LA ENCEFALIZACIÓN Y UN ÁTOMO DE OXÍGENO

EL ÁCIDO SIÁLICO EN LAS CARNES ROJAS 

Ajit Varki

En la década de los noventa se descubrió el primer rasgo genéticamente único compartido por todos los humanos, pero ausente en todos los simios. El lugar de este descubrimiento era poco prometedor para la residencia del alma ya que carecíamos de una encima para agregar un solo átomo de oxígeno para tener la proteína común a simios y resto de los mamíferos.

La importancia de este hallazgo radica en que fue la primera diferencia bioquímica detectada entre humanos y chimpancés, aunque la diferencia de lo que nos hace humanos no puede atribuirse a la expresión o ausencia de un solo gen solamente, sino que en ello están comprometidos varios genes reguladores de otros efectos, pero puede considerarse como el primer paso para controlar el rechazo a xenotrasplantes y otra vuelta de tuerca en el camino para entender la hominización.

En 1984, el joven médico de origen hindú Ajit Varki, de la Universidad de San Diego, aplicó un tratamiento convencional con suero procedente de caballos intentando detener la destrucción de las células T de una paciente con insuficiencia de la médula ósea. Dicho suero también era conocido por  provocar una reacción llamada “enfermedad del suero” y cuya paciente no fue la excepción. Varki asumió que el asalto al sistema inmunológico no sólo se debió a las proteínas procedentes de una especie diferente. Espoleado por la curiosidad por una forma de alergia única de los humanos a un tipo concreto de azúcar (un ácido siálico llamado N glicolil ácido neuramínico- Neu5Gc) que se encuentra unido a proteínas en el suero animal y es el responsable, a menudo, de la fuerte reacción alérgica de algunas personas cuando se les aplica suero procedente de caballo contra la mordedura de serpientes. El acido siálico es un azúcar y una especie de alfombra que tapiza las células, que se convierte en la primera línea de defensa del sistema inmunológico pues es uno de los primeros objetivos de los patógenos infecciosos tales como la malaria, el botulismo, el cólera y la gripe.

Pero se preguntaba en aquella época, cómo era posible una reacción alérgica al acido siálico Gc si está en todas partes, todos los mamíferos tiene Gc. Entonces la respuesta debía ser que los humanos son los únicos mamíferos que carecen de Gc y tuvo que esperar 14 años más para obtener la respuesta en 1998.

Varki y su equipo analizaron muestras de sangre de humanos, chimpancés, bonobos, gorilas y orangutanes y encontraron que los humanos son los únicos primates a quienes les falta el Neu5Gc (Gc), pero en cambio eran ricos en otra versión del ácido siálico, el N Acetil neuramíco Neu5Ac, a quien en adelante me referiré como Ac, para no marearlos. Pues bien como dije anteriormente los humanos no toleramos el Gc porque no lo tenemos en el cuerpo (es un extraño), pero en cambio tenemos Ac. No fabricamos el Gc a partir del Ac (que tenemos a cambio), porque carecemos de una enzima que le agregue un solo átomo de oxígeno al Ac para que se convierta en Gc. Todos los humanos carecemos de la enzima, pero todos los simios sí que la tienen. ¡Ajá! ¡Sí!, pero y ¿qué? ¿Para que nos sirve conocer eso? Varki y su equipo se propusieron no sólo conocer cómo la perdimos, sino cuándo y además porqué.

La razón de nuestra peculiaridad la encontraron en la perdida de una secuencia de 92 letras que habían desaparecido de un gen del cromosoma 6, llamado CMAH, que codifica la enzima que fabrica Gc. En la mitad del gen se encuentra una secuencia “Alu”, una especie de “gen saltarín” o transposón*, de un tipo que contamina nuestro genoma y el de muchas especies. En el genoma de los simios se encuentra una secuencia Alu más antigua aunque diferente; pero la del gen humano era exclusiva de los humanos. De tal suerte que en algún momento cuando nos separamos del linaje de los chimpancés la secuencia Alu hizo lo que mejor sabe hacer: saltar dentro del gen e intercambió el sitio con la antigua Alu y en ese brinco se llevó consigo las 92 letras que servían para codificar el acido siálico Gc a partir del Ac. Como cuando su hijo salta de la cama, se lleva consigo la sábana que termina destruyendo el jarrón que le había obsequiado la suegra como regalo de bodas (y que por cierto, a usted nunca le agradó – me refiero al jarrón, no a la suegra-). Pero si usted ama a su suegra haga de cuentas que alguien entró a su biblioteca y se llevó varios libros de su enciclopedia; o le entró un virus informático a su ordenador y desaparecieron algunos archivos.

Pero ahí no paró todo, como a Varki le interesaba saber la diferencia entre los simios y los humanos y su formación no era la de un paleontólogo pues sabía poco de evolución humana, excepto por lo aprendido como estudiante, o leyendo en National Geografic; entonces se dedicó educarse a sí mismo y estuvo en un corto período sabático en el centro Yerkes de primates en Atlanta, Georgia. Allí revisó las historias clínicas de los primates y no encontró entre ellos ni un solo caso de asma bronquial o artritis reumatoidea –común en los humanos- y tampoco encontró casos de malaria humana entre los simios por el Plasmodium falciparum, pero  encontró en ellos la malaria que los afecta a ellos por el Plamodium reichenowi y a nosotros no. Varki tiene una curiosidad insaciable, ha escuchado más de trescientas conferencias sobre evolución humana y ha colaborado con Juan Luis Arsuaga, de la Universidad Complutense de Madrid para el análisis bioquímico de fósiles de Homo antecesor de 900.000 años de antigüedad; puede decirse que es un paleontólogo Honoris Causa y confiesa que sus motivaciones secretas son casi egoístas: educarse a sí mismo; el conocimiento por el conocimiento; pero continuemos porque falta algo más fascinante.

