Denisovanos

El caso del ancestro perdido

El ADN hallado en una cueva de Rusia añade un nuevo y misterioso miembro a la familia humana.

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El ancestro perdido

EL MOLAR

Dos molares (en la imagen, uno de ellos) y un fragmento de la falange de un meñique constituyen la única prueba fósil hallada hasta la fecha de la enigmática población humana de los denisovanos. 

Foto: Robert Clark

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LA CUEVA

Los tres fósiles se hallaron en la cueva Denisova, en el sur de Siberia, donde la estudiante rusa Zoya Gudkova colabora en las tareas de excavación. Además de los denisovanos, también los neandertales y los humanos modernos ocuparon esta cueva hace decenas de miles de años. 

Foto: Robert Clark

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LA TEORÍA

Los parientes más cercanos de los denisovanos eran los neandertales (izquierda). Tras salir de África, los humanos modernos se hibridaron con ambas formas ancestrales de humanos, como demuestra su ADN y el nuestro. 

Cráneo fotografiado con el apoyo de Alain Froment, Museo Nacional de Historia Natural, París.

 

Foto: Robert Clark

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EL ADN

El material genético extraído de un hueso antiguo, como el que se muestra en el vial de la imagen, puede decirnos mucho sobre la historia de una población ancestral aun cuando apenas haya dejado fósiles, como es el caso de los denisovanos. 

Foto: Robert Clark

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EL EXPERTO

Svante Pääbo dirigió el equipo que estudió el ADN de los denisovanos. Su objetivo último no son ellos, sino nosotros: quiere comprender los cambios genéticos que configuraron a los humanos modernos. 

Foto: Robert Clark

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EL HUESO

Una réplica muestra el tamaño y la posición (sobre el meñique de Pääbo) del fragmento de hueso gracias al cual su equipo descubrió a los denisovanos. El hueso perteneció a una niña de ocho años. 

Foto: Robert Clark

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El ancestro perdido

ENCUENTRO EN EL SUDESTE ASIÁTICO

No se han hallado cráneos ni herramientas que revelen cómo eran y cómo actuaban los denisovanos. Se ignora qué ocurrió cuando los humanos modernos que habían emigrado de África se toparon con ellos. Lo que es seguro, pues así lo prueba la genética, es que de aquellos encuentros surgieron descendientes. 

Ilustración: Jon Foster / Fuentes: Svante Päabo y Bence Viola, Instituto Max Planck de Antropología Evolutiva; Chris Stringer, Museo de Historia Natural de Londres; Offer Bar-Yosef, Universidad Harvar

14 de agosto de 2013

En los montes Altái del sur de Siberia, a unos 350 kilómetros de la frontera de Rusia con Mongolia, China y Kazajstán, en una pared rocosa y unos 30 metros por encima de un riachuelo se abre una cueva llamada Denisova. Atrae a los visitantes desde hace milenios. El nombre alude a un ermitaño, Denis, que se dice la habitó en el siglo XVIII. Mucho antes de eso, pastores neolíticos primero y de origen turco después se cobijaron junto con sus rebaños en la caverna para sobrevivir a los inviernos siberianos. A ellos tienen que agradecer los arqueólogos que hoy trabajan en Deniso­va, entre paredes salpicadas de grafitis recientes, las gruesas capas de excrementos de cabra que tuvieron que perforar para acceder a los depósitos que les interesaban. La cámara principal de la cueva tiene el techo alto y abovedado, con un orificio casi en lo más alto por el que penetran brillantes rayos de sol que inundan el interior y confieren al espacio un carácter casi sagrado, como el de una iglesia gótica.

Al fondo se abre una pequeña cámara secundaria, donde un día de julio de 2008 Alexander Tsybankov, un joven arqueólogo ruso que excavaba en depósitos a los que se atribuían entre 30.000 y 50.000 años de antigüedad, se topó con un minúsculo fragmento de hueso. Nada prometedor: un nódulo irregular del tamaño y la forma del típico guijarro que se te mete en el zapato. Tiempo después, ya difundida la noticia, un paleoantropólogo que conocí en Denisova me describió el hueso como «el fósil menos espectacular que jamás he visto. Casi deprimente de puro anodino». Tsybankov lo embolsó y se lo guardó en el bolsillo para enseñárselo a un paleontólogo a su regreso al campamento.

