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La evolución y la complejidad de las sinapsis
( Creces, 2008 )
La ventaja del cerebro humano, en relación al de otras especies, no estaría en su
mayor tamaño, sino en la creciente complejidad molecular a nivel de la conexión
post sináptica de las neuronas, que llega a tener 1100 proteínas receptoras
diferentes, capaces de recibir los más diversos mensajes en las diferentes áreas
del cerebro. En ello podría residir nuestra capacidad de pensar y sentir.
Seth Grant, que trabaja en el Wellcome Trust Sanger Institute en Hinxton, durante años
ha estado estudiando las conexiones que existen entre las neuronas (sinapsis). Grant y
sus asociados han llegado al convencimiento que lo más importante que ha ocurrido en la
evolución del cerebro radica en la creciente complejidad de las conexiones neuronales. El
cerebro humano ha llegado a desarrollar un complejo circuito neuronal, constituido por
más de un cuatrillón de sinapsis ("Funcionamiento cerebral y la mente"), donde lo más
trascendente no está en el número de conexiones neuronales, sino en la complejidad
alcanzada en el sistema de comunicación existente de cada una de ellas. Específicamente
en la cantidad de proteínas diferentes capaces de recibir e interpretar las más variadas
señales que envía otra neurona.
Cuando una célula nerviosa se activa transforma el estímulo eléctrico en químico,
liberando substancias que se han denominado "neurotransmisores”. Estas pasan muy
rápido a través de la sinapsis, hasta alcanzar la membrana de otra célula nerviosa,
denominada membrana post sináptica. Es esta la que está sembrada de receptores que
reciben las señales externas y las transmiten al interior de la célula (figura 1). "Se trata de
1100 proteínas que entretejidas en la membrana constituyen la estructura más compleja
conocida", dice Grant
Estas proteínas serían la base de la evolución del cerebro. El ha encontrado, en las
diferentes especies, crecientes complejidades en el contenido de proteínas de la
membrana post sináptica. Ellas podrían explicar el incremento de las capacidades
cognitivas alcanzada en los vertebrados. "Para explicar la diferencia del cerebro humano
respecto al de otras especies inferiores, no habría que fijarse tanto en su mayor tamaño,
sino en esta creciente complejidad de proteínas que están ubicadas en las conexiones
sinápticas".
De acuerdo a sus hallazgos, de las estructuras de las membranas de los invertebrados
serían menos relevantes para el cerebro humano, como hasta ahora se ha asumido por los
investigadores. "Las versiones de los textos clásicos sostienen que las sinapsis son iguales
en la babosa que en los humanos, pero ahora, de acuerdo a los hallazgos de Grant, éstas
resultan ser en los humanos muy diferentes", señala Svante Pääbo del Instituto para
Antropología Evolutiva del Instituto Max Planck en Leipzig, Alemania.
Muchos biólogos expertos en evolución han atribuido las propiedades únicas del cerebro
humano simplemente a su relativo mayor tamaño y a la complejidad de su corteza (“Qué
hace que sea único el cerebro humano"). Pero ahora de acuerdo a los aportes de Grant,
parece claro que la diferencia más importante no es esa, sino la creciente complejidad
molecular que se ha ido produciendo a nivel de las sinapsis las que permitirían una amplia
interacción, radicando en ellos nuestra capacidad de pensar y de sentir. "Hay clases de
proteínas que van apareciendo a tiempos diferentes durante el proceso evolutivo, y el
mayor tamaño cerebral sería la consecuencia de esta creciente complejidad", señala
Grant.
Las primeras investigaciones de Grant se relacionaron con la descripción de las estructuras
proteicas de las sinapsis, para más adelante pasar a estudiar la evolución histórica
evolutiva de 650 proteínas que operan en la recepción post sináptica del cerebro de la
rata. Ubicó los genes que operaban para estas proteínas post sinápticas en 19 especies
diferentes, entre las que incluyó tunicotes, mosquitos, nematodos, moscas, peces, sapos
vacas, perros, chimpancés y humanos (figura 2). Aun cuando las levaduras carecen de
sistema nervioso, en sus membranas celulares encontró un 20% de las mismas proteínas
que se encontraban en las sinapsis de las neuronas de las ratas. Los insectos y nematodos
tenían el doble de las proteínas de las levaduras. Mientras que en los vertebrados tenían
todos los genes para las mismas proteínas que había descrito en las ratas. "Hasta ahora
nadie había reparado de las diferencias del contenido de proteínas en las diferentes
especies".
Más adelante, él y sus colegas examinaron específicamente las diferencias en diversas
especies de un grupo importante de proteínas de la membrana post sináptica. Se trataba
del complejo que forma en la membrana post sináptica el NRC/MASC, que se sabe es clave
en la recepción y transmisión de las señales que llegan y activan las células post
sinápticas. Parte del "NRC" tiene en su núcleo el receptor "glutamato N-metil-D-Aspartato"
(NMDA), que es importante en el aprendizaje y la memoria, mientras que el "MASC" en la
membrana se asocia al complejo guanilato kinasa.
El y su grupo encontraron en vertebrados, que el complejo NRC/MASC puede empaquetar
más de 100 proteínas. Estas incluyen receptores de neurotransmisores, receptores de
iones del canal de calcio, proteínas que conectan las señales con proteínas dentro de la
célula, enzimas quinasas que se unen a los canales de calcio y proteínas que mantienen el
complejo en su adecuada configuración. Según Grant, en los invertebrados muy pocas de
estas proteínas están comprometidas. En cambio en los vertebrados el complejo
NRC/MASC tiene más receptores y proteínas asociadas, como también un mayor número
de enzimas que ayudan a recibir y trasmitir las señales.
Estos cambios evolutivos son los que permiten en los vertebrados una mayor diversidad
en la recepción y elaboración de señales. Estudiando 22 zonas diferentes del cerebro de
ratas (hipocampo, diversas regiones de la corteza, cerebelo, etc.) encuentran diferencias
en la estructura proteica del complejo NRC/MASC, tanto de proteínas como de genes
comprometidos. "Estos importantes estudios abren un nuevo campo para explorar
aspectos cognitivos que se han ido desarrollando a través de la evolución", señala Pääbo.
Probablemente a este nivel es donde reside la particularidad del cerebro humano que lo
hace tan diferente con respecto al cerebro de otros animales superiores y en él residiría su
gran capacidad cognitiva, de experimentar emociones y complejos razonamiento.
Para mayor información ver: Elizabeth Pennisi. "Brain Evolution on the Far Side".
Science, vol. 314, Octubre 13 del 2006).
Artículo extraído de CRECES EDUCACIÓN - www.creces.cl