El sorprendente vínculo entre el plomo y la evolución humana

Un nuevo estudio internacional desafió la creencia de que la exposición al plomo es un problema moderno. Investigadores encontraron que los ancestros humanos enfrentaron la exposición al plomo durante más de dos millones de años, sugiriendo que este metal tóxico pudo haber desempeñado un papel inesperado en la evolución de los cerebros, el comportamiento y posiblemente el lenguaje de los homínidos.

La investigación, publicada en Science Advances, también ofrece una nueva perspectiva sobre por qué los humanos modernos superaron a los Neandertales. Experimentos con organoides cerebrales cultivados en laboratorio que contenían variantes genéticas neandertales mostraron una reacción más fuerte al plomo en comparación con los organoides con genética humana, lo que sugiere que los neandertales pudieron haber sido más vulnerables a los efectos neurológicos del plomo.

El equipo de investigación, que incluyó a científicos de la Southern Cross University en Australia, el Icahn School of Medicine en Nueva York y la University of California San Diego, combinó química de fósiles, experimentos con organoides cerebrales y genética evolutiva para descubrir cómo el plomo influyó en la historia de los homínidos.

Pruebas de exposición antigua al plomo en dientes fósiles

Durante años, se asumió que la toxicidad del plomo estaba estrechamente relacionada con la industria humana, incluyendo la fundición y el uso de gasolina y pintura con plomo. Sin embargo, esta perspectiva cambió cuando los investigadores analizaron 51 dientes fósiles de varios homínidos y grandes simios, incluyendo Australopithecus africanus, Paranthropus robustus, Homo temprano, Neandertales y Homo sapiens. Los dientes mostraron claros rastros químicos de exposición intermitente al plomo que se remontan a casi dos millones de años.

La geociencia de alta precisión realizada en el GARG Facility de la Southern Cross University y en los laboratorios de Exposomics de Mount Sinai reveló distintas "bandas de plomo" en el esmalte y la dentina. Estas bandas se formaron durante la infancia e indican períodos recurrentes de ingesta de plomo de fuentes ambientales, como agua contaminada, suelo o actividad volcánica, o de plomo almacenado en los huesos del cuerpo y liberado durante momentos de estrés o enfermedad.

"Nuestros datos muestran que la exposición al plomo no fue solo un producto de la Revolución Industrial, sino que formó parte de nuestro paisaje evolutivo", afirmó el Profesor Renaud Joannes-Boyau, jefe del grupo de investigación GARG en la Southern Cross University.

"Esto significa que los cerebros de nuestros ancestros se desarrollaron bajo la influencia de un potente metal tóxico, que pudo haber moldeado su comportamiento social y habilidades cognitivas a lo largo de milenios".

Cómo el plomo interactuó con el desarrollo cerebral temprano

Para comprender el impacto funcional de esta exposición, el equipo estudió organoides cerebrales humanos, que sirven como modelos simplificados de desarrollo cerebral temprano. Evaluaron cómo el plomo afectó dos versiones de un gen clave de desarrollo conocido como NOVA1, que regula la expresión genética bajo la exposición al plomo durante el neurodesarrollo. La versión moderna de NOVA1 difiere de la variante observada en los neandertales y otros homínidos extintos, aunque la razón de este cambio evolutivo no estaba clara anteriormente.

Los organoides que portaban la variante NOVA1 similar a la de los neandertales mostraron interrupciones sustanciales en neuronas que expresan FOXP2 en la corteza y el tálamo cuando fueron expuestos al plomo. Estas regiones cerebrales son esenciales para el desarrollo del lenguaje y el habla. En contraste, los organoides con el gen NOVA1 moderno mostraron mucha menos interrupción.

"Estos resultados sugieren que nuestra variante de NOVA1 pudo haber ofrecido protección contra los efectos neurológicos nocivos del plomo", comentó el Profesor Alysson Muotri, profesor de Pediatría y Medicina Celular y Molecular en el UC San Diego Sanford Stem Cell Institute.

"Es un ejemplo extraordinario de cómo una presión ambiental, en este caso, la toxicidad del plomo, pudo haber impulsado cambios genéticos que mejoraron la supervivencia y nuestra capacidad de comunicarnos mediante el lenguaje, pero que ahora también influyen en nuestra vulnerabilidad a la exposición moderna al plomo".

Perspectivas genéticas sobre el ascenso de los humanos modernos

Los datos genéticos y proteómicos del estudio mostraron que la exposición al plomo en organoides con variantes genéticas arcaicas interrumpió múltiples vías relacionadas con el neurodesarrollo, la comunicación y el comportamiento social. Las interrupciones en FOXP2 son especialmente notables debido a su papel bien establecido en el habla y el lenguaje. Estos resultados sugieren que la presión a largo plazo de toxinas ambientales pudo haber empujado rasgos cognitivos y comunicativos por diferentes caminos evolutivos en humanos modernos y neandertales.

"Este estudio muestra cómo nuestras exposiciones ambientales moldearon nuestra evolución", afirmó el Profesor Manish Arora, profesor y vicepresidente de Medicina Ambiental.

"Desde la perspectiva de la competencia entre especies, la observación de que las exposiciones tóxicas pueden ofrecer una ventaja de supervivencia general ofrece un nuevo paradigma para que la medicina ambiental examine las raíces evolutivas de los trastornos vinculados a exposiciones ambientales".

Lo que significa la exposición antigua al plomo para nosotros hoy

Aunque la exposición moderna al plomo se relaciona principalmente con actividades industriales, sigue siendo una amenaza seria para la salud, especialmente para los niños. Los nuevos hallazgos indican que la susceptibilidad humana al plomo puede estar profundamente arraigada en nuestro pasado evolutivo y moldeada por interacciones entre genes y condiciones ambientales.

"Nuestro trabajo no solo reescribe la historia de la exposición al plomo", agregó el Profesor Joannes-Boyau, "sino que también nos recuerda que la interacción entre nuestros genes y el medio ambiente ha estado moldeando nuestra especie durante millones de años, y sigue haciéndolo".

La investigación se basó en dientes fósiles de África, Asia, Europa y Oceanía, utilizando un mapeo geocanómico detallado para rastrear episodios de ingesta de plomo en la infancia. Paralelamente, se utilizaron organoides cerebrales que contenían genes NOVA1 modernos o arcaicos para estudiar cómo el plomo afectó el desarrollo cerebral, prestando especial atención a FOXP2, un gen central para el lenguaje. Se combinaron análisis genéticos, transcriptómicos y proteómicos para construir una comprensión amplia de cómo el plomo pudo haber influido en la evolución de la cognición y el comportamiento social de los homínidos.