El paleontólogo lo identificó como un fragmento de falange de primate, concretamente el extremo articulado de la última falange del dedo meñique. Dado que no hay pruebas de la presencia de primates no humanos en la Siberia de hace entre 30.000 y 50.000 años, presumiblemente el fósil pertenecía a algún tipo de humano. A juzgar por la superficie articular, de osificación aún incompleta, el humano en cuestión habría muerto joven, quizás a los ocho años de edad.

Anatoli Derevianko, director del Instituto de Arqueología y Etnografía de Novosibirsk y jefe de las excavaciones en el macizo del Altái, creyó que el hueso podría pertenecer a un individuo de nuestra especie, Homo sapiens. En los mismos depósitos ya se habían hallado sofisticadas piezas que solo podían ser obra de humanos modernos, como una hermosa pulsera de piedra verde pulida. Pero el ADN de un fósil localizado con anterioridad en una cueva cercana había resulta­do ser de neandertal, lo que abría la puerta a la posibilidad de que este hueso también lo fuese.

Derevianko decidió seccionar el hueso. Envió una mitad a un laboratorio genético de California; hasta hoy, no ha vuelto a saber nada de ese fragmento. Metió la otra mitad en un sobre e hizo que se entregase en mano a Svante Pääbo, genetista evolutivo del Instituto Max Planck de Antropología Evolutiva en Leipzig, Alemania.

Pääbo, sueco radicado en Alemania, es considerado el mayor experto del mundo en ADN antiguo, especialmente ADN humano. En 1984 aisló por primera vez ADN de una momia egipcia, y en 1997 logró el mismo hito con un neandertal, un tipo de humano que desapareció más de 25.000 años antes de los faraones egipcios.

Cuando Pääbo recibió el envío de Derevianko, su equipo estaba metido de lleno en la primera secuenciación del genoma neandertal completo, así que el huesecillo de meñique ruso tuvo que esperar hasta fines de 2009 para que se fijase en él Johannes Krause, entonces uno de los científicos más cualificados del equipo de Pääbo. Como todos, Krause dio por hecho que pertene­cía a uno de los primeros humanos modernos.

Krause y una alumna suya, Qiaomei Fu, ex­­trajeron de la falange el ADN mitocondrial (ADNmt), un pequeño fragmento del genoma del cual las células vivas poseen cientos de copias y que en consecuencia es más fácil de encontrar en un hueso antiguo. Compararon la secuencia de ADN con las de humanos vivos y neandertales. Luego repitieron el análisis porque no daban crédito a los resultados obtenidos.

Estando Pääbo de viaje de trabajo, Krause con­vocó al personal del laboratorio y preguntó si alguien podía aportar una explicación alternativa a lo que estaba viendo. Nadie respondió. Entonces, Krause marcó el número del móvil de Pääbo. «Johannes me preguntó si estaba sentado –recuerda Pääbo–. Cuando le dije que no, me contestó que mejor buscase una silla.»

El propio Krause recuerda aquel viernes como «el día más emocionante de mi vida científica». Aquel minúsculo pedacito de falange, por lo que parecía, no era de un humano moderno, pero tampoco de neandertal: pertenecía a un tipo nuevo de ser humano, hasta entonces desconocido.

En julio de 2011, tres años después de que Tsybankov exhumara el fragmento óseo, Anatoli Derevianko organizó un simposio científico en el campamento arqueológico, situado a unos cientos de metros de la cueva Denisova, donde dio la bienvenida a los 50 investigadores, entre ellos Pääbo, que habían acudido para conocer la cueva e intercambiar ideas acerca de cómo el nuevo y misterioso humano encajaba en el registro fósil y arqueológico de la evolución humana en Asia.

El año anterior habían localizado otros dos fósiles, dos molares, con ADN similar al de la falange. El primero apareció entre los especímenes de Denisova almacenados en el instituto de Derevianko, en Novosibirsk. Era mayor que los molares tanto del humano moderno como del neandertal; por su morfología y dimensiones recordaba la dentadura de miembros mucho más primitivos del género Homo que vivieron en África hace millones de años. El otro molar apareció en 2010 en la misma cámara que la falange; de hecho, cerca del fondo de los mismos depósitos de entre 30.000 a 50.000 años de antigüedad, denominado Estrato 11.

