miniaturadeimagen| Evolución del cerebro del simio al hombre La evolución del cerebro se refiere al desarrollo progresivo y la complejidad de las estructuras neuronales a lo largo de millones de años, lo que dio como resultado la diversa gama de tamaños y funciones cerebrales que se observan en diferentes especies hoy en día, particularmente en los vertebrados.
La evolución del cerebro ha exhibido adaptaciones divergentes dentro de las clases taxonómicas, como los mamíferos, y adaptaciones aún más diversas en otras. La relación cerebro-cuerpo varía alométricamente. Esto significa que a medida que cambia el tamaño del cuerpo, también lo hacen otras conexiones fisiológicas, anatómicas y bioquímicas entre el cerebro y el cuerpo. Los mamíferos de cuerpo pequeño tienden a tener cerebros relativamente grandes en comparación con sus cuerpos, mientras que los mamíferos más grandes (como las ballenas) tienen proporciones cerebro-cuerpo más pequeñas. Cuando se representa el peso del cerebro frente al peso corporal de los primates, la línea de regresión de los puntos de muestra puede indicar la capacidad cerebral de una especie. Por ejemplo, los lémures están por debajo de esta línea, lo que sugiere que, para un primate de su tamaño, se esperaría un cerebro más grande. Por el contrario, los humanos se encuentran muy por encima de esta línea, lo que indica que están más encefalizados que los lémures y, de hecho, más encefalizados que cualquier otro primate. Esto sugiere que los cerebros humanos han experimentado un aumento evolutivo mayor en complejidad en relación con el tamaño. Algunos de estos cambios se han relacionado con múltiples factores genéticos, incluidas proteínas y otros orgánulos.
Historia temprana Un enfoque para comprender la evolución general del cerebro es utilizar una línea de tiempo paleoarqueológica para rastrear la necesidad de una complejidad cada vez mayor en las estructuras que permiten la señalización química y eléctrica. Debido a que los cerebros y otros tejidos blandos no se fosilizan tan fácilmente como los tejidos mineralizados, los científicos a menudo buscan otras estructuras como evidencia en el registro fósil para comprender la evolución del cerebro. Esto, sin embargo, conduce a un dilema, ya que la aparición de organismos con sistemas nerviosos más complejos con huesos protectores u otros tejidos protectores que pueden fosilizarse fácilmente ocurre en el registro fósil antes de que haya evidencia de señalización química y eléctrica. La evidencia de 2008 mostró que la capacidad de transmitir señales eléctricas y químicas existía incluso antes de que aparecieran formas de vida multicelulares más complejas.
Sin embargo, la fosilización del tejido cerebral, así como de otros tejidos blandos, es posible, y los científicos pueden inferir que la primera estructura cerebral apareció hace al menos 521 millones de años, con tejido cerebral fósil presente en sitios de conservación excepcional.
Otro enfoque para comprender la evolución del cerebro es observar los organismos actuales que no poseen sistemas nerviosos complejos y comparar las características anatómicas que permiten la transmisión de mensajes químicos o eléctricos. Por ejemplo, los Choanoflagellatea son organismos que poseen varios canales de membrana que son cruciales para la señalización eléctrica. Los canales de membrana de los coanoflagelados son homólogos a los que se encuentran en las células animales, y esto está respaldado por la conexión evolutiva entre los primeros coanoflagelados y los ancestros de los animales. Otro ejemplo de organismos existentes con capacidad de transmitir señales eléctricas es la esponja de vidrio, un organismo multicelular, capaz de propagar impulsos eléctricos sin la presencia de un sistema nervioso.
Antes del desarrollo evolutivo del cerebro, se desarrollaron las redes nerviosas, la forma más simple de un sistema nervioso. Estas redes nerviosas fueron una especie de precursoras de los cerebros evolutivamente más avanzados. Se observaron por primera vez en Cnidaria y consisten en un número de neuronas distribuidas que permiten al organismo responder al contacto físico. Son capaces de detectar rudimentariamente alimentos y otras sustancias químicas, pero estas redes nerviosas no les permiten detectar la fuente del estímulo.
Los Ctenophora también demuestran este precursor crudo de un cerebro o sistema nervioso centralizado, sin embargo, divergieron filogenéticamente antes del filo Porifera (las esponjas) y Cnidaria. Existen dos teorías actuales sobre el surgimiento de las redes nerviosas. Una es que las redes nerviosas pueden haberse desarrollado independientemente en los ctenóforos y los cnidarios. La otra afirma que un ancestro común puede haber desarrollado redes nerviosas, pero se perdieron en Porifera. Al comparar el tamaño promedio de las neuronas y la densidad de empaquetamiento, se muestra la diferencia entre los cerebros de los primates y los mamíferos.
Una tendencia en la evolución del cerebro según un estudio realizado con ratones, pollos, monos y simios concluyó que las especies más evolucionadas tienden a preservar las estructuras responsables de los comportamientos básicos. Un estudio humano a largo plazo que comparó el cerebro humano con el cerebro primitivo descubrió que el cerebro humano moderno contiene la región rombencéfalo primitiva, lo que la mayoría de los neurocientíficos llaman cerebro protoreptiliano. El propósito de esta parte del cerebro es mantener las funciones homeostáticas fundamentales, que son procesos de autorregulación que los organismos utilizan para ayudar a sus cuerpos a adaptarse. El puente troncoencefálico y el bulbo raquídeo son estructuras importantes que se encuentran allí. Una nueva región del cerebro se desarrolló en los mamíferos unos 250 millones de años después de la aparición del rombencéfalo. Esta región se conoce como el cerebro paleomamífero, cuyas partes principales son el hipocampo y la amígdala, a menudo denominados sistema límbico. El sistema límbico se ocupa de funciones más complejas, incluidas las conductas emocionales, sexuales y de lucha. Por supuesto, los animales que no son vertebrados también tienen cerebro, y sus cerebros han pasado por historias evolutivas separadas.