Había que poder determinar cuándo se había producido la mutación. El ADN no es posible recuperarlo (por ahora) de fósiles muy antiguos de homininos, pero sí el ácido siálico. Encontró que los neandertales, al igual que nosotros, tenían Ac, pero no Gc. Como en los fósiles más antiguos de Kenia o Java el ácido siálico se había degradado demasiado, contando el número de cambios del gen CMAH de un hombre extinto y utilizando un reloj molecular, Yuki Takahata ha podido estimar que el cambio se produjo hace entre 2,5 o 3 millones de años en un humano que ahora es el antepasado de todos los humanos vivos.

Lo curioso del Gc es que es posible encontrarlo en todo el cuerpo de los mamíferos, excepto en el cerebro -el que se encuentra en nosotros es producto de la ingesta de carnes rojas de cerdo, cordero, res-. Es decir, el gen está completamente desactivado en el cerebro de los mamíferos. Debe haber alguna razón por la cual un cerebro de mamífero no puede funcionar adecuadamente a no ser que este gen se desactive. Pero ahora viene lo más audaz. Quizá la presión selectiva que actuó sobre nuestros antepasados para luchar contra la malaria, es decir que no nos contagiara el mismo tipo que la que contagia a los chimpancés permitió que nuestro cerebro se expandiera al perder Gc y conservar Ac, hace unos dos millones de años. Pero también esa expansión del cerebro nos dio mayor vulnerabilidad a condiciones exclusivamente humanas como la enfermedad de Alzheimer o la esclerosis múltiple.

Es de anotar que nuestro cerebro al nacer sólo tiene un tercio del tamaño final, mientras que en la mayoría de los mamíferos, primates incluidos, crece muy poco después del nacimiento. El peso encefálico de un neonato humano es 380 gramos y el de un adulto de 1340 gramos; el de un neonato chimpancé de 151 gramos y el del adulto 382 (todos en promedio). Como se ve el cerebro humano crece más que el de un chimpancé, pero más inmaduro. ¡Somos cabezones!

Antes de terminar quiero hacer una pequeña digresión. Si al perder Gc tampoco nos podía contagiar la malaria del chimpancé, ¿cómo es posible que nos contagie una malaria “exclusivamente humana”? La evolución es el resultado de una carrera armamentística por la supervivencia y la selección natural el vehículo. Es posible que el Plamodium reichenowi, diera origen al Plasmodium falciparum, por especiación (aparición de una nueva especie) para ocupar el nicho ecológico que ofrecían los homininos que no eran contagiados por el Plamodium reichenowi. Ahí hay una oportunidad para cualquier estudiante de doctorado de encontrar cuándo divergieron las dos especies de Plasmodium, y de llegarse a encontrar que coincide con las fechas estimadas por Varki: ¡Eureka! Todo encaja.

Los ácidos siálicos se hayan ampliamente en la naturaleza, excepto en las plantas. Entre sus funciones está el participar en la recepción de mensajes procedentes de otras células o en la comunicación de las células cerebrales durante las etapas de formación y desarrollo.

El caso es que nuestra pérdida de un azúcar, el acido siálico Gc nos da, como dijimos, mayor vulnerabilidad ante el cólera, la gripe, el botulismo y otras condiciones exclusivas del género Homo; pero además la ingesta de carnes rojas mencionadas más arriba, ricas en acido siálico Gc, hace que nuestro sistema inmune se debilite al tener que combatir contra un intruso que nos abandonó hace mas de 2,5 millones de años y que se suele acumular más selectivamente en los tumores cancerosos lo cual ha reavivado el debate sobre los hallazgos de correlación entre altas ingestas de carnes rojas y algunos tipos de cánceres, ciertas patologías inflamatorias y enfermedades coronarias. Lo cierto es que se deposita en los órganos y tejidos humanos y es reconocida como una molécula extraña no humana (una intrusa) lo cual provoca la respuesta inmunológica y de acuerdo con el doctor Varki. “aunque es improbable que la ingestión de esta molécula esté relacionada con el desarrollo de determinadas enfermedades, es concebible la idea de que su consumo gradual provoque una acumulación en los tejidos sanos. De esta forma podría explicarse un flujo anormal de anticuerpos, lo que podría contribuir al proceso inflamatorio que va unido a varias patologías”.

Aunque son investigaciones fascinantes y de gran interés, sus resultados no deben alarmar a nadie, pero son el punto de partida para otras de más profundidad ya que sus consecuencias están relacionadas con nuestra salud y la comprensión del proceso de hominización.

*En algunas especies constituyen hasta el cincuenta por ciento del ADN llamado basura (no codificante). Cuando saltan de un sitio a otro pueden arrastrar consigo algún gen codificador, de un cromosoma  a otro, rompiéndolo por la mitad o haciendo que desaparezca del todo.

Bibliografía

         1.- Nature 454; 21, 23 (2008)

            2.- Riddley, Matt. Qué nos hace humanos

DE PENES PEQUEÑOS Y NARICES SIN OFICIO

SÍNDROME DE KALLMANN

Si alguna vez ha escuchado a alguien decir que hay una correlación entre el tamaño de la nariz y del pene, siento decepcionarle: esta es una premisa falsa; pero si hay una intrincada conexión biológica, evolutiva, genética, anatómica, conductual y funcional.

Aureliano Maestre de San Juan, aunque con nombre de compositor del folklore Vallenato no lo era, era un médico patólogo español. En 1856 al realizar la autopsia de un hombre de cuarenta años encontró que tenía un pene y unos testículos muy pequeños. Los familiares del hombre le manifestaron que el difunto no tenía sentido del olfato  y Maestre de San Juan no encontró bulbos olfatorios en el cerebro del mismo. Años más tarde en Austria apareció un caso parecido y los médicos empezaron a preguntarle a los hombres con micro penes si tenían sentido del olfato.