Curiosamente, aquella pieza dental era todavía mayor que la primera; duplicaba la superficie de masticación del molar humano típico. Era tan grande que el paleoantropólogo Bence Viola, del Max Planck, lo tomó por un colmillo de oso de las cavernas. Hubo que esperar a que el análi­sis de ADN confirmase que era humano, concre­tamente denisovano, como los científicos habían empezado a llamar a los nuevos ancestros.

El equipo de Pääbo solo pudo extraer del mo­­lar la cantidad de ADN suficiente para probar que procedía de la misma población que el dedo meñique, si bien de un individuo distinto. En cambio, la falange había resultado ser muy generosa en cuanto a la cantidad de material genético.

El ADN se degrada con el tiempo, por lo que generalmente los huesos de hace decenas de miles de años apenas contienen una pequeña cantidad. Más aún, el ADN del propio hueso (llamado endógeno) es típicamente una parte pequeñísima del ADN total hallado en el espécimen, la mayor parte del cual procede de las bacterias del suelo y otros contaminantes. Ninguno de los fósiles de neandertal analizados por Pääbo y sus colegas llegaba a contener un 5 % de ADN endógeno, y la mayoría no pasaba del 1 %. Se quedaron atónitos pues al comprobar que el ADN de la falange era endógeno en un 70 %. Se supone que el frío de la cueva ayudó a preservarlo.

Con tal cantidad de ADN, los científicos pudieron constatar fácilmente que en el espécimen no había ni rastro de cromosoma Y masculino. Aquel dedo había pertenecido a una niña fallecida en la cueva Denisova o sus inmediaciones decenas de miles de años atrás. En un primer momento los científicos ignoraban por completo cuál sería su aspecto; solo sabían que era radicalmente distinta de todo cuanto habían visto hasta entonces.

Durante un tiempo creyeron contar también con un dedo del pie de la niña. En verano de 2010 salió a la luz una falange de pie humano, junto con el molar enorme, en el Estrato 11. En Leipzig, Susanna Sawyer, estudiante de tercer ciclo, analizó su ADN. En el simposio de 2011 hizo públicas sus conclusiones. Para asombro general, el hueso del pie resultó ser de neandertal: el misterio de la cueva no hacía sino complicarse.

La pulsera de piedra verde hallada con anterioridad en el Estrato 11 era casi seguro obra de humanos modernos. La falange del pie era neandertal. Y la falange de la mano era de otro individuo totalmente diferente. Una cueva, tres clases de seres humanos. «Denisova es un lugar mágico –dijo Pääbo–. Es el único punto del planeta en el que nos consta que vivieron nean­dertales, denisovanos y humanos modernos.» Durante la semana que duró el simposio, cada vez que había un descanso, Pääbo volvía solo a la cueva, como si creyese que podría hallar pistas a fuerza de estar donde quizás estuvo la niña.

La primera pasión de Pääbo, de 58 años, fue la egiptología. Luego se pasó a la biología molecular y unió ambos intereses al trabajar en el ADN de la momia. El estudio del pasado le entusiasma, como es el caso de Denisova. ¿Cómo coincidieron en la cueva los tres tipos de humano? ¿Qué relación había entre neandertales y denisovanos y entre estos y el único tipo de humano que hoy habita en el planeta? ¿Hubo emparejamientos entre sus antepasados y los nuestros? No era la primera vez que el genetista se enfrentaba a ese tipo de preguntas.

El ADN de neandertal con el que Pääbo saltó a los titulares en 1997 difería radicalmente del de cualquier persona que hoy viva en la Tierra. Parecía sugerir que los neandertales habían sido una especie independiente de la nuestra que al final se extinguió, muy poco después, sospechosamente, de que nuestros ancestros emprendiesen la migración desde África hacia el territorio neandertal de Europa y Asia occidental. Pero aquel ADN, igual que el extraído por Krause del dedo de Denisova, era ADNmt: procedía de las mitocondrias, los orgánulos productores de energía que contiene la célula, y no del núcleo, donde reside el grueso de nuestro genoma. El ADN mitocondrial solo incluye 37 genes, y se hereda exclusivamente de la madre. Es una documentación parcial de la historia de una población, como una única página arrancada de un libro.

