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25 de marzo de 2017
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El gen maestro y el don del lenguaje
Ilustración: Raúl Cruz

El gen maestro y el don del lenguaje

Miguel Ángel Cevallos

Se le llama FOXP2 y es un gen que compartimos con todos los demás vertebrados. Varias investigaciones muestran que cuando el FOXP2 está defectuoso, la capacidad de articular palabras se afecta gravemente, o en el caso de las aves canoras, la de cantar, o si se trata de ratones, la de emitir chillidos.

No hay imagen que enternezca más que la de una madre frente a su bebé diciéndole una y otra vez ma-má, y esperando con fruición que pronto su retoño pueda repetir esas sílabas. Algunos calificarán esas actuaciones como una locura típicamente maternal, y otros más incluso las tacharán de cursis, pero es importante subrayar que, además de ser reflejo de un amor instintivo, constituyen un importantísimo componente del aprendizaje del lenguaje. Un bebé tiene la capacidad innata de articular una serie enorme de sonidos, pero para que estos sonidos “cuajen” en palabras y posean un significado es preciso un muy largo proceso de aprendizaje. El bebé, primero, y el niño pequeño después, requieren oír y practicar las palabras y las frases que componen un determinado lenguaje para poder llegar a entenderlo y hablarlo con corrección. Por ello, aquel que nace sordo nunca podrá articular fluidamente ningún idioma, aun cuando pueda entenderlo tanto como el que más, si lo lee.

Desventuras de la familia KE

Desde el siglo XIX se sabe que existen familias en las cuales suele ocurrir que alguno de sus miembros tenga no sólo impedimentos para leer correctamente, sino también para articular palabras o entender las que se le dicen. Esta observación nos proporciona un fuerte indicio de que la comunicación humana tiene un componente genético; sin embargo, el patrón con que se heredan los problemas concernientes a ella usualmente resulta tan complejo que su estudio parecía casi imposible. Esta situación cambió hace pocos años, cuando por primera vez se describieron los problemas que han enfrentado al menos tres generaciones de una familia londinense, que en el ámbito científico se conoce simplemente como familia KE. La mitad de los miembros de esta familia sufre de una afección cuya característica más evidente es que experimentan enormes dificultades para articular palabras, así como para expresarse adecuadamente usando las reglas gramaticales que rigen su idioma, aun cuando parecen entender con precisión todo lo que se les dice. Los afectados, pese a no ser sordos ni tener problemas para tragar o para sonreír, básicamente son incapaces de gesticular y de realizar los complejos movimientos de la boca indispensables para pronunciar cualquier frase: de hecho, les cuesta un enorme esfuerzo repetir palabras o incluso sonidos multisilábicos carentes de significado. Si bien no muestran signos de problemas motores en otras partes de su cuerpo, padecen cierto retraso mental, sin que éste sea lo suficientemente fuerte para sospechar que constituye la fuente de sus dificultades con el lenguaje. Un análisis de la anatomía y de la función del cerebro de los afectados —mismo que, para no afligir prematuramente a mis lectores, quiero aclarar que se realizó a través de métodos no invasivos—, mostró una reducción significativa del tamaño de una región del cerebro llamada núcleo caudado, que a su vez forma parte de lo que se conoce como núcleos basales (ver recuadro). Esta región es importante para la coordinación motora de nuestro cuerpo, y canaliza al lóbulo frontal la información que se procesa en varias áreas del cerebro. En los individuos afectados se observa además una reducción y un funcionamiento anómalo de la famosísima área de Broca (ver recuadro), región del cerebro que desempeña un papel importante en la producción del lenguaje hablado. Clínicamente, el padecimiento de estas personas se ha catalogado con la etiqueta de dispraxia verbal.

