Evolución metabólica cerebral

A lo largo de la evolución humana se ha producido un notable incremento en las habilidades cognitivas a la vez que un rápido aumento del tamaño del encéfalo. Esos cambios han venido acompañados de importantes variaciones en el metabolismo cerebral, y eso ha dado lugar a que aumentasen notablemente las demandas metabólicas del tejido encefálico. Esa es la razón por la que los seres humanos destinamos un 20% de nuestros recursos energéticos al encéfalo, porcentaje muy superior al 11-13% que destinan los simios o al 2-8% de las demás especies de mamíferos. Esa mayor demanda metabólica tiene también su correlato en una mayor expresión de los genes implicados en las funciones neuronales y el metabolismo energético, así como, -en el plano histológico-, una mayor densidad de células gliales en proporción a las neuronas.

Se acaba de publicar un estudio en el que se comparan los metabolomas y proteomas de dos áreas del encéfalo de tres especies: macacos rhesus, chimpancés y seres humanos. En el estudio se identificaron algo más de 100 metabolitos y del orden de 2.000 proteínas. Y las áreas examinadas fueron la circunvolución frontal superior de la corteza prefrontal y la parte lateral de la corteza cerebelosa.

La corteza prefrontal es una zona de reciente desarrollo en la evolución de los primates y está implicada en funciones asociativas complejas, como el razonamiento, la planificación, el comportamiento social y la inteligencia general. La corteza prefrontal ha experimentado una expansión anatómica mayor que la corteza cerebelosa en el linaje humano, y aunque esta última también ha experimentado un desarrollo considerable en primates, no se sabe si juega algún papel especial en el procesamiento y ejecución de funciones cognitivas específicamente humanas.

El principal resultado de este trabajo es que la corteza prefrontal humana ha experimentado una evolución metabólica muy rápida, hasta el punto que ha cuadruplicado la de la corteza cerebelosa. Expresado en otros términos, la corteza prefrontal del cerebro humano se ha diferenciado metabólicamente mucho más de la de otras especies de primates que la corteza cerebelosa. Así pues, el desarrollo de las habilidades cognitivas que caracterizan a nuestra especie y que nos diferencian claramente de nuestros parientes más cercanos, tiene también su correspondencia en una clara diferenciación metabólica cerebral, y más concretamente, en la corteza cerebral. Y esa diferenciación se manifiesta tanto en el conjunto de metabolitos que participan en los procesos metabólicos y neuronales propios de esas áreas cerebrales, como en las enzimas implicadas en dichos procesos.

Merece la pena hacer una mención especial del glutamato. La liberación y reciclaje de glutamato consume una importantísima cantidad de energía en la corteza cerebral: entre un 60% y un 80% de la energía que proporciona la oxidación de la glucosa se destina a esas funciones. El glutamato es un aminoácido que juega un papel central en el metabolismo neuronal como metabolito, y también en la transmisión de información entre neuronas como neurotransmisor. Pues bien, resulta que el glutamato es quizás el metabolito que presenta un perfil más diferenciado en la corteza prefrontal humana, pues su concentración es muy inferior a la de las cortezas de chimpancés y macacos, y lo es, además, a lo largo de toda la vida. Y la razón de esa menor concentración es, seguramente, que el glutamato está sometido a una reciclaje mucho más intenso en la corteza cerebral de los seres humanos que en la de otros primates.

En la actualidad no es posible atribuir un significado preciso a esas observaciones, pero muy probablemente, en los próximos años se realizarán investigaciones más detalladas del metabolismo cerebral en la especie humana y especies próximas, y esas investigaciones permitirán clarificar y entender las diferencias metabólicas entre ellas, así como la correspondencia que tienen esas diferencias con los procesos neuronales y cognitivos concretos. Al fin y al cabo, el glutamato no es solo un intermediario metabólico fundamental en el metabolismo energético. También es el neurotransmisor excitatorio por excelencia de la corteza cerebral y cumple un papel esencial en funciones cognitivas tales como el aprendizaje y la memoria.

Fuente: Xing Fu, Patrick Giavalisco, Xiling Liu, Gareth Catchpole, Ning Fu, Zhi-Bin Ning, Song Guo, Zheng Yan, Mehmet Somel, Svante Pääbo, Rong Zeng, Lothar Willmitzer, and Philipp Khaitovich (2011): “Rapid metabolic evolution in human prefrontal cortex” PNAS 108 (15): 6181–6186

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