Cuando se celebró el simposio de Denisova, Pääbo y sus colaboradores ya habían publicado los primeros borradores de los genomas neandertal y denisovano completos. El tener acceso a tantas páginas adicionales del libro permitió a Pääbo y sus colegas descubrir que los genomas humanos de hoy contienen una porción pequeña pero significativa (un 2,5% de promedio) de código neandertal. Sigue siendo plausible que los neandertales fueran condenados a la extinción por aquellas nuevas gentes de frente despejada que salieron de África tras ellos, pero no antes de confraternizar hasta el punto de dejar un atisbo de neandertal en la mayoría de nosotros, 50.000 años más tarde. El único grupo de humanos modernos que se sustrajo a su influencia fueron los africanos subsaharianos, porque la mezcla se produjo fuera de su continente.

Aunque el genoma de los denisovanos reveló que tenían mayor relación con los neandertales, también habían dejado su impronta en nosotros. Pero el mapa geográfico de ese legado era extraño. Cuando los investigadores compararon el genoma denisovano con los de diversas poblaciones humanas modernas, no hallaron ni rastro de él en Rusia ni en la vecina China. Ni en ninguna otra región, de hecho, salvo en el genoma de los papúes, otros pueblos melanesios y los aborígenes australianos. De media, su genoma es denisovano en un 5 %. El de los negritos de las Filipinas, en un 2,5 %.

Al conjugar todos los datos, Pääbo y su equipo elaboraron una hipótesis para explicar lo que pudo haber ocurrido. En algún momento hace más de 500.000 años, probablemente en África, los ancestros de los humanos modernos se escindieron del linaje que daría lugar a los neandertales y a los denisovanos. (Lo más probable es que el progenitor de los tres tipos de humanos fuese una especie llamada Homo heidelbergensis.) Nuestros ancestros se quedaron en África, pero el antepasado común de los neandertales y los denisovanos emigró del continente. Más adelante los dos linajes divergieron; inicialmente los neandertales se desplazaron hacia el oeste, penetrando en Europa, y los denisovanos se extendieron hacia el este, tal vez incluso llegasen a poblar grandes partes del continente asiático.

Posteriormente, cuando los humanos modernos partieron de África, se encontraron con los neandertales en Oriente Medio y Asia Central y se produjo entonces un modesto cruce reproductivo. Unas pruebas presentadas en el simposio de Denisova apuntan a que esta mezcla se produjo probablemente hace entre 67.000 y 46.000 años. Una población de humanos modernos continuó su viaje hacia el este hasta el Sudeste Asiático, donde, en algún momento hace unos 40.000 años, se encontró con denisovanos. Los humanos modernos se emparejaron también con ellos y a continuación llegaron a Australasia, como portadores de ADN denisovano.

Este escenario podría explicar por qué hasta la fecha la única evidencia de la existencia de los denisovanos son los tres fósiles de la cueva siberiana y un 5 % de presencia en los genomas de las poblaciones que hoy viven miles de kilómetros más al sudeste. Pero al mismo tiempo deja muchas preguntas sin respuesta. Si los denisovanos estaban tan extendidos, ¿por qué no hay rastro de ellos en los genomas de los chinos han ni de ningún otro pueblo asiático entre Siberia y Melanesia? ¿Por qué no dejaron marca alguna en el registro arqueológico (unas herramientas distintivas, por ejemplo)? ¿Quiénes fueron, en realidad? ¿Qué aspecto tenían? «A todas luces queda muchísimo trabajo por hacer», reconoció Pääbo en el congreso de Denisova.

Lo mejor que podría ocurrir es que apareciese ADN denisovano en un cráneo u otro fósil con rasgos morfológicos distintivos; sería una especie de piedra de Rosetta en la que basarnos para hacer un nuevo análisis de todo el registro fósil de Asia. Hay algunos candidatos interesantes, casi todos de China, y en concreto tres cráneos que datan de entre 250.000 y 100.000 años de antigüedad. Pääbo está trabajando mano a mano con los científicos del Instituto de Paleontología de Vertebrados y Paleoantropología de Beijing, donde ha instalado un laboratorio de análisis genético. Por desgracia el ADN no se conserva bien en los climas cálidos. Hasta la fecha ningún otro fósil ha sido identificado como denisovano a partir del único criterio posible: su ADN.