El tronco encefálico y el sistema límbico se basan en gran medida en núcleos, que son esencialmente grupos de neuronas muy compactas y las fibras axónicas que las conectan entre sí, así como con neuronas en otras ubicaciones. Las otras dos áreas principales del cerebro (el cerebro y el cerebelo) se basan en una arquitectura cortical. En la periferia exterior de la corteza, las neuronas están dispuestas en capas (cuyo número varía según la especie y la función) de unos pocos milímetros de espesor. Hay axones que transcurren entre las capas, pero la mayoría de la masa axonal está debajo de las propias neuronas. Dado que las neuronas corticales y la mayoría de sus tractos de fibras axónicas no tienen que competir por el espacio, las estructuras corticales pueden escalar más fácilmente que las nucleares. Una característica clave de la corteza es que, como se escala con el área de superficie, se puede colocar una mayor cantidad de ella dentro de un cráneo introduciendo circunvoluciones, de la misma manera que se puede meter una servilleta de comida en un vaso arrugándola. El grado de convolución es generalmente mayor en especies con comportamiento más complejo, que se benefician del aumento del área superficial.
El cerebelo, o "pequeño cerebro", está detrás del tronco encefálico y debajo del lóbulo occipital del cerebro en los humanos. Sus funciones incluyen la coordinación de tareas sensoriomotoras finas y puede estar involucrado en algunas funciones cognitivas, como el lenguaje y diferentes habilidades motoras que pueden involucrar manos y pies. El cerebelo ayuda a mantener el equilibrio. El daño al cerebelo provocaría que todas las funciones físicas de la vida se vieran afectadas. La corteza cerebelosa humana es finamente contorneada, mucho más que la corteza cerebral. Sus tractos de fibras axónicas interiores se denominan arbor vitae o árbol de la vida.
El área del cerebro con la mayor cantidad de cambios evolutivos recientes se denomina neocórtex. En los reptiles y los peces, esta zona se llama palio y es más pequeña y simple en relación con la masa corporal que la que se encuentra en los mamíferos. Según las investigaciones, el cerebro se desarrolló por primera vez hace unos 200 millones de años. Es responsable de funciones cognitivas superiores, por ejemplo, el lenguaje, el pensamiento y formas relacionadas de procesamiento de información. También es responsable del procesamiento de la información sensorial (junto con el tálamo, una parte del sistema límbico que actúa como enrutador de información). El tálamo recibe las diferentes sensaciones antes de que la información pase a la corteza cerebral. La mayor parte de su función es subconsciente, es decir, no está disponible para la inspección o intervención de la mente consciente. El neocórtex es una elaboración o crecimiento de estructuras del sistema límbico, con el que está estrechamente integrado, es la parte principal que controla muchas funciones cerebrales ya que cubre la mitad del volumen del cerebro. El desarrollo de estos recientes cambios evolutivos en el neocórtex probablemente ocurrió como resultado de nuevas formaciones de redes neuronales y selecciones positivas de ciertos componentes genéticos.
Papel de la embriología Además de estudiar el registro fósil, la historia evolutiva se puede investigar a través de la embriología. Un embrión es un animal no nacido/no eclosionado y su historia evolutiva se puede estudiar observando cómo se conservan (o no) los procesos del desarrollo embrionario entre especies. Las similitudes entre diferentes especies pueden indicar una conexión evolutiva. Una forma en que los antropólogos estudian la conexión evolutiva entre las especies es mediante la observación de ortólogos. Un ortólogo se define como dos o más genes homólogos entre especies que están relacionadas evolutivamente por descendencia lineal. Mediante el uso de la embriología se puede rastrear la evolución del cerebro entre varias especies.
La proteína morfogenética ósea (BMP), un factor de crecimiento que desempeña un papel importante en el desarrollo neuronal embrionario, está altamente conservada entre los vertebrados, al igual que Sonic hedgehog (SHH), un morfógeno que inhibe la BMP para permitir el desarrollo de la cresta neural. El seguimiento de estos factores de crecimiento con el uso de la embriología proporciona una comprensión más profunda de qué áreas del cerebro divergieron en su evolución. Los diferentes niveles de estos factores de crecimiento conducen a un desarrollo neuronal embrionario diferente, lo que a su vez afecta la complejidad de los sistemas neuronales futuros. Estudiar el desarrollo del cerebro en distintas etapas embrionarias en diferentes especies proporciona información adicional sobre qué cambios evolutivos pueden haber ocurrido históricamente. Esto permite entonces a los científicos analizar qué factores pueden haber causado dichos cambios, como los vínculos con la diversidad de redes neuronales, la producción de factores de crecimiento, las selecciones de codificación de proteínas y otros factores genéticos.
Aleatorizar el acceso y aumentar el tamaño