El genoma más antiguo de África reescribe la historia de la evolución humana

Publican en Science la secuenciación del genoma más antiguo del continente africano.
Los flujos migratorios desde Oriente Medio al cuerno de África influyeron de manera decisiva en la diversidad genética del continente.

África es la cuna de la humanidad. El lugar que nos permite entender las raíces de la especie humana. Hasta el momento, sin embargo, ningún estudio había logrado secuenciar el genoma ancestral obtenido a partir de fósiles del continente. La razón era la inestabilidad de la propia molécula de ADN, que se veía afectada por las condiciones de temperatura y humedad. Una nueva investigación, publicada en Science, ha conseguido analizar por primera vez el genoma más antiguo encontrado en el continente, reescribiendo la historia de la evolución humana."Las cuevas de África pueden albergar ejemplares muy bien conservados, por lo que en el futuro se secuenciarán más muestras de ADN"

El esqueleto hallado en 2012 por John y Kathryn Arthur en la Cueva Mota de Etiopía puso sobre la pista a los investigadores. La excavación, situada a una altitud de 1.963 metros en el sudoeste del país, contaba con unas buenas condiciones de temperatura y humedad. Como explica Marcos Gallego a Hipertextual, "solo se ha secuenciado ADN antiguo durante los últimos 4-5 años, lo que significa que mientras mejoraba la técnica, se ha tendido a analizar muestras mejor conservadas".

El investigador, primer autor del artículo en Science, también apunta que "las cuevas de África pueden albergar ejemplares muy bien conservados, por lo que están seguros de que en el futuro se secuenciarán más muestras de ADN antiguo en este continente". En particular, el microclima de la excavación de Etiopía permitió preservar el ADN durante 4.500 años, la edad estimada de los restos de este varón adulto que, según los análisis genómicos, pudo tener ojos marrones y piel oscura.

Cómo las migraciones afectaron a la diversidad genética

Los rasgos físicos del individuo no son la característica más llamativa de los resultados de la secuenciación genómica. Según publican en la revista Science, el análisis del ADN ancestral ha permitido trazar con más precisión la historia de la evolución humana. Las migraciones desde Oriente Medio, en particular desde las regiones de Anatolia y Mesopotamia, podrían haber tenido un mayor impacto de lo que se pensaba anteriormente.El genoma de la Cueva Mota de Etiopía es el más antiguo hallado en el continente africano

La carencia de genomas tan antiguos como el de la Cueva Mota hacía que los científicos tuvieran que conformarse con el estudio de las poblaciones contemporáneas para comprender el "flujo genético" que había ocurrido en el continente africano. Por fortuna, la investigación hoy publicada nos ayuda a reconstruir con mayor detalle la evolución de nuestra especie. El hallazgo de estos fósiles permitió la extracción y secuenciación del ADN de la porción petrosa del hueso temporal del cráneo. Al comparar las 250.000 pares de bases analizadas con 40 poblaciones africanas y 81 europeas, los investigadores vieron que el ancestro de Mota estaba más relacionado con el grupo étnico de los Ari.

El estudio comparado demostró que el genoma de Mota carecía de entre el 4 y el 7% de regiones que se encontraban tanto en el grupo de los Ari como en el resto de poblaciones africanas evaluadas. ¿Qué ocurría con esas porciones de ADN? Según los resultados presentados, las secuencias genéticas eran más similares a las que presentaban agricultores del Neolítico que habían colonizado el continente europeo 4.000 años antes.

Cueva Mota de Etiopía, excavada por primera vez por Kathryn y John Arthur.

El descubrimiento del genoma más antiguo de África ha permitido, por tanto, trazar la importante influencia de los flujos migratorios sobre la diversidad genética del continente, y por ende, la propia historia de la evolución humana. Los datos también sugieren que aquellos primeros agricultores que volvieron a estas zonas etíopes pudieron contribuir de manera significativa en los cambios relacionados con la producción alimentaria en el cuerno de África.Los nuevos pobladores de Oriente Medio contribuyeron al éxito de la agricultura y la ganadería en África

Gallego comenta a Hipertextual que "se sabe que hubo pobladores de Oriente Medio que llegaron a Europa hace 8.000 años trayendo la agricultura y la ganadería". El estudio publicado ahora muestra que, entre 3.500-4.000 años después, hubo un episodio parecido, con el mismo origen, pero esta vez hacia África. En el continente ya existían granos y cereales antes de la migración, pero según explica Gallego, "la introducción de nuevos granos, cereales y animales por los nuevos pobladores procedentes de Oriente Medio contribuyó al éxito de la agricultura en África posteriormente".