El gen clave

Es preciso señalar que lo que llamó fuertemente la atención de los científicos no fue lo complejo del síndrome que presentan los miembros afectados de la familia KE, sino el patrón con el que éste se hereda de una generación a otra. Este patrón indica claramente que el problema es genético, achacable a un solo gen defectuoso. De hecho, en 1998 se pudo establecer que el gen defectuoso o, dicho en lenguaje técnico, gen mutante, residía en el brazo largo del cromosoma 7. Tres años después, un grupo de científicos encabezados por el Dr. Monaco, de la Universidad de Oxford, pudo identificar con precisión dicho gen, y lo bautizaron con el sucinto nombre de FOXP2. Como era de esperarse, la versión alterada de FOXP2 aparecía en todos los individuos afectados, pero estaba ausente en los miembros normales de la familia. Por otra parte, recientemente se ha identificado a otros individuos ajenos a la familia KE que sufren de dispraxia verbal y presentan versiones truncas del FOXP2, lo que prueba la importancia de este gen en el desarrollo del lenguaje. Todos los humanos tenemos dos copias de cada gen, provenientes, una, de la línea materna y otra, de la paterna: basta heredar una copia defectuosa de FOXP2 para sufrir de dispraxia verbal. Por cierto, uno de los aspectos que me maravillan de la familia KE es que cinco de sus miembros, seriamente afectados por este raro síndrome, hayan contraído matrimonio.

Núcleos basales

Los núcleos basales o ganglios basales son un conjunto de estructuras neurales, embebidas muy adentro del cerebro, que se encuentran por pares, uno por cada hemisferio cerebral. Estos núcleos o ganglios son grupos de células nerviosas estrechamente interconectadas que reciben información de las diferentes regiones de la corteza cerebral, la procesan y la devuelven, a través del tálamo, a la corteza motora para ejecutar un determinado movimiento. Una de las funciones más importantes de los núcleos basales es precisamente coordinar los movimientos voluntarios de nuestro cuerpo. Dentro de estas estructuras encontramos al núcleo caudado, el putamen y el globus pallidus. El núcleo caudado además tiene un importantísimo papel en la memoria y en el aprendizaje. El núcleo caudado del hemisferio izquierdo desempeña un papel relevante en nuestra capacidad para articular palabras.

Cabeza de tenedor

El FOXP2 tiene todas las características de ser un gen maestro, es decir que posee las instrucciones para la síntesis de una proteína (codifica) que modula el funcionamiento de otros genes. Aunque a muchos les parezca contrario a lo que dicta la intuición, este gen maestro se encuentra presente básicamente en todos los organismos vertebrados; es más, en organismos más simples también pueden hallarse versiones de dicho gen que, aunque más distantes, todavía conservan cierta semejanza con él.

Otro elemento sobresaliente de la proteína para la cual codifica FOXP2 radica en que una porción de ella tiene una estructura que los cristalógrafos han llamado forkhead (cabeza de tenedor), ya que se describió por primera vez cuando se aisló de una mosca de la fruta mutante cuya cabeza tenía protuberancias, una proteína con una estructura parecida. Lo importante del dominio forkhead es que tiene como función pegarse al ADN en la vecindad de los genes que tiene que controlar. La versión FOXP2 mutante de la familia KE presenta un cambio precisamente en la región de la proteína que se pega al ADN por lo cual no es de extrañar que esta proteína no pueda ejercer su función reguladora. De hecho, algunos experimentos que se han realizado usando neuronas cultivadas in vitro, indican que FOXP2 regula una cantidad importante de genes relacionada con el desarrollo y el funcionamiento del cerebro. Incluso se ha podido establecer que el FOXP2 modula el funcionamiento de otro gen, el CNTNAP2, que también está relacionado con la capacidad de articular palabras. Los individuos que presentan alguna mutación en este último gen, también padecen problemas de lenguaje. Por todo lo anterior, no es de extrañar que el cerebro de los individuos con dispraxia verbal no se desarrolle adecuadamente, con las funestas consecuencias que emanan de ello. Una importante faceta adicional que no debe omitirse es que FOXP2 también desempeña un papel relevante en el desarrollo del pulmón y de otros órganos.