Franz Kallmann, médico psiquiatra alemán que había emigrado  a Estados Unidos en 1935, fue uno de los pioneros en el estudio de las bases genéticas de algunos trastornos psiquiátricos. En un estudio con 691 gemelos esquizofrénicos de Nueva York encontró una concordancia del 86 por ciento para los idénticos y 15 por ciento para los mellizos. Obviamente fue abucheado por el establishment de psicoanalistas en el Congreso Mundial de psiquiatría de 1950 y fue acusado de nazismo por utilizar los estudios de gemelos (en esa época de post guerra la gran mayoría de los científicos querían tomar distancia del nazismo, aunque ello implicara ir en contravía de las evidencias). El tiempo y ulteriores estudios terminarían dándole la razón a Kallmann respecto a la correlación y causalidad de los genes con algunos trastornos psiquiátricos.

Antes de ese incidente, en 1944, Kallmann describió el síndrome de ausencia de olfato y gónadas pequeñas como un trastorno genético poco común, presente en ciertas familias y que afectaba con más frecuencia a los hombres. Este síndrome lleva ahora el nombre de Kallmann y no el de Maestre de San Juan, a pesar de que entre uno y otro habían transcurrido ochenta y ocho años.

Las pesquisas para encontrar a los genes responsables del síndrome de Kallmann se concentraron en el cromosoma X (del cual los varones no tenemos una copia de repuesto y que lo heredamos de la madre). El nombre asignado a este gen es KAL-1, aunque recientemente se han encontrado otros genes implicados en esta anomalía.

KAL-1 se activa entre la quinta y sexta semana después de la concepción, no en la nariz, tampoco en las gónadas, sino en la región del cerebro del embrión que se convertirá en el bulbo olfatorio –aquel bulbo que Maestre de San Juan no encontró en la autopsia-. Produce una proteína cuyo nombre es anosmina y actúa como un pegamento celular, es decir hace que las células se peguen unas a otras. Su efecto va dirigido a los conos de crecimiento de los axones olfativos que migran al bulbo olfatorio. La anosmina hace que los conos de crecimiento en la sexta semana* de vida se “descarrilen”, se detengan y se conecten a las células cercanas. Cuando el embrión que no posee una copia funcional de KAL-1, por tanto tampoco anosmina, los axones no se conectan con el bulbo olfatorio y como “sienten” que están sobrando se contraen.

Hasta aquí nada interesante ni espectacular: El embrión no tiene anosmina, carece de bulbo olfatorio y no sentirá olores en el futuro (anosmia -an, sin; osmia, olor-) o estarán disminuidos (hiposmia – hipo, poco; osmia, olor-). Pero ¿qué pasó con el pene? Las células necesarias para activar el desarrollo sexual nacen ¡en la nariz!, en el órgano vomeronasal, un antiquísimo receptor evolutivo de feromonas. 

Bulbo olfatorio y órgano vomeronasal
de un mamífero

Lo sorprendente es que esto no parece obra de un Diseñador Inteligente, sino de un Hacker chapucero. Las neuronas del bulbo olfativo envían sus axones al cerebro; las que nacen en el órgano vomeronasal emigran por sí mismas al cerebro y lo hacen por los “carriles” ya predeterminados por los axones olfativos. Si no hay anosmina, nunca llegan a su destino y se acumulan en la región nasal superior (los carriles están borrados o atenuados) y tampoco pueden iniciar su función principal: la secreción de una hormona llamada liberadora de de gonadotrofinas. Sin gonadotrofinas la glándula pituitaria no recibe el mensaje de  iniciar la liberación de la hormona luteinizante a la sangre; sin hormona luteinizante las gónadas no maduran, disminuyen los niveles de testosterona y disminuye la líbido (deseo sexual). Así permanece indiferente sexualmente a las mujeres, incluso después de la pubertad.

Reptil

Quizás la anosmina tenga otras funciones en el cuerpo, pero su efecto sobre el desarrollo sexual es indirecto. Es más, existen otros genes inactivos o disfuncionales que pueden llevar a los mismos síntomas y que operan en cascada, es decir uno desencadena al otro, de tal suerte que KAL-1es uno de los genes que codifica una parte de la conducta sexual.

En los individuos afectados con anosmia se ha encontrado sinquinesia de los dígitos (sin, juntos y quinesia, movimiento); agenesia (ausencia) dental; labio y, o, paladar hendido; braquidactilia (dedos cortos); sindactilia (dedos unidos) entre otros. La sindactilia es común en muchos mamíferos, como el siamang, primate hominoideo de los bosques de Malasia, Tailandia y Sumatra, del que nos separamos hace unos dieciocho millones de años.

Siamang

*Coincidencialmente hasta la sexta semana todos los embriones de humanos son hembras. Entre la sexta y decimo segunda semana, dependiendo de si el gameto masculino que fecundó al óvulo es X o Y se definirá el sexo cromosómico, o morfología sexual (anatomía externa); si es X el embrión sigue su curso y será una hembra (XX), pero si es Y a partir de allí el gen SRY, Sex determining Region of the Y Chromosome -que se encuentra en la rama corta del cromosoma Y- toma el comando (lo que estaba en piloto automático) y cambia la dirección inicial del proceso de femenina a masculina (XY), de tal suerte que hasta en eso está equivocada la Biblia, primero fue Eva y luego Adán.

