Dulce (r)evolución

 

Este es un mundo dulce, pese a que a veces nos sepa a amargo. El azúcar o, mejor dicho, los grupos de azúcares simples y complejos de los que se componen las distintas formas de vida que pueblan los rincones de nuestro planeta, dan sentido, contenido, calor y forma a esta existencia que a veces entraña más interrogantes que certezas, pues resulta extraño estudiar aquello que puedes describir sin saber su cometido, más que vivir con certezas inciertas. Nuestro cerebro, que a veces nos insiste con que lo bauticemos como el elemento más complejo del universo, consume la quinta parte de esta forma de energía que ingerimos desde que el carbono se estableció como la base para toda la vida conocida. Es por ello por lo que intentaré explicar el papel de los azúcares en la evolución de los seres humanos de una forma menos dulce de lo habitual, pero con mucho sabor.


Los primates, especialmente los antropoides, tenemos cerebros que son relativamente grandes en comparación con los de otros mamíferos. Por ello, muchos hemos investigado a lo largo de la historia de nuestras disciplinas a la hora de proponer distintas explicaciones que puedan arrojar cierta luz sobre cómo evolucionó el tamaño del cerebro y sus regiones en nuestro linaje, identificando con más o menos acierto las variables sociales, genéticas y ecológicas que puedan darnos pistas para acercarnos a la razón que nos hace tan especiales.

Como os propuse en mi artículo piloto, la Hipótesis del Cerebro Social postula(ba) que la complejidad social y el tamaño grupal son dos de los grandes impulsores e indicadores de la complejidad cognitiva de los monos y los simios, y que las presiones sociales condujeron inevitablemente a la evolución del gran cerebro que poseemos. Esta idea se apoya en las evidencias que indican relaciones positivas entre el volumen de este órgano y su corteza con el tamaño de los grupos de los primates y, pese a que no hay evidencia real en su contra, como todo proceso complejo, la evolución necesita de un mosaico de colores y sabores mucho más amplio que explique esta dirección de ida y vuelta. En este sentido, la dieta de los primates es otra pieza a tener en cuenta y ahora os explicaré el (los) porqué(s).

Los primeros estudios que sugirieron el factor ecológico, esto es, principalmente la dieta como explicación para la variación relativa del tamaño de nuestros sesos primates, fueron consistentes con el procesamiento de la carne y otros alimentos en fases relativamente tardías en este largo recorrer al que llamamos género Homo (Wranham, 2010), pero necesitábamos de otros factores que explicaran un origen ancestral y diferenciador con otros mamíferos, más allá de nuestra sociabilidad incluso, y que se remontara a la génesis de nuestra gran familia, donde entran los azúcares.

Como ya os dije, este es un mundo dulce. Los azúcares gobiernan la biomasa del planeta con dos grandes familias, los monosacáridos y los polisacáridos. Los primeros son las formas más sencillas de azúcar, pues no pueden descomponerse en elementos más sencillos, y a este grupo pertenecen algunos tan conocidos como la fructosa o la glucosa, la principal fuente de energía de las células. Los segundos son grandes cadenas de monosacáridos que forman fuentes de energía en reserva, como el almidón de las plantas y el glucógeno de los animales, o forman grandes estructuras en los seres vivos como la celulosa, la molécula orgánica más abundante de la Tierra.

Como bien sabéis, a los monos nos encantan las frutas y otros alimentos de origen vegetal ricos en fructosa. Hemos estudiado tanto estos dulces que sabemos, con cierta certeza, cómo aquellos animales (principalmente primates) que tienen predominancia de dieta frugívora tienen un cerebro cerca de un 25% mayor que aquellos cuya dieta es folívora, esto es, predominante en hojas (Jerison, 1973). Esta diferencia se acompaña de un aumento de 1,08 mil millones de neuronas más de media para los frugívoros de peso corporal promedio, con más células nerviosas para la misma masa corporal que probablemente indiquen un mayor poder de procesamiento que va más allá del mantenimiento y control corporal. De hecho, en algunos estudios (Clutton-Brock y Harvey, 1980; Harvey, 1990) se corrobora este punto con, al menos, tres presiones selectivas en el procesamiento cognitivo de los primates frugívoros, como son la necesidad de almacenamiento y recuperación de información espacial, las demandas cognitivas para el forrajeo extractivo e intensivo de las frutas y semillas, y el mayor almacenamiento de energía (junto con una mejor calidad de la dieta calórica) necesaria en el crecimiento del cerebro pre y postnatal, que en su conjunto pudieron compensar los costes que implican tener un sistema nervioso central caro en detrimento de una asignación de energía menor para el tracto digestivo (Martin, 1983), que no necesariamente necesita ser más pequeño ni en correlación negativa con el cerebro (Navarrete, 2011).

