Gracias al análisis de haplotipos del DNA mitocondrial (heredado vía materna), del cromosoma Y (heredado vía paterna) y del genoma completo (herencia de ambos padres) se ha podido dibujar el mapa de las migraciones del
Homo sapiens. Estos estudios han permitido inferir que
nuestra especie tuvo su origen en algún lugar de África hace unos 195 000 años. En la historia de la humanidad el tamaño de la población efectiva (los que dejaron descendientes) en promedio ha sido de unos 10 000 individuos. Así, este número relativamente bajo de individuos junto con una alta frecuencia de intercambio de genes entre poblaciones y el escaso tiempo transcurrido hasta nuestros días no ha permitido acumular suficientes cambios en las poblaciones, lo cual explica la baja diversidad genética humana existente en la actualidad y, por tanto, la gran similitud entre dos humanos de poblaciones geográficamente alejadas.
El estudio de la evolución humana se ha basado sobre todo en el análisis morfológico de restos fósiles (fenotipo esquelético) e información proveniente de los restos arqueológicos. Sin embargo, en los últimos años los avances tecnológicos han permitido obtener información genética incluso de especies extintas. El DNA, a pesar de ser una molécula muy estable, está sujeto a daños como fragmentación o depurinización y no perdura más de unos miles de años y sería necesario que se mantuviese por debajo de cero grados para que el DNA se preservase durante mucho más tiempo. La cantidad de información generada desde que hace 16 años comenzaran a desarrollarse técnicas de análisis de DNA antiguo de homininos es tal que está cambiando la visión que teníamos sobre nuestros orígenes. Así, gracias al análisis de un fragmento del gen MC1R de neandertal sabemos hoy día que probablemente eran de piel clara y pelo rojizo. Sin embargo, el salto cualitativo se ha producido al aplicar técnicas de secuenciación masiva en paralelo o ultrasecuenciación al estudio de secuencias y estructuras de genomas de especies extintas (disciplina conocida como paleogenómica). Así, al contrario de las técnicas utilizadas normalmente en genética forense como el análisis de DNA repetitivo o STR o el análisis de DNA mitocondrial, cromosoma Y o variaciones de un único nucleótido (SNP) en estudios de paleogenética, las técnicas de ultrasecuenciación han permitido estudiar genomas nucleares antiguos.
Las técnicas de ultrasecuenciación permiten obtener lecturas de DNA de una muestra compleja como puede ser un resto óseo en el que no sólo hay DNA del organismo que estaba vivo, sino también de las bacterias y hongos que han crecido sobre éste e incluso del personal que lo ha manipulado. La técnica de secuenciación por pirosecuenciación 454 (Roche) utilizada inicialmente se basa en la unión de adaptadores a cadenas de doble hebra, las cuales posteriormente se fijan a unas esferas microscópicas, se amplifican por PCR en emulsión y se secuencian en una microplaca mediante una secuenciación por síntesis. Este método permite leer hasta 1 500 000 secuencias de unos 700 nucleótidos de longitud. Hoy día se emplean técnicas de ultrasecuenciación basadas en la plataforma Illumina, que genera lecturas más cortas (30-35 pares de bases) pero con una mayor redundancia.
Los neandertales fueron los parientes más cercanos al humano moderno y vivieron en Eurasia en un periodo que se extiende desde hace unos 300.000 a 30.000 años. A partir principalmente de tres fragmentos de hueso de neandertal excavados en Croacia, así como muestras de El Sidrón (Asturias) y Alemania se publicaba en Science en mayo de 2010 el primer borrador del genoma nuclear neandertal. El investigador Svante Pääbo, del Instituto Max Planck de Antropología Evolutiva en Leipzig (Alemania) lideraba un equipo internacional en el que participaban varios investigadores españoles. A pesar de la baja eficiencia del proceso de secuenciación, dado que menos del 5% de las lecturas correspondían a neandertal, unos escasos 400 mg de hueso bastaron para conseguir casi cinco mil millones de bases de secuencias de DNA neandertal. La sorpresa inesperada derivada del análisis del genoma neandertal fue detectar que un 2,5% del DNA de las poblaciones de humanos modernos europeos y asiáticos pero no africanos procede originariamente de neandertales. Dado que nuestros ancestros y los neandertales coincidieron en espacio y tiempo, este resultado evidencia la existencia de un flujo génico entre ambos grupos.