EVOLUCIÓN Y BIPEDALISMO III CONSECUENCIAS

CONSECUENCIAS DE LA POSICIÓN BÍPEDA

Extremidad inferior  y media pelvis de
Humano, Australopiteco y Chimpancé

De la genética hemos aprendido que no se necesitan muchos cambios en el ADN        (mutaciones) para producir modificaciones en cualquier organismo. Las mutaciones en los genes llamados reguladores son capaces de inducir una serie de cambios en la programación de otros genes que actúan sobre  determinado desarrollo y es posible que en la adquisición del bipedalismo también actuara de esa forma. Esto en cuanto al ADN, pero sus consecuencias afectan la morfología y fisiología de cualquier especie y la pelvis y la columna vertebral de los humanos no son la excepción, con lo que son las estructuras que más alto precio pagan (después del cerebro) por la adquisición de nuestro andar bípedo.

Nuestra pelvis es ancha, más en las mujeres -por tanto algo menos eficiente en la marcha que los hombres-, corta y bastante curvada para formar el anillo óseo que nos caracteriza; por el contrario, la de los simios es larga, estrecha y con un ala ilíaca casi plana.

Las transformaciones y modificaciones óseas y musculares atadas a nuestro bipedalismo trajeron problemas anatómicos y funcionales aún no resueltos del todo por la evolución (quizás ha pasado poco tiempo aún), pero atenuados, por fortuna para nosotros, por la ciencia y la medicina, tales como hernias inguinales, hemorroides, varices, escoliosis, lordosis, cifosis, embarazo incómodo y parto difícil.

En los cuadrúpedos las vísceras son sostenidas por el mesenterio que cuelga de la columna vertebral, como una cortina de las varillas; en los humanos empujan hacia la cavidad pélvica. En los cuadrúpedos el corazón hace menos esfuerzo ya que bombea casi toda la sangre en forma horizontal; en los bípedos tiene que hacerlo más verticalmente, lo que requiere de válvulas especiales, de allí que los problemas de várices se deben a la gran presión a que se someten las venas.

Las caídas son frecuentes en nosotros los bípedos; los cuadrúpedos rara vez se caen. Las fracturas, los daños en los discos intervertebrales y otras lesiones anatómicas también son más frecuentes en nosotros. En conclusión, los humanos somos un producto evolutivo todavía imperfecto.

Entre los cambios que trajo la postura bípeda está la aparición de curvaturas en la columna vertebral: una especie de resorte.

Columna vertebral humana y sus curvaturas

Los recién nacidos tiene una sola curva (cifosis) dorsal y el arco apunta hacia atrás como en los cuadrúpedos. A los tres meses aparece la curvatura cervical (lordosis), con la convexidad hacia adelante. Hacia los nueve meses, cuando el bebé ya se sienta solo, ha desarrollado la curvatura lumbar, también como la cervical, dirigida hacia adelante. De tal suerte que disponemos, en nuestra espalda, de tres resortes, uno encima de otro, de forma que nuestra cabeza se mantiene en equilibrio con muy poco esfuerzo muscular.

El foramen magnum, en la base del cráneo (por donde pasa la médula) y la articulación del mismo con la primera vértebra cervical, los cóndilos occipitales, también se desplazan hacia adelante para mejorar el equilibrio de la cabeza (muy grande, por cierto) a fin de que se sostenga con poco esfuerzo.

Todos estos cambios ocurren en los primeros tres años de vida y en los primates no humanos no se forman las curvaturas cervical y lumbar, ni se desplaza la articulación de la cabeza hacia adelante, por cuanto ellos muy pocas veces se ponen de pie.

Canal de parto de
Chimpancé, Australopiteco y Humano moderno

No hay ninguna especie que tenga un canal de parto tan estrecho como el de la hembra de Homo sapiens, el cual le da muchas dificultades al dar a luz. Para acabar de complicar las cosas el canal de parto no es recto como en los cuadrúpedos -paralelo a la espina dorsal-, sino angulado y el feto tiene que rotar para salir. La mayoría de los partos son en posición occipitopúbica, o sea dándole la espalda a la madre y la cabeza deflexionada –estirada hacia atrás-, con lo cual si ésta intentara ayudarle a salir podría ocasionarle graves lesiones cervicales al exagerar la deflexión de la cabeza y doblarle más hacia la espalda. Una vez que sale la cabeza, el feto además debe rotar para sacar un hombro primero y luego el otro. Por eso en nuestra especie la madre no puede ayudarse a sí misma en el parto, de forma que este se ha convertido en un fenómeno social con ayuda de otras mujeres. Entre los monos ni hay comadronas y menos gineco-obstetras.

Todas estas contorsiones nos llevan a asegurar que comparado con los demás primates, el parto humano tiene como características: primero, el grave conflicto pélvico-cefálico, entre un canal de parto estrecho y cabeza desproporcionadamente grande del neonato; segundo, el canal de parto de nuestra especie no tiene la misma sección en toda su trayectoria, lo cual obliga al feto a rotar para adaptarse; y tercero, el canal de parto está doblado en el último trayecto, lo cual obliga al feto a extender (deflexión) mucho la cabeza para seguir la trayectoria curva impuesta por la evolución y producto de nuestra posición bípeda.

Recorrido durante el parto en:
Humano moderno y Chimpancé

Tanto en los simios grandes, como en los monos más pequeños el canal de parto es más ancho que la cabeza del feto el cual sale recto, sin ninguna curva y además con la cara mirando a la madre. Solo se han podido documentar tres casos de hembras chimpancés que parieron a sus crías (por supuesto en un zoológico, quizás sobrealimentadas y con poca actividad física) en posición occipito-púbica, es decir, con el occipital de la cría tocando el pubis de la madre- de espaldas-, como en las hembras de nuestra especie. Falta mucho por observar sobre el parto de esta especie, ya que la observación en su hábitat es difícil.

Sea como sea, con todas las complicaciones impuestas por nuestra posición bípeda hay que abonarle que esta postura nos permitió tener las manos libres, desarrollar la pinza de precisión con nuestros dedos y el crecimiento de nuestro cerebro (una exaptación positiva); de lo contrario quizá aún seríamos un cuadrúpedo más como un  papión, gorila, gibón o chimpancé.