Además, la rápida expansión en términos evolutivos del cráneo homínido sugiere una serie de elementos que probablemente vayan en la dirección de la gestión de estos recursos, junto con los indicadores propios de la inteligencia técnica y social (Barton, 2014) que he desarrollado en las anteriores entregas. Como bien comenté, el marco evolutivo de la aparición de nuestro género Homo hace más de 2 millones de años viene dado por, entre otras cosas, una serie de cambios ambientales cuya presión selectiva nos impulsó a colonizar definitivamente otros hábitats, menos frondosos y más necesitados de la puesta a prueba de nuestro cerebro, la navaja suiza que nos hasta permitido llegar hasta aquí. Se ha sugerido que, por aquel entonces, una de estas presiones ambientales fue un pariente del párasito de la malaria o paludismo conocido como Plasmodium reichenowi, que afecta en la actualidad a los grandes simios africanos y al cual tenemos cierta resistencia a diferencia del Plasmodium falciparum, que causa más de un millón de muertes en humanos al año, el 99% para esta enfermedad, y ante el cual tanto chimpancés, como bonobos o gorilas, son prácticamente inmunes (Qari, 1996).

Estos patógenos, junto con virus y bacterias, tienen el gusto de adherirse a los glóbulos rojos de la sangre a través de un tipo de azúcares que conocemos como ácidos siálicos, entre los cuales los más conocidos son el ácido N-acetilneuroanímico (o Neu5Ac) y el ácido N-glicolilneuroanímico (o Neu5Gc), siendo el primero el predominante y al que a veces se le conoce simplemente como ácido siálico (sic), y el segundo un azúcar abundante en la mayoría de los mamíferos, menos en humanos. La expresión del Neu5Gc en el cerebro de los animales es extremadamente baja a diferencia del resto de órganos en general, lo que implica que probablemente sea perjudicial para el sistema nervioso, y además está vinculado a ciertas enfermedades, como el cáncer, por el consumo de carnes rojas (Raju, 2000; Varki, 2001), aunque se necesita investigar más a fondo esta cuestión.

El gen asociado a este último azúcar, el CMAH, lleva inactivo en los Homo desde hace unos 2 millones de años, pero sigue intacto en los demás simios del Viejo Mundo, y se entiende como una condición ancestral derivada de la presión selectiva producida por los antígenos de Neu5Gc ante el antecesor del Plasmodium reichenowi (Varki, 2017). Es decir, nos volvimos inmunes a la malaria al menos durante un tiempo, y en esto tienen mucho que decir los juegos de selección sexual de nuestro género que permiten avanzar sin desgaste hasta un final, o una serie de finales, que algunos atisbamos como reposiciones de la misma película que nunca termina por acabar con nuestra especie.

Como indiqué anteriormente, el acceso de los patógenos conocidos hacia los mamíferos que hacen de huésped se realiza al unirse a estos azúcares monosacáridos de la superficie celular. Las proteínas de unión microbiana involucradas en estas interacciones pueden mostrar una especifididad exquisita por la estructura y el enlace precisos de los ácidos siálicos (Sharon, 1996). Por lo tanto, la pérdida del Neu5Gc en detrimento del Neu5Ac (predominante en nuestros cerebros) habría conferido protección contra patógenos como el de la malaria que prefiere el Neu5Gc, al tiempo que aumenta el éxito de aquellos parásitos, virus y bacterias que prefieren al Neu5Ac (Varki, 2009), y esto puede explicar varias cosas.

Dados los variados desafíos intrínsecos y extrínsecos del sistema inmunológico, no es sorprendente que cada linaje evolutivo desarrolle características distintivas hacia la inmunorreactividad y que los mecanismos de tolerancia fallen, lo que permite la aparición de la autoinmunidad y los seres humanos parecemos propensos a padecer muchas enfermedades autoinmunes, con mecanismos tanto genéticos como ambientales. Con esto hago hincapié en que otro sistema biológico de rápida evolución, además del sistema nervioso, involucra a los ácidos siálicos. A lo largo de varias décadas, hemos explorado y detectado múltiples cambios genómicos en la biología del ácido siálico que ocurrieron en los ancestros humanos, algunos con implicaciones para una mayor inmunorreactividad y, por lo tanto, para la autoinmunidad y la aparición de ciertas enfermedades modernas. Los ancestros humanos perdieron la enzima que sintetiza el acido siálico común de los mamíferos, el Neu5Gc, con una acumulación del precursor del ácido siálico Neu5Ac. Los cambios resultantes incluyen una mayor reactividad de algunas células inmunitarias y una mayor capacidad de los macrófagos para matar las bacterias, a costa del aumento de la sensibilidad a la endotoxinas bacterianas. Con la posible excepción del sistema nervioso y el sistema reproductivo, el sistema inmunológico parece ser el más propenso a la evolución rápida (Van Valen, 1973), conjunta a la Reina Roja que explicaré en la siguiente entrada, y se encuentra bajo un aluvión constante de patógenos y porquerías de rápida evolución, incluso mientras evaden el mimetismo molecular por otros microbios, y minimizando el daño al huésped, a través de una dirección errónea o autoinmunidad.