Broca y el cerebro

El área de Broca es una región del hemisferio izquierdo del cerebro que se localiza en la parte posterior del giro frontal inferior. Esta región tomó su nombre luego de que Paul Pierre Broca (1824-1880) descubriera que participa en la producción del lenguaje a través de estudios post-mortem, sobre todo de dos pacientes suyos que tenían incapacidad de pronunciar palabras (pacientes afásicos). Leborgne, uno de los pacientes de Broca, podía pronunciar una sola palabra, tan, la cual se convirtió en su sobrenombre. Broca descubrió que este paciente tenía una lesión en el lado izquierdo del lóbulo frontal en la región que ahora lleva su nombre. La autopsia de su otro paciente, Lelong, quien sólo era capaz de pronunciar cinco palabras, demostró que presentaba una lesión en la misma región que Leborgne. Los cerebros de éstos y muchos otros pacientes afásicos de Broca aún se conservan en el Museo Dupuytren. Como una broma inesperada del destino, el cerebro del mismísimo Broca se conserva también, en una jarra, en el Museo del Hombre, en París.

De aves canoras y ratones

Conscientes de que nada se gana con seguir fastidiando a la familia KE, que con toda seguridad ya está harta de contender con la insaciable curiosidad de los científicos, algunos grupos de investigadores han optado por utilizar modelos animales, ya que, como mencioné anteriormente, en ellos también aparece el gen FOXP2. Desde luego, no existe animal alguno cuyo estudio refleje a la perfección lo que ocurre en el ser humano; sin embargo, los patrones de comportamiento de algunos de ellos hace que resulten particularmente interesantes: así, las aves canoras, las ballenas y los elefantes poseen un lenguaje que de algún modo se modifica con el aprendizaje. Si se incuba un huevo de un ave canora y luego se cría al polluelo privándolo de los cuidados parentales y lejos de sus congéneres, el ave sin duda cantará, pero su canto no igualará al de sus padres en riqueza melódica, ni tendrá las variaciones propias de la población a la que pertenece. Para poder desarrollar su canto pleno, el ave canora no sólo necesita aprender de sus padres ese canto, sino, además, debe aprenderlo dentro de una etapa específica de su desarrollo; si no sucede así, ya nunca podrá lograrlo, incluso si se le reintegra a su población nativa. Con todo, es preciso señalar que existen algunas aves canoras, como el canario, que se salen de esta norma, ya que pueden aprender melodías nuevas toda la vida. Los elefantes y las ballenas también requieren aprender de sus padres y de sus congéneres cercanos las sutilezas propias de sus llamados y de sus dialectos poblacionales.

Los científicos interesados en la genética y el desarrollo del lenguaje han optado por utilizar como modelo al pinzón cebra, ya que es un ave canora de pequeño tamaño, de fácil manejo y de rápida reproducción.

Desde luego, las ballenas y los elefantes merecen la misma atención, pero su manejo, como se imaginarán, es un poco más complicado, y su mantenimiento, desde luego, mucho más oneroso. El desarrollo del cerebro y la adquisición del canto se han estudiado estrechamente en el pinzón cebra; incluso se ha identificado una región específica de su cerebro, el área X, que es esencial para el desarrollo adecuado de los patrones de canto. Se ha logrado determinar que la expresión del gen FOXP2, en el área X de estas aves, aumenta precisamente en la etapa de desarrollo en la que están aprendiendo a cantar. Hace un par de años, un grupo de investigadores alemanes dirigidos por Constance Scharff, del Instituto Max Planck de Genética Molecular, logró bloquear, con técnicas modernas de biología molecular, la producción de FOXP2 durante la etapa crítica del desarrollo del canto en los pinzones cebra. Los pollitos resultantes fueron incapaces de aprender y de imitar el patrón de canto de sus congéneres, lo cual subraya la importancia de este gen en dichas actividades, y de algún modo dibuja ciertos paralelismos entre la neurofisiología del lenguaje huma- no y el de las aves canoras.

Otro grupo de investigadores ha escogido un modelo diferente de estudio, el ratón, dado que se ha convertido en el mamífero que se puede manipular genéticamente con mayor facilidad: a gusto del investigador genetista, es posible introducir nuevos genes en un ratón, modificarlos o simplemente quitar los que naturalmente poseen. El ratón quizá no sea un modelo de estudio ideal, puesto que carece de un sistema de comunicación que se modifique con el aprendizaje; sin embargo, cuenta con un lenguaje innato que consiste en una serie de chillidos, clicks y, sobre todo, de vocalizaciones ultrasónicas complejas, inaudibles para el hombre.