Bibliografía:

1.- Arsuaga, Juan Luis. El primer Viaje de Nuestra Vida

2.- Agustí, Jordi; Bufill, Enric; Mosquera, Marina. El Precio de la Inteligencia

3.- Mayr, Ernst. Por qué es Única la Biologia

4.- Vélez, Antonio. Del Big Bang al Homo sapiens

5.- Dawkins,Richard. El Cuento del Antepasado

6.- Savage-Rumbaugh, Sue. Vídeo animación del bipedismo. En Ted Conferences

EVOLUCIÓN Y BIPEDALISMO II ORIGEN

POSIBLE ORÍGEN

La evolución del bipedalismo es tan fascinante que todos los biólogos se han referido a ella alguna vez; pero Jonathan Kingdon, zoólogo y artista, fue más lejos: escribió todo un libro sobre ella, Lowly Origin, en donde se refiere a trece hipótesis, algunas de ellas no excluyentes, es decir, se pueden complementar. Pasaremos revista a las más plausibles, a la del mismo Kingdon y llegaremos hasta la de Richard Dawkins, que por supuesto es ulterior a la publicación del libro.

Chimpancé y Humano moderno

De nada sirve preguntarse sobre las ventajas del bipedalismo, porque si así fuera los creacionistas nos dirían que también serían bípedos los gorilas, chimpancés y otros mamíferos. A pesar de que hay estudios sobre ello, no hay evidencia concluyente para asegurar que con dos patas se corre mejor que con cuatro o viceversa. Todo depende del entorno en que evolucionó cada especie y la presión selectiva de sus depredadores, el ambiente o las condiciones para conseguir alimentos. El guepardo, Acinononix jubatus, o chita, mamífero cuadrúpedo, puede alcanzar velocidades entre 95 y 115 kilómetros por hora, pero en carreras cortas de sólo 400 o 600 metros y luego debe refrigerarse durante un buen tiempo antes de poder correr nuevamente. Pero todo ello lo debe a modificaciones anatómicas y estructurales: una espina dorsal flexible, un corazón mas grande proporcionalmente a su tamaño (entre los felinos) y una cola larga que le da estabilidad en la carrera ya que la utiliza como contrapeso.  El avestruz, Struthio camelus, ave bípeda, llega hasta los 90 kilómetros por hora. Aunque algunos de los ancestros de las aves, los dinosaurios, eran bípedos, no lo eran en el sentido estricto; las aves son bípedos, pero siguen siendo horizontales, no verticales como los humanos.

Con un entrenamiento adecuado, los chimpancés y otros cuadrúpedos son capaces de aprender a caminar sobre dos patas, pero también lo pueden hacer en forma espontánea. 

Los orangutanes y los gibones son mejores bípedos y los sifakas de Madagascar lo hacen con el garbo de una bailarina, brazos en alto. (Ver vídeo de Sifakas danzando en este enlace):  https://www.youtube.com/watch?v=_EvfWxVzDjY

La estructura corporal de una especie debe satisfacer las necesidades del poseedor; por eso los monos y simios cuadrúpedos son pésimos corredores. Su anatomía y fisiología evolucionó para trepar, no para correr. De tal suerte que cuando nuestros antepasados se irguieron sobre dos patas, debemos descartar que lo hicieron para competir con avestruces o guepardos. No disfrutaron de ninguna ventaja significativa en cuanto a eficiencia y velocidad o gasto energético; por tanto su beneficio  hay que buscarlo en otro lado.

Maxime Sheet-Johnstone, de la Universidad de Oregon, ha conjeturado que nuestros antepasados se irguieron sobre dos patas para hacer ostentación del pene (los machos) y las hembras para ocultar sus genitales, los cuales en las hembras cuadrúpedas quedan más  a la vista. Pero porqué sólo la debemos aplicar a nuestra especie y no a otros primates.

También se ha conjeturado que nos pusimos de pie, no por ser una buena opción de desplazamiento, sino porque nos dejaba las manos libres para hacer otras cosas, como acarrear las crías o el alimento, el cual se podía utilizar para intercambiar favores con el beneficiario. Steven Pinker dice que antes de inventarse el frigorífico, la mejor despensa era la barriga de un compañero. Pero, ¿cómo? Si una vez ingerida ya no estaba disponible. Pues en el sentido de que era una deuda de gratitud y cuando la situación se invirtiera, éste podría en compensación devolver el favor, siempre y cuando no fuera un tramposo –los políticos no eran abundantes en esos tiempos, creo-. Hay casos documentados de chimpancés que comparten el alimento a cambio de favores. ¿Ese es el origen del simbolismo del dinero? Es más, los machos lo hacen a cambio de favores sexuales y no crea que somos la excepción. Cuando un macho de nuestra especie quiere cortejar a una hembra ¿no es frecuente invitarla a cenar?
Intercambio de favores sexuales, aunque ella piense que es romántico.

El antropólogo estadounidense Owen Lovejoy, le dio una vuelta de tuerca más a esta teoría. Propone que la lactancia de una cría era un estorbo a la hora de salir a recolectar comida. Como la malnutrición es causa de escasa producción de leche también retrasa el destete; mientras la hembra está lactando es estéril. Un macho que lleve comida a la hembra acelera el destete y la vuelve más receptiva y disponible a copular; más cópulas implica mayores probabilidades de volver a tener una cría; a más crías mayor eficacia biológica, (fitness), más eficacia biológica implica un grupo más numeroso, lo cual lleva a mejores probabilidades de supervivencia comparado con otros grupos en los cuales los machos se atragantan de comida en el lugar donde la encuentran, sin acarrear nada a casa. (Ver vídeo de gorila erguido en este enlace):  https://www.youtube.com/watch?v=hATmGjYALkg

