contiene ADNmt de origen africano y del resto del mundo.  De este modo, los autores concluyeron que África era el punto de origen del acervo genético mitocondrial humano y que cada población no africana tuvo múltiples orígenes.

Los de Berkeley asumieron que las divergencias en la secuencia del ADNmt se producían a una tasa constante, que establecieron entre un 2% y un 4% de cambio cada millón de años ―el llamado reloj molecular del que hablaremos en profundidad más adelante―.  Esta tasa de mutación se basaba en estudios previos del equipo (ver por ejemplo Wilson, et al. (1985) y Stoneking, et al. (1986).  Con esas cifras en la mano, llegaron a la conclusión de que el antepasado común de todos los tipos supervivientes de ADNmt vivió hace entre 140.000 y 290.000 años.  Ya tenemos por tanto un lugar geográfico y un periodo temporal para el surgimiento del ser humano moderno.

Esta suposición guardaba relación con otro descubrimiento: los africanos son el grupo de población con una mayor variabilidad genética ―en el ADNmt ― lo que a juicio de los autores tenía sentido teniendo en cuenta la propia escala temporal: los africanos han tenido más tiempo para divergir que el resto de poblaciones del planeta.  Sin embargo, lo que estos datos no nos pueden decir es el momento exacto en que tuvo lugar la migración fuera de África.

Así, una interpretación provisional del árbol y la escala temporal asociada encajaba con los hallazgos del registro fósil: éstos apuntaban a que la transformación de la forma arcaica a moderna de Homo sapiens tuvo lugar primero en África, hace aproximadamente entre 140.000 y 100.000 años.  Sin embargo, esta afirmación tan contundente debió ser tomada con cautela ya que el ADNmt no nos dice nada de las contribuciones a esta transformación de los rasgos genéticos y culturales de los varones y hembras cuyo ADNmt llegó a extinguirse y, por lo tanto, no conocemos.

Diversas interpretaciones

Como hemos apuntado, estos resultados causaron mucho revuelo tanto en el público en general como, especialmente, en determinados círculos de paleontólogos.  La pretensión de que el estudio de la genética de los seres humanos actuales podía decirnos algo de nuestra evolución como especie suponía echar por tierra una visión largamente enraizada en la comunidad científica: la mejor forma de aprender nuestro pasado es estudiar la prehistoria y los restos fósiles.  Tal y como el periódico británico The Times señaló, algunos “se sintieron apartados a empujones por unos advenedizos provistos de muestras de sangre y ordenadores”.

Las críticas no se hicieron esperar, algunas de ellas justificadas.  En primer lugar, de los 147 individuos empleados (en realidad se trataba de placentas) para la obtención de datos, 98 fueron obtenidos en los hospitales norteamericanos.  Pero quizás lo más sorprendente en cuanto a la metodología empleada fuera que de los 20 africanos, sólo dos habían nacido realmente en el continente africano: el resto eran afroamericanos que fueron clasificados como africanos para el estudio.

Después estaba la cuestión de la tasa de mutación.  Como hemos visto, Wilson y sus colegas emplearon para sus cálculos una tasa constante de mutación del ADNmt de un 2% o 4% cada millón de años.  Pero,  ¿esta tasa es constante en realidad?, ¿puede variar y ser más rápida en algunos periodos?  Los trabajos previos de Wilson con Vicent Sarich ―Sarich y Wilson (1967)― les habían permitido establecer el momento de divergencia entre los seres humanos y los chimpancés comparando la estructura de determinadas proteínas.  Del mismo modo, pudieron determinar la tasa de mutación del ADNmt en primates y de ahí obtener los porcentajes empleados.

Así las cosas, el equipo de Wilson decidió volver a repetir su investigación empleando una metodología diferente con unas muestras más extensas y variadas.  Los resultados aparecieron en dos artículos publicados poco tiempo antes del fallecimiento del propio Wilson: Mitochondrial DNA sequences in single hairs from a southern African population ―Vigilant, et al. (1989)― y African populations and the evolution of human mitochondrial DNA ―Vigilant, et al. (1991)―.  En el primero de los estudios examinaron muestras de 83 personas, 47 de las cuales eran nativas de distintos países africanos.  De nuevo los nodos más antiguos del árbol filogenético (que se muestra abajo) llevaban a linajes exclusivamente africanos (indicados con flechas), y ofrecieron como fecha para el ADNmt del antepasado común la de 238.000 años.  En el segundo se analizaron segmentos de ADNmt de 189 individuos, 121 de los cuales eran nativos subsaharianos.  De nuevo, el árbol filogenético mostró dos ramas principales, la primera de ellas con 6 tipos de ADNmt exclusivos de africanos.  Del mismo modo, se comprobó que el ADNmt africano presentaba la mayor variabilidad genética.  La fecha de divergencia se estableció en la horquilla que va desde hace 166.000 a 249.000 años.

