Como nós, humanos, nos tornamos o que somos hoje é uma questão que os cientistas vêm tentando responder há muito tempo. Como evoluímos essas habilidades cognitivas avançadas, dando origem a uma linguagem complexa, poesia e ciência espacial? De que forma o cérebro humano moderno é diferente do cérebro de nossos parentes evolutivos mais próximos, como os neandertais e os denisovanos?
Ao reintroduzir genes antigos dessas espécies extintas em “minicérebros” humanos – aglomerados de células-tronco cultivadas em um laboratório que se organizam em versões minúsculas de cérebros humanos – os cientistas começaram a encontrar novas pistas.
Muito do que sabemos sobre a evolução humana vem do estudo de fósseis e ossos antigos. Sabemos que os neandertais e denisovanos divergiram dos humanos por volta de 500.000-600.000 anos atrás, e que os últimos neandertais não desapareceram da Europa até cerca de 40.000 anos atrás.
A pesquisa também mostrou que humanos e neandertais se cruzam e que os neandertais eram muito mais sofisticados do que se pensava anteriormente.
Ao estudar o tamanho e a forma de crânios fossilizados, também sabemos que os cérebros de humanos arcaicos eram quase do mesmo tamanho que os crânios humanos modernos, senão maiores, e parecem ter formas diferentes. No entanto, embora tais variações possam estar correlacionadas com diferentes habilidades e funções cognitivas, os fósseis não podem explicar sozinhos como as formas afetam a função. Felizmente, os avanços tecnológicos recentes forneceram um novo caminho para a compreensão de como somos diferentes de nossos parentes extintos.
O sequenciamento do DNA antigo permitiu aos cientistas comparar os genes dos neandertais e denisovanos com os dos humanos modernos. Isso ajudou a identificar diferenças e semelhanças, revelando que compartilhamos a maior parte de nosso DNA com neandertais e denisovanos.
Ainda assim, em regiões específicas, existem variantes de genes transportados exclusivamente por humanos modernos. Essas regiões de DNA específicas para humanos podem ser responsáveis por características que separam nossa espécie de nossos parentes extintos. Ao compreender como esses genes funcionam, podemos, portanto, aprender sobre as características que são exclusivas dos humanos modernos.
Estudos comparando sequências de DNA arcaicas e modernas identificaram diferenças em genes importantes para a função, comportamento e desenvolvimento do cérebro – em particular genes envolvidos na divisão celular e sinapses (que transmitem impulsos nervosos elétricos entre as células). Isso sugere que o cérebro humano amadurece mais lentamente do que o do Neandertal.
Especificamente, o desenvolvimento do córtex orbitofrontal em bebês, que se acredita estar envolvido na cognição de ordem superior, como a tomada de decisões, pode ter mudado de maneira significativa, mas sutil, desde a separação dos neandertais. Os humanos também atingem a maturidade sexual mais tarde do que seus ancestrais, o que pode ajudar a explicar por que vivemos mais.
Cérebros em crescimento
Há muito tempo não está claro quais mudanças evolutivas foram as mais importantes. Uma equipe de cientistas liderada por Alysson Muotri da Universidade da Califórnia, em San Diego, publicou recentemente um estudo na Science que lançou alguma luz sobre essa questão.
Eles fizeram isso criando mini cérebros – que são conhecidos cientificamente como “organoides” – a partir de células-tronco derivadas da pele. Os organóides do cérebro não são conscientes da maneira como nós somos – eles são muito simples e não atingem tamanhos maiores do que cerca de cinco ou seis milímetros, devido à falta de suprimento de sangue. Mas eles podem emitir ondas cerebrais e desenvolver redes neurais relativamente complexas que respondem à luz.
A equipe inseriu uma versão extinta de um gene envolvido no desenvolvimento do cérebro nos organoides usando a tecnologia CRISPR-Cas9 ganhadora do prêmio Nobel, frequentemente descrita como “tesoura genética”, que permite a edição e manipulação precisa de genes.
Sabemos que a versão antiga do gene estava presente em neandertais e denisovanos, enquanto uma mutação posteriormente mudou o gene para a versão atual que os humanos modernos carregam.
Os organóides projetados exibiam várias diferenças. Eles se expandiram mais lentamente do que os organóides humanos e alteraram a formação de conexões entre os neurônios. Eles também eram menores e tinham superfícies ásperas e complexas em comparação com os organóides humanos modernos lisos e esféricos.
Uma mutação motriz?
O estudo identificou 61 genes que são diferentes entre humanos modernos e arcaicos. Um desses genes é NOVA1, que tem um papel essencial na regulação da atividade de outros genes durante o desenvolvimento inicial do cérebro. Ele também desempenha um papel na formação de sinapses.
A atividade alterada de NOVA1 foi previamente encontrada para causar distúrbios neurológicos, como microcefalia (levando a uma cabeça pequena), convulsões, atraso de desenvolvimento grave e um distúrbio genético denominado disautonomia familiar, sugerindo que é importante para a função normal do cérebro humano. A versão que os humanos modernos carregam tem uma mudança em uma única letra do código. Essa mudança faz com que o produto do gene, a proteína NOVA1, tenha uma composição diferente e possivelmente uma atividade diferente.
Ao analisar os organóides, os cientistas descobriram que o gene NOVA1 arcaico mudou a atividade de 277 outros genes – muitos deles estão envolvidos na criação de sinapses e conexões entre as células cerebrais. Como resultado, os mini cérebros tinham uma rede de células diferente das de um ser humano moderno.
Isso significa que a mutação em NOVA1 causou mudanças essenciais em nossos cérebros. Uma mudança em uma única letra do código do DNA possivelmente desencadeando um novo nível de função cerebral em humanos modernos. O que não sabemos é como exatamente isso aconteceu.
A equipe disse que acompanhará sua descoberta fascinante investigando os outros 60 genes com mais detalhes, para ver o que acontece quando você altera cada um ou uma combinação de vários.
Sem dúvida, é uma área de pesquisa intrigante, com os organóides fornecendo informações importantes sobre os cérebros dessas espécies antigas. Mas estamos apenas no começo. A manipulação de um único gene não captura a verdadeira genética Neandertal e Denisovana. Mas ainda pode ajudar os cientistas a entender como funcionam alguns genes específicos de humanos.
Itzia Ferrer e Per Brattás para SingularityHub.