Andrea Manica, del Departamento de Zoología de la Universidad de Cambridge, también apunta que "las olas migratorias hacia esta región del continente africano podrían haber supuesto hasta un 30% de la población que allí vivía". La investigadora se pregunta qué llevaría a aquellas poblaciones a volver de vuelta al cuerno de África. Aunque esta cuestión no ha podido ser resuelta, lo cierto es que el análisis de un único genoma ancestral ha permitido abrir una nueva ventana al pasado, profundizando en la historia de la evolución humana.

Marcos Gallego Llorente et al. (Science)

Por el momento, los científicos de la Universidad de Cambridge han descartado que los flujos migratorios se debieran a algún tipo de cambio climático. Las hipótesis se centran en las transfomaciones ocurridas en la producción agrícola, ya que las migraciones coincidieron en el tiempo con la llegada de cultivos como la cebada y el trigo a la región.La secuenciación del ADN muestra la importancia de los flujos migratorios sobre la diversidad genética

La secuenciación de este genoma ancestral es un hito importante en la investigación en biología. Marcos Gallego apunta que los análisis de ADN "no solo nos ayudarán a desenmarañar las complejas migraciones de la historia humana, sino también a estudiar cómo diferentes poblaciones se han adaptado de manera diferente a climas cambiantes". Así podremos entender, por ejemplo, la adaptación de los esquimales al frío, de los etíopes o pobladores del Himalaya a las alturas o incluso a determinadas enfermedades.

Pero el trabajo presentado en Science no es importante únicamente por sus aplicaciones para comprender la evolución humana, sino que también es un gran avance técnico. Como señala Sara Monzón, de la Unidad de Bioinformática del Instituto de Salud Carlos III, "la cobertura lograda en el estudio [de 12,5x] de las muestras es elevada teniendo en cuenta el origen de las mismas".


En el análisis común de un exoma (la región codificante del genoma), se suelen secuenciar con coberturas de 100x y de 20x en los genomas contemporáneos. "La fiabilidad técnica del trabajo, considerando la antigüedad del ADN, es todo un logro", apunta la científica. Un éxito que además nos permite conocer con más detalle nuestro propio origen, y volver la vista atrás hacia el pasado de la especie humana.

Tomado de: https://hipertextual.com/2015/10/evolucion-genoma-mas-antiguo

Artículo original: Ancient Ethiopian genome reveals extensive Eurasian admixture throughout the African continent

Un estudio compara la evolución de las capacidades visoespaciales en neandertales y humanos modernos

Un trabajo del Centro Nacional de Investigación sobre la Evolución Humana (CENIEH) ha comparado en dos estudios la evolución de las capacidades visual y espacial de humanos modernos y neandertales, y ha constatado como estos últimos no ampliaron las áreas parietales dedicadas a estas funciones como lo hicieron los humanos modernos.

Además, las marcas en sus dientes denotan el uso habitual de la boca para manipular objetos con mayor frecuencia que cualquier población de 'Homo sapiens'.

El investigador Emiliano Bruner, autor de este trabajo, revisó en la revista 'Quaternary International' la importancia de la evolución de las áreas parietales en los homínidos, que radica en que estas áreas representan un nudo crucial para todas las funciones visoespaciales.

Éstas permiten integrar el cuerpo con el espacio y con los objetos, "incluyendo procesos a pequeña escala, como la manipulación, o a una escala más amplía, como la orientación", señala el investigador, que ha contado con la participación de Atsushi Iriki, del Riken Brain Institute de Tokio (Japón).

Al integrar antropología, paleontología, primatología y neurociencias, el trabajo pone en evidencia el papel de las funciones visoespaciales (capacidad para representar, analizar y manipular un objeto mentalmente) en la gestión de la relación entre cerebro, cuerpo y objetos.

"Los cambios en estas funciones podrían haber aumentado el nivel de integración entre nuestro cerebro y el ambiente externo, ampliando nuestras capacidades cognitivas, al disponer de elementos e informaciones del ambiente exterior, y no solo de los recursos de nuestro sistema nervioso", ha explicado a 'Sinc' Bruner.

INTEGRACIÓN ENTRE CEREBRO, CUERPO Y CULTURA MATERIAL

Además, el investigador también ha publicado otro estudio sobre las capacidades de integración visoespacial de neandertales y humanos modernos publicado en la revista 'Journal of Anthropological Sciences', que forma parte de la segunda parte de una serie de comentarios científicos acerca de unos posibles límites en la integración entre cerebro, cuerpo y cultura material en los neandertales.