Otra hipótesis supone que nos levantamos en dos patas para incrementar la altura al atisbar por encima de la hierba de la sabana arbolada aumentando la probabilidad de detectar a las presas y a los depredadores. También implica menor exposición a los rayos del sol que a cuatro patas, el cual solo cae en la coronilla protegida por una copiosa mata de pelo. El calor se disipa más eficientemente estando en posición vertical. El pelo del cuerpo, excepto en la cabeza, las axilas, las cejas y los genitales sobraba y si le añades un incremento en la actividad de las glándulas sudoríparas, tenemos un buen argumento para explicar nuestra desnudez, en el sentido de lampiños, como lo expuso el zoólogo británico Desmond Morris – no en cueros-. No es que hayamos perdido el pelo del cuerpo completamente, tenemos la misma cantidad que un chimpancé, es que se redujo el grosor, excepto como dijimos arriba en la cabeza, las cejas, las axilas y los genitales, estos últimos tal vez sirvan como difusores de las feromonas.

Richard Dawkins acude a la selección sexual como motor de la evolución en direcciones arbitrarias sin sentido utilitario aparente-, como en el caso de la cola del pavo real; como segundo ingrediente, la tendencia a imitar, sobre todo nosotros los humanos, aunque los chimpancés también son imitadores no hay ninguna razón para creer que los australopitecinos no lo fueran; y como tercer ingrediente, la costumbre de los simios de erguirse temporalmente sobre las patas traseras en demostraciones de agresividad o de interés sexual. Quizá en alguna comunidad de nuestros antepasados se volvió de moda erguirse en las extremidades posteriores, lo cual era cool y se transmitió culturalmente –horizontalmente, es decir aprendido-, como se sabe que existe en algunas comunidades de chimpancés para “pescar” termitas con una pajita, extrayéndolas del nido, o cascar nueces con piedras. Aunque parezca “lamarckiano”, no lo es -una especie de efecto Baldwin, el cual traté aquí. Me explico, aquellos individuos que se erguían en dos patas –y quienes aprendían-, tenían mejor éxito con las hembras y por tanto mayor eficacia reproductiva –dejaban más hijos-, los que a su vez tenían mayor tendencia a imitar a sus padres. Y las hembras que tenían preferencia por aquellos machos “fanfarrones” daban a luz hijas a quienes le gustaban los ostentadores.  (Ver vídeo de chimpáncé erguido en este enlace): https://www.youtube.com/watch?v=RO2Yy0M8N0Y

Como dijimos más arriba Jonathan Kingdon propone que nuestros antepasados modificaron la cintura escapular (hombros) y pélvica producto de una pre adaptación al acuclillarse para buscar insectos, caracoles, tubérculos y todo lo comestible en el suelo. Para hacerlo necesitaban una plataforma estable (los pies) mientras sin moverse con los largos brazos escarbaban. Como andar en la copa de los árboles es caminar con los brazos el proceso se invirtió, la pelvis se volvió más flexible y la cintura escapular menos.

Diríamos que erguirse y caminar sobre las manos inferiores (pies) es una exaptacion, en la definición del paleontólogo norteamericano Stephen Jay Gould. En Biología exaptación es cuando algo que ha evolucionado por selección natural, obviamente, para determinada función termina siendo aprovechada y convertida para algo muy distinto -no es una alternativa de la selección natural, sino una ampliación y complemento-.  El ejemplo más común son las plumas de las aves que es pelo modificado y que servía para protección térmica y terminó siendo utilizada para volar; pero hay muchos más ejemplos. Los reptiles desarrollaron mandíbulas de tres huesos con bisagras múltiples para poder tragar presas grandes, pero dos de estos tres huesos llegaron a ser una exaptación que mejoraba la audición de los mamiferianos (martillo y yunque).*  Para algunos Neurocientíficos el lenguaje es una exaptación del pensamiento. También la risa después de una broma -ya que se muestran los dientes-, puede ser una exaptación que podría servir para acabar con una situación de falso peligro.

CONCLUSIÓN

La eclosión del bipedalismo cuenta desde hace varios años con la interpretación clásica de los cambios ambientales que ocurrieron en África y en otros sitios del mundo, hace entre siete y ocho millones de años (expuestos en la entrada anterior de este blog). Resumiendo, los árboles y arbustos cedieron su dominio a las praderas abiertas, cambio que coincidió con un enfriamiento global y la subsecuente expansión de los hielos en la Antártida y posiblemente por primera vez en el Ártico. En el valle del Rift se produjo la regresión de los bosques y expansión de las sabanas. Así el bipedalismo fue una respuesta a las nuevas condiciones ambientales. Este tipo de locomoción favoreció a los homínidos que salieron del bosque (obligados por la reducción de éste) para sobrevivir en la sabana. La locomoción bípeda permitió otear por encima de las altas hierbas y matorrales, además de mitigar los efectos nocivos de la exposición a los rayos del sol al reducir la superficie de exposición. La locomoción bípeda fue la respuesta eficaz a un régimen climático estacional, pero cambiante.

Para otros esta explicación no los satisface, puesto que hay algunas evidencias de que el bipedalismo se originó en el bosque y no en la sabana, como es el hecho del halux abducido (separado) de Lucy, Australopithecus afarensis y el de Little Foot Australopithecus prometheus, encontrado por Ron Clarke en 1997, en Sterkfontein, Sudáfrica; fósiles que además tiene las falanges de manos y pies curvadas como ocurre en los primates que acostumbran a agarrase a las ramas. El halux abducido es típico de animales con una función prensora como la de gorilas y chimpancés, lo cual viene a decir que no eran completamente bípedos, sino arborícolas todavía, ayudándose con manos y pies a subir a los árboles. Puede ser que aún conservaran estos rasgos a pesar del bipedalismo, pero hay que esperar por más estudios que den mayor claridad porque en estas primeras etapas de locomoción bípeda parece que tenemos unos homínidos mixtos: de cadera para arriba encontramos caracteres como el largo de los brazos o la forma de las falanges asociados a un hábitat boscoso; caderas hacia abajo, las piernas tienden a alargarse y adoptar una marcha bípeda adaptada a la sabana.