En 2012 el grupo de Pääbo publicó una nueva versión del genoma de la falange del meñique, una versión que, asombrosamente, es tan precisa y completa como el genoma de cualquier humano vivo que se haya secuenciado. Tal logro debe agradecerse a Matthias Meyer, un investigador postdoctoral del laboratorio de Pääbo. El ADN consiste en dos cadenas entrelazadas, la famosa doble hélice. Los anteriores métodos de recuperación de ADN a partir de huesos fósiles solo podían leer secuencias si se conservaban las dos cadenas. Meyer desarrolló una técnica para recuperar también fragmentos cortos de ADN de una sola cadena, lo que se traduce en un enorme aumento del material de trabajo. Con este método se obtuvo una versión tan precisa del genoma de la niña denisovana que el equipo llegó a discriminar entre la información genética paterna y la materna. De hecho, ahora tienen dos genomas extremadamente precisos, uno de cada progenitor, lo que a su vez les permitió asomarse a la historia entera de la población denisovana.

Una revelación inmediata fue hasta qué punto es mínima la diferencia entre los genomas de los padres: alrededor de una tercera parte de la que existe entre dos humanos vivos. Las diferen­cias aparecían en diversos puntos de los genomas, lo que descartaba la consanguinidad: si la explicación fuese que los padres de la niña eran parientes, estos presentarían grandes tramos de ADN idéntico. Lo que indicaba la estructura de los genomas era que la población denisovana representada por el fósil no había alcanzado el tamaño suficiente para desarrollar una gran diversidad genética. Es más, parecía haber sufrido un drástico declive en algún momento anterior a 125.000 años atrás: la niña de la cueva quizás era de los últimos individuos de su clase.

Al mismo tiempo, la población ancestral de los humanos modernos se estaba expandiendo. Para documentar la posterior historia de nuestra población contamos con un amplio abanico de fósiles, bibliotecas llenas de libros, y el ADN de 7.000 millones de personas. El equipo de Pääbo descubrió una historia completamente diferente oculta en una sola astilla de hueso. La idea lo seduce. «Es fascinante saber que no hay en la faz de la Tierra un individuo con una historia como esa», me dijo Pääbo, arqueando las cejas.

Ahora bien, lo cierto es que los denisovanos también tienen algo que decir sobre nosotros, los humanos modernos. Con casi todas las letras del código genético denisovano en la mano, Pääbo y sus colegas podían enfrentarse a uno de los misterios más profundos: en nuestro genoma, ¿qué es lo que nos convierte en lo que somos? ¿Qué cambios definitorios del código genético se produjeron tras separarnos de nuestro ancestro más reciente? Al buscar en las zonas en las que todos los humanos vivos compartimos una firma genética nueva, mientras que el genoma denisovano conserva un patrón primitivo más afín al simio, los investigadores compusieron una lista de diferencias en el código genético sorprendentemente breve. Pääbo la llama «la receta genética del humano moderno». Incluye apenas 25 variaciones que alterarían la función de una proteína en concreto.

Curiosamente, cinco de esas proteínas se sabe que afectan la función cerebral y el desarrollo neurológico. Entre ellas hay dos genes cuya mutación se ha asociado con el autismo y otra relacionada con el lenguaje y el habla. Lo que está por ver es qué efecto tienen exactamente esos genes para hacernos pensar, actuar o hablar distinto que los denisovanos, o cualquier otra criatura que haya pisado la Tierra. La aportación definitiva del estudio del ADN denisovano, dice Pääbo, «será hallar lo que es exclusivamente humano».

¿Y la niña? Aquel fragmento de hueso, lo único que teníamos de ella, ya no existe (al menos la mitad que viajó a Lepizig). Al extraer el ADN, Johannes Krause y Qiaomei Fu lo fueron consumiendo. De la niña no queda sino una «biblioteca» de fragmentos de ADN que puede copiarse con exactitud una y otra vez hasta el infinito. En el artículo científico en el que tratan la historia de su población, Pääbo y sus colegas mencionan un par de datos sobre ella leídos en esa biblioteca: probablemente era morena de pelo, de ojos y de piel. No es mucho, pero nos da una idea a grandes rasgos. Al menos sabemos a quién dar las gracias por la información que ese ADN nos da acerca de nuestra propia historia evolutiva.