A propósito de la evolución del sistema nervioso

 Salvador Guirado

 El descubrimiento de que vertebrados e invertebrados expresan genes similares (los genes homeobox) durante el desarrollo de regiones comparables ha tenido un enorme impacto en promocionar la re-emergencia del campo de la biología evolutiva de desarrollo. De esta re-emergencia ha salido especialmente favorecida la biología evolutiva del sistema nervioso, ya que, utilizando herramientas de la biología molecular, se han estudiado los cambios de los genes homeobox ocurridos en el curso de la evolución, pero también de los canales iónicos, de los factores tróficos, de los neurotransmisores y de sus receptores, o de moléculas señalizadoras. Estos datos sobre los cambios acaecidos se pueden someter a un análisis cladístico que nos ayudará a comprender las relaciones filogenéticas entre las especies estudiadas.
Como consecuencia de todos estos estudios se ha puesto de manifiesto una enorme constancia de la organización básica del sistema nervioso de grupos de animales filogenéticamente distantes. Cada vez que un nuevo estudio describe que compartimos determinados genes con otros mamíferos, un ratón por ejemplo, pero que también los compartimos con moscas o gusanos, la noticia parece hacer feliz a aquellos que consideran al universo entero como una unidad, panvitalistas herederos más o menos informados de las ideas de Paracelso y sus seguidores; asimismo, la noticia puede ser de lo más desazonadora para aquellos que piensen que la evolución está ordenada (encaminada) a la aparición de seres inteligentes: ¿cómo puede mi sistema nervioso compartir tantas cosas con el de un gusano? (En este punto sería necesaria una dosis de indulgencia y generosidad por parte del lector y no empezar a hacer odiosas comparaciones).
Bien es verdad que simplemente es posible ver en estos genes y procesos compartidos que, junto a una enorme diversidad de diseños animales, existen unos principios organizativos unificadores y unos procesos comunes del desarrollo. Hoy día se sabe qué es lo que hace que una célula se vaya a convertir en célula nerviosa. La especificación en Drosophila para que una célula se convierta en célula nerviosa y de que haya un límite preciso con el resto del células vecinas (yo sí, tú no) proviene de un sistema de señalización donde interviene el gen Notch, de tal manera que una célula nerviosa inhibe a sus vecinas para impedir que se transformen en células nerviosas, por lo que dichas células se transforman en células epiteliales. Los vertebrados compartimos procesos de señalización semejentes. Por supuesto, en el desarrollo del sistema nervioso de vertebrados influye de manera prominente la inducción del mesodermo y otros procesos como el de migración celular, que parecen no haber estado presentes en el ancestro común a protostomos y deuterostomos.
También compartimos genes que tienen que ver con la neurogénesis. Por ejemplo, aquellos que generan las diferencias en el eje antero-posterior del sistema nervioso. Todos los animales con simetría bilateral comparten la generación de las diferencias estructurales a lo largo del eje antero-posterior conforme a la información posicional provista por el complejo de genes Hox, lo cual hace que todos tengamos muchas semejanzas en el diseño corporal. ¿Quiere esto decir que porque estos genes que tienen una extrema conservación de sus secuencias se expresen en el cerebro de una mosca (entiéndase aquí cerebro en sentido de la parte más anterior del sistema nervioso) y en el de un ratón, tengamos que admitir que ambos cerebros tienen un origen común? Más bien no. Lo que parece claro es que compartimos mecanismos de información posicional en el eje antero-posterior. Y que esos mecanismos se desarrollaron una vez en el curso de la evolución y se han conservado en todos los animales con simetría bilateral. Después, cada grupo utiliza estos mecanismos para modelar sus respectivos cerebros evolutivamente independientes (¿servirá esto de consuelo?).
Algo parecido podríamos decir del eje dorso-ventral del primitivo tubo nervioso. De la interacción entre los patrones de expresión (patrones tanto espaciales como temporales) de los genes Œantero-posteriores? y de los Œdorso-ventrales? se produce una regionalización dentro del cerebro que es también bastante conservada en vertebrados. El estudio de esta expresión ha dado lugar al desarrollo de un modelo de la formación del sistema nervioso central de vertebrados en forma de unidades repetitivas y comparables entre distintos grupos de animales, llamadas rombómeros y prosómeros según afecten respectivamente a la parte posterior o anterior del cerebro. De nuevo aquí una pregunta fundamental para el estudio de la evolución del sistema nervioso ¿son homólogas (comparten un origen común) aquellas regiones del cerebro de distintos animales que expresan estos mismos genes? La pregunta no es inocua. Afecta a gran parte de la investigación más moderna que se está haciendo en estos momentos en neurobiología comparada, disciplina que se mueve con rapidez hacia el terreno de la biología molecular. Mi respuesta es que no necesariamente. Es posible que esas regiones compartan mecanismos de información posicional y de emigración neuronal, aun de conexiones parecidas, pero que hayan evolucionado independientemente (es decir, que no se pueda establecer un origen común) como poníamos de manifiesto con el ejemplo en el que comparábamos el cerebro de la mosca con el del ratón.
Lo que me parece realmente interesante ahora que han sido descritos muchos ejemplos de conservación de genes, es que quizás ha llegado el turno de prestar más atención a los orígenes de las divergencias. Es decir, tenemos que explorar de qué formas se modifican los mecanismos conservados evolutivamente para poder construir cerebros iguales pero distintos.
Las preguntas son numerosísimas en cada uno de los niveles en los que podemos estudiar un sistema nervioso. Sea al nivel molecular, al celular o al de circuitos y redes neuronales hay muchas preguntas por resolver: ¿se originan los distintos tipos de células nerviosas sólo por cambios sutiles en algunas propiedades de las moleculas que las componen?, ¿qué es lo que regula la formación de un árbol dendrítico complejo o de un terminal axónico, que son siempre iguales pero distintos para células nerviosas similares, como igual pero distinto es un naranjo a otro naranjo?, ¿afectan esos cambios morfológicos a su función?, ¿cómo se generan las redes neuronales?, ¿y cómo cambian durante el curso de la evolución, y cuál es el impacto de ese cambio en la conducta de los animales? No tenemos por el momento modelos adecuados para responder a estas y tantas otras preguntas. Lo que es cierto es que los sistemas nerviosos de distintos grupos animales comparten muchas cosas, desde mecanismos de formación, a neurotransmisores, receptores, y hasta circuitos neuronales. Eso no debería extrañar. Los diferentes organismos, tal y como los conocemos, y al mismo tiempo los órganos que los componen, son el fruto de la aparición al azar de mutaciones que necesariamente tienen que someterse a la selección natural, para utilizar dos conceptos tan ampliamente aceptados. Ahora bien, si en el azar de la aparición de nuevas mutaciones las posibilidades son infinitas, quizás no lo sean tanto las posibilidades que permite la selección natural.

 Salvador Guirado es Profesor Titular de Biología Animal en la Universidad de Málaga