El aumento del tamaño del cerebro y la liberación de las manos son consecuencias positivas del bipedismo; pero tiene un coste, que trataremos en la próxima entrada.

*Para conocer más del tema, leer el artículo “Llenarse los Oídos de Mandíbula” del libro Ocho Cerditos de Stephen Jay Gould

EVOLUCIÓN Y BIPEDALISMO

Australopithecus afarensis en la sabana africana

El hecho de habernos convertido en bípedos, o en habernos erguido sobre las dos extremidades posteriores, dejando libres las dos superiores nos confirió ventajas evolutivas sobre el resto de los primates. Tener las manos libres nos permitió utilizarlas para lanzar objetos contra nuestros enemigos o ahuyentarlos; fabricar herramientas para cazar; dominar el fuego; transportar a nuestras crías o el alimento; copular de frente. Todos esos cambios coevolucionaron paralelamente con el  aumento de tamaño del cerebro. Es muy probable que bipedestación e incremento del tamaño cerebral caminaran juntos durante los últimos 8 millones de años, después de habernos separado de nuestro ancestro común con los chimpancés -nuestros parientes más cercanos. Cualquiera que fuera la razón por la cual nos convertimos en bípedos nos ha permitido estar a donde hemos llegado.

Existen varias teorías sobre el origen de la bipedestación, todas ellas válidas o plausibles, pero lo más probable es que no fuera una sola la causa por la cual se produjo. También es probable que varias de  ellas combinadas o reforzadas hayan iniciado el camino para que hoy podamos caminar sobre dos extremidades, a pesar de que nuestros ancestros lo hicieran sobre cuatro.

Aunque parezca desabrido y poco elegante, lo más seguro es que fuimos expulsados de la selva tropical africana hacia la sabana arbórea por cambios del clima, sobre todo por el régimen de lluvias.

CUÁNDO  Y PORQUÉ EMPEZÓ TODO

En la parte oriental de África, se encuentra la fosa del Rift y tiene una extensión de 4.830 kilómetros de norte a sur. Al norte va desde el mar rojo -el golfo de Adén- en lo que se conoce como el cuerno de África, hasta Malawi y Mozambique,  frente a la isla de Madagascar, al sur. Por la gran importancia de los fósiles de homininos que se han recuperado de este valle para el conocimiento de la evolución humana ha recibido el apelativo de cuna de la humanidad. Allí confluyen las placas tectónicas africana, Somalí, India, y Arábiga. Es el verdadero Edén y no más al noreste, entre los ríos Éufrates y Tigris, como lo relatan las fábulas judeo-cristianas. 

Gran Valle del Rift

Los rifts son áreas donde la presencia de grietas indica que la corteza está sufriendo divergencia y distensiones. Es similar a una fosa oceánica. Estas zonas son producto de la separación de las placas tectónicas y su presencia produce seísmos, actividad volcánica recurrente y siempre se localizan en el centro de las dorsales oceánicas y el Gran Valle del Rift no es la excepción.

Dentro del valle están los lagos Turkana, Victoria y Tanganika. Se empezó a formar hace unos 30 millones de años y lo más probable es que dentro de 10 millones de años, se desprenda totalmente del continente africano con lo cual éste quedaría dividido en dos. Según las estimaciones de los geólogos se está separando a un ritmo de 16 milímetros al año y algunos se atreven a afirmar que lo que hoy es Eritrea, Yibuti y el norte de Etiopía se separará primero formando una isla, antes de que el cuerno de África se desgaje por completo. Algo parecido a lo que le sucedió a lo que hoy es la isla de Madagascar, la cual se descuajó de África hace unos 130 millones de años –en el período cretácico-, dejando a su fauna aislada del resto del continente lo que la hace peculiar y única. Australia es otro ejemplo. Por eso en Madagascar no hay simios sino prosimios, como lémures, aye ayes e indris. Algunas de las especies endémicas de Madagascar pudieron llegar en troncos o balsas de vegetación naturales desde el continente, arrastradas por las corrientes y tormentas cuando la distancia no era tan pronunciada como hoy, convirtiendo a esta isla en un museo viviente de cómo era en el pasado evolutivo. Vídeo de Sifakas en Madagascar. https://www.youtube.com/watch?v=_EvfWxVzDjY

Lémures de Madagascar

Lo cierto es que cuando se formó el valle del Rift el régimen de lluvias de las selva africana empezó a cambiar. La nueva estructura geológica empezó a modificar el clima, con ello la lluvia procedente del océano Índico que otrora bañara todo el cinturón de la selva ecuatorial africana no pudo superar esta barrera y convirtió lo que antes era una frondosa vegetación de selva, en sabana arbustiva. De no haberse producido esta depresión formando el Valle del Rift, lo más seguro es que nuestros ancestros no hubieran sido empujados a salir de la selva y quizás nuestra especie no existiría, o hubiera tomado un rumbo evolutivo diferente, con lo cual ni yo estuviera escribiendo y usted leyéndolo esto.

A veces nos gustaría encontrar causas sublimes, elegantes o hermosas para explicar nuestro mundo, pero la evidencia marca que cosas tan insulsas, prosaicas o simplonas son las responsables. En fin, los cambios geológicos, la deriva continental y la tectónica de placas pueden ser los responsables de lo que llamamos civilización, producto del cerebro de Homo sapiens.