"Las poblaciones neandertales no presentan una ampliación de las áreas parietales dedicadas a la integración visoespacial parecida a los humanos modernos, y al mismo tiempo muestran marcas en los dientes que denotan el uso habitual de la boca para manipular objetos, con una frecuencia y un grado mucho mayor que cualquier población de 'Homo sapiens'", ha explicado este experto.

Con esta hipótesis, Emiliano Bruner y la investigadora del IPHES de Tarragona Marina Lozano se cuestionan si el uso tan frecuente de los dientes, que podría considerarse "arriesgado" dada su importancia en la alimentación, pudo haber sido consecuencia de una capacidad de integración entre ojo y mano --compensada con la ayuda de la boca--, y entre cerebro y objeto menos especializada que en nuestra especie.

Tomado de: http://noticias.lainformacion.com/ciencia-y-tecnologia/paleontologia/un-estudio-compara-la-evolucion-de-las-capacidades-visoespaciales-en-neandertales-y-humanos-modernos_A0jnfEWYbCwdQMvTr15jh3/

Documental El origen del hombre y su evolución

Yale researchers map ‘switches’ that shaped the evolution of the human brain

Thousands of genetic “dimmer” switches, regions of DNA known as regulatory elements, were turned up high during human evolution in the developing cerebral cortex, according to new research from the Yale School of Medicine.

Unlike in rhesus monkeys and mice, these switches show increased activity in humans, where they may drive the expression of genes in the cerebral cortex, the region of the brain that is involved in conscious thought and language. This difference may explain why the structure and function of that part of the brain is so unique in humans compared to other mammals.

The research, led by James P. Noonan, Steven K. Reilly, and Jun Yin, is published March 6 in the journal Science.

In addition to creating a rich and detailed catalogue of human-specific changes in gene regulation, Noonan and his colleagues pinpointed several biological processes potentially guided by these regulatory elements that are crucial to human brain development.

“Building a more complex cortex likely involves several things: making more cells, modifying the functions of cortical areas, and changing the connections neurons make with each other. And the regulatory changes we found in humans are associated with those processes,” said Noonan, associate professor of genetics, an investigator with the Kavli Institute for Neuroscience, and senior author of the study. “This likely involves evolutionary modifications to cellular proliferation, cortical patterning, and other developmental processes that are generally well conserved across many species."

Scientists have become adept at comparing the genomes of different species to identify the DNA sequence changes that underlie those differences. But many human genes are very similar to those of other primates, which suggests that changes in the way genes are regulated — in addition to changes in the genes themselves — is what sets human biology apart.

Up to this point, however, it has been very challenging to measure those changes and figure out their impact, especially in the developing brain. The Yale researchers took advantage of new experimental and computational tools to identify active regulatory elements — those DNA sequences that switch genes on or off at specific times and in specific cell types — directly in the human cortex and to study their biological effects.

First, Noonan and his colleagues mapped active regulatory elements in the human genome during the first 12 weeks of cortical development by searching for specific biochemical, or “epigenetic” modifications. They did the same in the developing brains of rhesus monkeys and mice, then compared the three maps to identify those elements that showed greater activity in the developing human brain. They found several thousand regulatory elements that showed increased activity in human.

Next, they wanted to know the biological impact of those regulatory changes. The team turned to BrainSpan, a freely available digital atlas of gene expression in the brain throughout the human lifespan. (BrainSpan was led by Kavli Institute member Nenad Sestan at Yale, with contributions from Noonan and Pasko Rakic, a co-author on this study.) They used those data to identify groups of genes that showed coordinated expression in the cerebral cortex. They then overlaid the regulatory changes they had found with these groups of genes and identified several biological processes associated with a surprisingly high number of regulatory changes in humans.

“While we often think of the human brain as a highly innovative structure, it’s been surprising that so many of these regulatory elements seem to play a role in ancient processes important for building the cortex in all mammals, said first author Steven Reilly. “However, this is often a hallmark of evolution, tinkering with the tools available to produce new features and functions.”

Next, Noonan and colleagues plan to investigate the function of some of the regulatory changes they identified by introducing them into the mouse genome and studying their effects on mouse brain development.