Árbol genealógico del ADNmt de 84 individuos. Tomado de Vigilant, L., et al. (1989), "Mitochondrial DNA sequences in single hairs from a southern African population". Proceedings of the National Academy of Sciences, vol. 86, núm. 23, p. 9350-9354.

Árbol genealógico del ADNmt de 84 individuos. Tomado de Vigilant, L., et al. (1989), «Mitochondrial DNA sequences in single hairs from a southern African population». Proceedings of the National Academy of Sciences, vol. 86, núm. 23, p. 9350-9354.

A pesar de todo, la interpretación de este tipo de datos resultó ser más compleja de lo esperado, ya que un error estadístico puso en evidencia que la misma información podía dar pie a árboles filogenéticos diferentes y contradictorios entre sí como, irónicamente, puso de manifiesto el propio Mark Stoneking, miembro del equipo que había publicado los estudios ―Hedges, et al. (1992)―.

Alan Thorne y Milford Wolpoff, dos de los principales defensores del multirregionalismo, pusieron en duda la validez de estos estudios atacando desde el origen todas sus premisas.  Su artículo, publicado en Scientific American ―Thorne y Wolpoff (1992)― se ha convertido en uno de los más citados por los partidarios del multirregionalismo.

Sin embargo, debemos señalar que fue Alan Templeton, genetista de la Universidad de Washington en St. Louis, quien planteó en un extenso artículo ―Templeton (1993)― la crítica más intensa contra las numerosas hipótesis que habían surgido al abrigo de la teoría de la “Eva mitocondrial”.  No rechazaba la premisa de que el análisis del ADNmt permitía retrotraerse hasta un antepasado común que, por definición, debía ser hembra.  Lo que negaba eran las cuatro hipótesis que los defensores de la “Eva mitocondrial” habían extraído de ésta:

  1. La “Eva mitocondrial” vivió en África.
  2. Lo hizo hace alrededor de 200.000 años.
  3. La filogenia de la variación del ADNmt es más que la filogenia del haplotipo, es al mismo tiempo la filogenia de la población (es decir, no sólo todos los ADNmt de los seres humanos modernos tienen su origen en la “Eva mitocondrial”, sino que todos los seres humanos modernos descienden de la misma población geográfica de esa “Eva mitocondrial”).
  4. La filogenia de la población implica que los seres humanos modernos surgieron en África, se dispersaron por el Viejo Mundo hace alrededor de 100.000 años, y llevaron a la extinción del resto de poblaciones Homo más antiguas sin ningún tipo de hibridación.

Templeton no se planteó hacer una revisión de todos los artículos publicados con anterioridad sobre esta cuestión, sino que llevó a cabo un reanálisis de los mismos para rebatir sus conclusiones.

De esta forma resume su postura:

Sólo uno de las cuatro sub-hipótesis del modelo «Eva» para la evolución humana reciente es apoyada por los datos genéticos: que el árbol del haplotipo mitocondrial refleja algunos eventos de expansión poblacional. Sin embargo, ninguno de los eventos de expansión detectados coincide con las predicciones de la hipótesis “fuera de África”.  Al contrario, los datos genéticos indican que (1) las pruebas de la ubicación geográfica del ancestro común mitocondrial son ambiguas, (2) el momento en el que existió el ancestro común mitocondrial es muy ambiguo, pero es probable que sea mucho mayor que 200.000 años atrás, (3) el árbol del haplotipo mitocondrial refleja un flujo genético a través de todo el período de tiempo posterior que lleva al ancestro común mitocondrial con la superposición de unas pocas expansiones recientes de población de un alcance geográfico limitado, y (4) los datos del ADN mitocondrial y nuclear apoyan la hipótesis de un flujo genético limitado entre las poblaciones humanas del Viejo Mundo sin que exista una población que sea el origen de toda la variación genética.

Por lo tanto, no hay necesidad de postular múltiples orígenes independientes para los seres humanos anatómicamente modernos.  Todos los seres humanos constituyen un linaje evolutivo único con una subdivisión regional.

Referencias

Cann, R., Stoneking, M., & Wilson, A. (1987). Mitochondrial DNA and human evolution Nature, 325 (6099), 31-36 DOI: 10.1038/325031a0

Hedges, S., Kumar, S., Tamura, K., & Stoneking, M. (1992). Human origins and analysis of mitochondrial DNA sequences Science, 255 (5045), 737-739 DOI: 10.1126/science.1738849

Sarich, V., & Wilson, A. (1967). Immunological Time Scale for Hominid Evolution Science, 158 (3805), 1200-1203 DOI: 10.1126/science.158.3805.1200

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Publicado por José Luis Moreno en EL VIAJE MÁS LARGO, 3 comentarios