Confluencia de dos placas y Gibraltar 

Hace 5 millones de años, el Mediterráneo se desecó en un lapso asombrosamente rápido de unos cuantos miles de años –rápido comparado con las eras geológicas y no con nuestros patrones de medidas del tiempo-. Debido a un espasmo de la corteza terrestre, que unió las placas africana y europea, Gibraltar se cerró. Hoy, incluso, el Mediterráneo depende del flujo de las aguas del Atlántico que entran a través del estrecho de Gibraltar. Dado que la tasa de evaporación en el Mediterráneo oriental es muy elevada y no entra agua dulce suficiente en forma de lluvia o del vertimiento de los ríos Danubio, Nilo y Ródano -los tres principales que desembocan en el Mediterráneo-, se forma una masa de agua salada y densa que se hunde y fluye hacia el oeste hasta que finalmente sale al Océano Atlántico a través de Gibraltar; mientras el agua menos salada y menos densa, en la superficie, entra y fluye hacia el este.

Cuando Gibraltar se cerró abruptamente hace 5 millones de años se detuvo tanto la entrada de aguas marinas dulces, como la salida de aguas mediterráneas más saladas. El Mediterráneo pronto se convirtió en una depresión profunda y densamente salada y durante algún tiempo seca. La rápida evaporación del Mediterráneo se vio acelerada por el cambio climático que tuvo lugar hacia la misma época, un enfriamiento espasmódico y global del clima, detectado recientemente por los geólogos y que sería el presagio de la glaciación que sucedería 2,5 millones de años después. El efecto de este primer episodio breve de enfriamiento global sobre el ecosistema africano fue severo: con el descenso de las temperaturas el clima se hizo más seco, y los bosques húmedos dejaron paso a sabanas más abiertas.

En este estadio de hábitat boscoso y sabana emergente tuvieron lugar las etapas iniciales y críticas de la evolución humana. Así lo demuestran las pisadas del Valle del Rift en Tanzania, las huellas de tres Australopithecus afarensis, la Lucy de Donald Johansson, pues a pesar de caminar erguidos conservaban los vestigios de poder colgarse de las ramas. El pulgar del pie o hallux (dedo gordo), no era paralelo al resto de los dedos, sino que conservaba algo de la oponibilidad que le permitía agarrarse a las ramas con los pies.

Huella de Laetoli sobre ceniza volcánica

Estas pisadas fueron descubiertas por Mary Leakey (la esposa de Richard Lakey) y Richard Hay en 1976-1977. Los tres homininos, un macho una hembra y una cría, caminaron sobre la ceniza volcánica vertida por el volcán Sadiman, luego una lluvia fina y el sol secó posteriormente. Nuevas capas de ceniza volcánica las preservaron. Las huellas de la cría estaban dentro de las del macho, igual que cuando caminamos por la playa, de niños, nos da por pisar sobre las dejadas por otro caminante. El estudio de las huellas señala que caminaban hacia el norte y tranquilos, pero ya erectos con un bipedismo como el del hombre moderno: primero apoyaban el talón, luego el arco y finalmente los dedos, especialmente el hallux, para ejercer presión, adelantar el cuerpo y separar el pie del suelo. También se encontraron huellas de aves, jirafas, babuinos, gacelas, antílopes y liebres.

Huella de Laetoli (Detalle)

Datadas con el método potasio-argón demuestran que hace 3.7 millones de años ya nuestros ancestros caminaban erguidos a pesar de que la capacidad craneal no superaba los 500 centímetros cúbicos, muy similar a la de nuestros parientes más cercanos, los chimpancés.  Todo ello contradice la vieja creencia de que primero creció el cerebro y luego nos convertimos en bípedos. Los fósiles y la evidencia paleoantropológica han demostrado lo contrario: primero nos erguimos, las manos quedaron libres y se disparó el crecimiento de nuestro encéfalo.

Fueron estas sabanas arboladas las que atrajeron o quizá empujaron a los Australopithecus a salir del bosque en busca de pequeños mamíferos, carroña, bayas, raíces, tubérculos y otras especies vegetales. Ya no dependían de los frutos del bosque, pero estaban más expuestos a los depredadores, y erguirse proporcionaba una mejor vista de todo lo que estaba al frente. Caminar erguido le confería ventajas, pero costes también. Para empezar,  la postura erguida reducía la exposición al cálido sol de la sabana. Además, un incremento de la red de vasos sanguíneos en torno al cerebro, dotó a nuestros antepasados de un sistema eficiente de refrigeración. Por otro lado, para un hominino de 1,2 metros, permanecer de pie facilitaría la labor de vigilancia contra posibles depredadores. Muchos sucumbieron, pero los que sobrevivieron traspasaron esas ventajas. Así funciona la evolución.

Pero lo más importante es que al andar sobre las patas posteriores se liberaron las manos. La liberación de nuestras manos, junto con unos pulgares completamente oponibles, la visión cromática -de la que hablaremos posteriormente- y estereoscópica (en tres dimensiones) que conservamos desde nuestros antiguos días en los árboles, hizo posible la manipulación fina de objetos a un nivel no alcanzado por ningún otro animal, incluyendo a nuestros parientes más próximos dentro de los primates.

Reconstrucción de Australophitecus afarensis

Así, creemos saber cómo y por qué se desarrolló la inteligencia humana y porqué nuestra especie emprendió una carrera de procedimientos cada vez más basados en la cultura para sobrevivir: sobrevivir en los linderos de bosques y sabanas; encontrar, obtener y cazar el alimento; rechazar a los depredadores; encontrar,  y más tarde, construir refugios; descubrir, producir, dominar y hacer uso del fuego para calentarse, protegerse y, en último término preparar y ablandar los alimentos. Al liberarse las manos la imaginación se espoleó, todo ello porque Australopithecus afarensis desarrolló una marcha bípeda en respuesta a un cambio climático, un episodio de enfriamiento global que transformó el paisaje africano hace unos 5 millones de años. Y con ello el curso de nuestra evolución.