De hecho, incluso se ha discutido si el aspecto adaptativo del sistema inmunológico de los vertebrados era un paso en falso evolutivo (Hedrick, 2004). Por supuesto, el sistema inmunológico innato también puede reaccionar de forma exagerada, contribuyendo con componentes inflamatorios propios de la autoinmunidad. Por lo tanto, en cualquier momento dado durante la evolución de un organismo o linaje (como el suspiro que es nuestra existencia en términos evolutivos), la reactividad de los componentes del sistema inmunológico refleja, directa o indirectamente, la protección inmunológica exitosa de un linaje dado en un pasado reciente o lejano. En este sentido, aunque el uso de ratones como modelos para seres humanos es extremadamente valioso, también es algo limitado, dado que un ancestro común entre estas dos especies ya existía antes de que los dinosaurios se extinguieran. Por otro lado, la información inmunológica sobre los parientes más cercanos a los humanos (esto es, los grandes simios) está limitada por el pequeño número de individuos de estas especies que se han estudiado cuidadosamente en cautiverio (Prado-Martínez, 2013), aunque en condiciones que son algo similares, y con las limitaciones éticas que implica (Varki, 2011). La expresión de este azúcar puede explicar, al menos parcialmente, la hiperreactividad relativa de las células T y B humanas (Soto et al, 2010), incluida la marcada reacción exagerada y apoptótica de las células T humanas a la infección por VIH (Soto et al, 2013). Por supuesto, es muy común decir que los chimpancés también contraen el SIDA, pues además se producen síndromes similares a la expresión de la enfermedad propias de seres humanos en chimpancés infectados por el VIS o Virus de la Inmunodeficiencia Simia (Keele, 2010) , con la diferencia de que la gran mayoría de los chimpancés que fueron infectados experimentalmente con el VIH en el siglo pasado se han mantenido con vida los años que suele vivir la especie, a pesar de la presencia del virus en su sangre aunque, por supuesto, es probable que otros mecanismos también contribuyan a marcar la diferencia (Stabell et al, 2016).

Está claro que ciertos microbios que causan enfermedades diarreicas graves en animales de granja, como los cerdos o las vacas, tienen cierta preferencia por el azúcar Neu5Gc (Kyogashima, 1989) y los humanos somos inmunes, por tanto, a la infección. Es razonable especular que este mecanismo de defensa pudo haber facilitado la domesticación de algunas especies animales al limitar la transferencia de sus patógenos a aquellos sapiens modernos que los cuidaban, pastoreaban y que, finalmente, comían. Es más, podemos especular incluso que esta diferencia clave ayudara a las migraciones mundiales por las que se conoce nuestra especie, pues durante centenares de miles de años estuvimos en contacto con diversas formas patógenas propias de las nuevas especies de animales salvajes que fuimos cruzándonos a lo largo de todo este camino.

En definitiva, las hembras homininas de hace entre 2 y 3 millones de años, posiblemente a través de un proceso gradual de selección por ataque de patógenos de la malaria, provocaron que la mutación que determinó la eliminación del exón crítico del gen CMAH y su posterior inactivación hasta nuestros días, se aislaran genéticamente al desarrollar anticuerpos anti-Neu5Gc que impedía crear descendencia poseedora de esta forma de azúcar en las células humanas de una manera endógena, lo que implicó que únicamente se reprodujeran con aquellos compañeros que también poseían la mutación, provocando así que su población se volviera cada vez más y más homocigota (o similar entre sí) y estuviera al borde de la extinción al crear un cuello de botella pero que, con los recursos propios de nuestra subfamilia bípeda especializada en la adaptabilidad ante nuevos ambientes y desafíos, estableció las bases para crear un nuevo género al que denominamos Homo. La pérdida de este gen, en este momento tan crítico para nosotros, podría contribuir a comprender la evolución humana, pues comenzamos a usar herramientas de piedra, aumentando el consumo de carne y, posiblemente, cazando piezas menores. Como he nombrado antes, coincide con importantes cambios evolutivos en la transición de los homininos de bosques a sabanas abiertas, incluida la adaptación biomecánica hacia un bipedalismo completamente acelerado, mayor consumo de otros animales que seguían poseyendo la expresión del Neu5Ga y ante el cual nos volvimos parcialmente inmunes (lo que comúnmente denominamos como xenosialitis), un aumento tanto del cuerpo como del cerebro y un desarrollo más temprano de la primera industria lítica. Lo que, en definitiva, yo llamo una dulce (r)evolución que dura hasta nuestros días.

© 2018 José Miguel Martínez Gázquez

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