Tomado de: http://news.yale.edu/2015/03/05/yale-researchers-map-switches-shaped-evolution-human-brain

World’s oldest butchery tools gave evolutionary edge to human communication

Two and a half million years ago, our hominin ancestors in the African savanna crafted rocks into shards that could slice apart a dead gazelle, zebra or other game animal. Over the next 700,000 years, this butchering technology spread throughout the continent and, it turns out, came to be a major evolutionary force, according to new research from UC Berkeley, the University of Liverpool and the University of St. Andrews, both in the UK.

Combining the tools of psychology, evolutionary biology and archaeology, scientists have found compelling evidence for the co-evolution of early Stone Age slaughtering tools and our ability to communicate and teach, shedding new light on the power of human culture to shape evolution.

Reported today (Jan.13) in the journal Nature Communications, the study is the largest to date to look at gene-culture co-evolution in the context of prehistoric Oldowan tools, the oldest-known cutting devices. It suggests communication among our earliest ancestors may be more complex than previously thought, with teaching and perhaps even a primitive proto-language occurring some 1.8 million years ago.

“Our findings suggest that stone tools weren’t just a product of human evolution, but actually drove it as well, creating the evolutionary advantage necessary for the development of modern human communication and teaching,” said Thomas Morgan, lead author of the study and a postdoctoral researcher in psychology at UC Berkeley.

Video by Phil Ebiner and Roxanne Makasdjian
“Our data show this process was ongoing two and a half million years ago, which allows us to consider a very drawn-out and gradual evolution of the modern human capacity for language and suggests simple ‘proto-languages’ might be older than we previously thought,” Morgan added.

Morgan and University of Liverpool archaeologist Natalie Uomini arrived at their conclusions by conducting a series of experiments in teaching contemporary humans the art of “Oldowan stone-knapping,” in which butchering “flakes” are created by hammering a hard rock against certain volcanic or glassy rocks, like basalt or flint (see video demonstration above).

Oldowan stone-knapping dates back to the Lower Paleolithic period in eastern Africa, and remained largely unchanged for 700,000 years until more sophisticated Acheulean hand-axes and cleavers, which marked the next generation of stone tool technology, came on the scene. It was practiced by some of our earliest ancestors, such as Homo habilis and the even olderAustralopithecus garhi, who walked on two legs, but whose facial features and brain size were closer to those of apes.

In testing five different ways to convey Oldowan stone-knapping skills to more than 180 college students, the researchers found that the demonstration that used spoken communication – versus imitation, non-verbal presentations or gestures – yielded the highest volume and quality of flakes in the least amount of time and with the least waste.

To measure the rate of transmission of the ancient butchery technology, and establish whether more complex communication such as language would get the best results, study volunteers were divided into five- or 10-member “learning chains.” The head of the chain received a knapping demonstration, the raw materials and five minutes to try their hand at it. That person then showed it to the next person in the chain, who in turn showed the next person, and so on. Their competence picked up significantly with verbal instruction.

“If someone is trying to learn a skill that has lots of subtlety to it, it helps to engage with a teacher and have them correct you,” Morgan said. “You learn so much faster when someone is telling you what to do.”

As for what the results mean for the Oldowan hominins: “They were probably not talking,” Morgan said. “These tools are the only tools they made for 700,000 years. So if people had language, they would have learned faster and developed newer technologies more rapidly.”

Without language, one can assume that a hominin version of, say, Steve Jobs would have been hard-pressed to pass on visionary ideas. Still, the seeds of language, teaching and learning were planted due to the demand for Oldowan tools, the study suggests, and at some point hominins got better at communicating, hence the advent of Acheulean hand-axes and cleavers some 1.7 million years ago.

“To sustain Acheulean technology, there must have been some kind of teaching, and maybe even a kind of language, going on, even just a simple proto-language using sounds or gestures for ‘yes’ or ‘no,’ or ‘here’ or ‘there,’” Morgan said.

Indeed, the data suggest that when the Oldowan stone-tool industry started, it was most likely not being taught, but communication methods to teach it were developed later.

“At some point they reached a threshold level of communication that allowed Acheulean hand axes to start being taught and spread around successfully and that almost certainly involved some sort of teaching and proto-type language,” Morgan said.

In addition to Morgan and Uomini, co-authors and researchers on the paper are Luke E. Rendell, Sally E. Street, Hannah M. Lewis, Catherine P. Cross, Cara Evans, Ronan Kearney, Andrew Whiten and Kevin N. Laland, all at the University of St. Andrews in Scotland, Ignacio de la Torre at University College London and Laura Chouinard-Thuly at McGill University in Canada.

Tomado de: http://newscenter.berkeley.edu/2015/01/13/stone-age-tools/