El palio es la región del cerebro donde se forma la neocorteza en mamíferos, esa región del cerebro responsable de funciones cognitivas y complejas y que más diferencia a los humanos del resto de especies. El palio ha sido tradicionalmente considerado una estructura comparable entre mamíferos, aves y reptiles, variando tan sólo en niveles de complejidad. Se asumía que esta región albergaba tipos neuronales similares, con circuitos equivalentes para el procesamiento sensorial y cognitivo. Estudios previos habían identificado la presencia de neuronas excitatorias e inhibitorias compartidas, así como patrones generales de conectividad que sugerían una evolución similar en estas especies de vertebrados. Sin embargo, los nuevos estudios han revelado que, aunque las funciones generales del palio sean equivalentes entre estos grupos, los mecanismos de desarrollo y la identidad molecular de sus neuronas han divergido sustancialmente a lo largo de la evolución.

El primer estudio, desarrollado por Eneritz Rueda-Alaña y Fernando García Moreno en ACHUCARRO y apoyados por un equipo multidisciplinar de colaboradores de los centros vascos CICbioGUNE y BCAM, el madrileño CNIC, la Universidad de Murcia, Krembil (Canadá) y la Universidad de Estocolmo, muestra que aunque aves y mamíferos han desarrollado circuitos con funciones similares, la forma en que estos circuitos se generan durante el desarrollo embrionario es radicalmente diferente. “Sus neuronas nacen en lugares y momentos del desarrollo diferentes para cada especie” explica el Dr. García Moreno, director del laboratorio de desarrollo y evolución cerebral, “indicando que no son neuronas comparables derivadas de un ancestro común”. Mediante análisis de transcriptómica espacial y modelado matemático, los investigadores encontraron que las neuronas responsables del procesamiento sensorial en aves y mamíferos se conforman empleando grupos de genes diferentes.  “Las herramientas genéticas que utilizan para cimentar su identidad celular varía de unas especies a otras, cada una muestra tipos celulares nuevos y únicos”. Todo ello indica que estas estructuras y circuitos no son homólogos, sino el resultado de evolución convergente, es decir, “han llegado a generar estos circuitos neuronales esenciales mediante caminos evolutivos diferentes”.

El segundo estudio, abunda en estas diferencias. Llevado a cabo en la Universidad de Heidelberg (Alemania) y co-dirigido por Bastienne Zaremba, Henrik Kaessmann y Fernando García Moreno, proporciona un atlas detallado de los tipos celulares en el cerebro de las aves y lo compara con el de mamíferos y reptiles. “Hemos podido describir los cientos de genes que emplea cada tipo de neurona en estos cerebros, célula a célula, para compararlos con herramientas de bioinformática”. Los resultados muestran que las aves han conservado la mayoría de las neuronas inhibitorias presentes en otros vertebrados, desde hace cientos de millones de años. Sin embargo, sus neuronas excitatorias encargadas de la transmisión de la información en el palio, han evolucionado de manera única. Tan sólo se identificaron algunos tipos celulares en el cerebro aviar con perfiles genéticos similares a otras presentes en mamíferos, como el claustro y el hipocampo, lo que sugiere que algunas neuronas son muy antiguas y compartidas. “Sin embargo, la mayoría de las neuronas excitatorias han evolucionado de modos nuevos y diferentes en cada especie” detalla el Dr. García-Moreno.

Los estudios, publicados en Science, utilizaron técnicas avanzadas de transcriptómica espacial, neurobiología del desarrollo, análisis de células individuales y modelado matemático para trazar la evolución de los circuitos cerebrales en aves, mamíferos y reptiles.

Reescribiendo la historia evolutiva del cerebro

“Nuestros estudios demuestran que la evolución ha encontrado múltiples soluciones para construir cerebros complejos”, explica el Dr. García-Moreno. “Las aves han desarrollado circuitos neuronales sofisticados a través de mecanismos propios, sin seguir el mismo camino que los mamíferos. Esto cambia la forma en que entendemos la evolución del cerebro.”

Estos hallazgos subrayan la flexibilidad evolutiva del desarrollo cerebral, mostrando que funciones cognitivas avanzadas pueden emerger a través de vías celulares y genéticas muy diferentes.

La relevancia del estudio evolutivo del cerebro

“Nuestro cerebro nos hace humanos, pero también nos une al resto de especies animales a través de una historia evolutiva compartida” explica el Dr. García Moreno. El descubrimiento de que aves y mamíferos han desarrollado circuitos neuronales de forma independiente tiene importantes implicaciones para la neurociencia comparada. Comprender los diferentes programas genéticos que dan lugar a tipos neuronales específicos podría abrir nuevas vías para la investigación en neurodesarrollo. El Dr. García Moreno apuesta por este tipo de investigación básica, “sólo entendiendo cómo se forma el cerebro, tanto en su desarrollo embrionario como en su historia evolutiva, podremos alcanzar a comprender cómo funciona”.