Figura 4. Protocolo anticontaminación en El Sidrón. Fuente: Equipo de El Sidrón. Cortesía del Dr. Carles Lalueza-Fox.
Pero 2010 deparaba más sorpresas en el campo de la evolución humana: la revista Nature publicaba a finales de ese mismo año el genoma de un denisovano (nombre tomado de la cueva de Denisova, en Siberia), grupo de homininos que pudieron pertenecer a una población arcaica y que habrían evolucionado en Asia durante el Pleistoceno Medio. En esta ocasión, la única muestra de la que se partió fue de una pequeña falange del dedo meñique y dado que sólo se han encontrado además un par de dientes, lo único que sabemos de su aspecto físico es que eran de piel, ojos y cabello oscuro. El análisis de este nuevo genoma mostró que los denisovanos estaban emparentados con los neandertales y que divergieron de ellos hace unos 640.000 años evolucionando en paralelo en Asia y Eurasia respectivamente. A su vez, los humanos modernos, neandertales y denisovanos compartieron un ancestro común hace unos 800.000 años. El análisis tanto de DNA mitocondrial como nuclear de restos de hasta tres individuos encontrados en diferentes niveles de la cueva de Denisova muestran tanta variabilidad como pueden mostrar dos humanos actuales procedentes de diferentes continentes y una mayor variación incluso que los seis genomas mitocondriales de neandertal publicados hasta la fecha. Esta diversidad, junto con el legado genético presente en algunas poblaciones humanas sugiere que los denisovanos debieron ocupar una vasta área geográfica desde Siberia a Asia tropical y que posiblemente superaron en número a los neandertales. Otro resultado inesperado fue el descubrimiento de que los denisovanos contribuyeron con cerca de un 4,5% al genoma de individuos de Papúa Nueva Guinea y aborígenes australianos, lo cual sugiere que también hubo cruces entre éstos y los primitivos Melanesios.
Sin embargo, la baja redundancia entre las secuencias obtenidas de neandertal y de denisova dificultaba la identificación de diferencias en dichas secuencias. En 2012, sin embargo, se publicaba la secuencia genómica de denisova a partir de esta misma muestra de la falange encontrada con una calidad equivalente a la de un genoma humano actual. Para ello los investigadores habían introducido una modificación en el método de preparación del DNA antiguo con el que preparaban las librerías genómicas que consiste en partir de secuencias de DNA de simple hebra y no de doble hebra como se venía haciendo, se pudo recuperar una mayor cantidad de DNA a partir de muestras muy pequeñas y escasas. Aplicando esta nueva técnica, Pääbo ha indicado en una comunicación reciente –todavía sin publicar– la secuencia de un genoma de neandertal con mucha mayor calidad que el precedente a partir de un pequeño hueso del pie encontrado en la misma cueva de Denisova. Además, adelanta que hasta un 4% del genoma denisova procede de un cuarto hominino arcaico aún desconocido.
La evolución de las poblaciones humanas es por tanto mucho más compleja de lo que se suponía hace algunos años, en la que, como indica el investigador Carles Lalueza-Fox (Instituto Biología Evolutiva, Barcelona), los diferentes cruzamientos propuestos entre los distintos linajes hacen que el árbol evolutivo de los humanos se asemeje más a una red. Los neandertales evolucionaban en Europa y Oeste de Asia en paralelo a la evolución de denisovanos en Asia y antes de su extinción se cruzarían con los ancestros de los humanos modernos que se movían hacia Oceanía y Melanesia y que procedían de las oleadas migratorias procedentes de África hace entre 60 000 y 40 000 años.
El amplio catálogo de diferencias observadas entre los genomas del chimpancé, humano moderno, neandertal y denisova permitirá en el futuro delimitar los cambios genéticos específicos del humano actual que posibilitaron los avances tecnológicos y cognitivos más importantes en nuestra evolución.