Al igual que el humano, el ratón tiene dos copias de cada gen; incluso con dos del gen FOXP2. Ésta es la razón por la cual diferentes grupos de investigadores han querido averiguar qué ocurre cuando se carece de las dos copias de FOXP2 con las que normalmente cuenta el ratón. Las crías de ratón que no tienen esas dos copias muestran un desarrollo general retardado, sufren de problemas motores graves, poseen un cerebelo anormalmente pequeño y sus pulmones están mal desarrollados. Las vocalizaciones ultrasónicas que emiten estas crías están completamente alteradas, además, mueren a las tres o cuatro semanas de haber nacido. Los mismos investigadores también han generado ratones que poseen sólo un gen FOXP2, constatando que en ellos las alteraciones son menos severas y si bien su desarrollo es un poco más lento, son más longevos que sus contrapartes sin genes FOXP2.

Quizá el experimento más interesante fue el que recientemente reportó, en la influyente revista Cell, un grupo de investigadores alemanes encabezados por Wolfang Enard y Svante Pääbo del Instituto Max Planck de Antropología Evolutiva. Ellos construyeron una línea de ratones en la cual se sustituyó la versión murina (de ratón) del FOXP2 por la versión humana de dicho gen, con resultados sorprendentes: en primer lugar, los ratones no tuvieron ningún problema de salud, fueron fértiles y tan longevos como los ratones silvestres. Sin embargo, fueron menos proclives a explorar nuevos territorios que sus congéneres silvestres. Los ratones con FOXP2 humanizados desarrollaron un cerebro con núcleos basales compuestos por neuronas con proyecciones más largas (dendritas) y con una mayor capacidad de modular sus conexiones con otras neuronas (plasticidad sináptica): gracias a esos cambios mejoraron los circuitos de esta región de su cerebro. Una de las observaciones más intrigantes que se hicieron en estos ratones fue que los patrones de vocalización ultrasónica cambiaron radicalmente. Todavía se tienen que estudiar con mucho más detalle estos animales así modificados para entender a cabalidad las observaciones hechas en ellos.

Parafraseando lo que bien apunta el Dr. Philip Lieberman de la Universidad de Brown, Estados Unidos, en su comentario publicado en la revista Cell de mayo del 2009, la estructura cerebral que conocemos como núcleos basales evolutivamente surgió pronto en la historia de los vertebrados. En los reptiles, por ejemplo, los núcleos basales se encargan esencialmente de coordinar las actividades motoras. En los humanos esta región todavía posee esta función, pero además ha adquirido nuevos e importantes papeles que le confieren capacidades cognoscitivas novedosas, tales como la memoria visual, que nos permite identificar las formas y los colores de los objetos, y la memoria verbal, con la cual reconocemos el significado de las palabras y de las frases. Dicho de otra manera, los núcleos basales tienen un papel clave en conferirnos la flexibilidad cognoscitiva y la potencialidad del lenguaje que se requieren para manifestar todos los aspectos de la creatividad humana. Así es que la plasticidad neuronal que se observó en los ratones transgénicos que poseen la variedad humana de FOXP2, podría reflejar lo que ocurrió en el cerebro humano cuando se seleccionaron evolutivamente los cambios que caracterizan hoy en día el FOXP2 humano.

El gen maestro en la evolución

Como ya mencioné, el gen FOXP2 está presente en todos los organismos vertebrados. Todo parece señalar que este gen posee un papel importante en el desarrollo de algunas regiones del cerebro estrechamente asociadas con la coordinación motora y el aprendizaje. En los organismos vertebrados, el gen FOXP2 ha sufrido pocos cambios en su devenir evolutivo: si comparamos la proteína para la cual codifica el gen FOXP2 de los ratones con la de los chimpanc és y d e los gor i la s, descubriremos sólo una diferencia, es decir, tiene solamente un aminoácido distinto. Ahora bien, si tomamos en cuenta que los ratones surgieron 75 millones de años antes que los grandes simios, esto significa que el FOXP2 ha evolucionado muy lentamente, ha tenido un solo cambio en esos 75 millones de años. El linaje humano se separó del de los grandes simios hace unos seis millones de años, y si comparamos el FOXP2, digamos, del chimpancé, con el del ser humano, se pueden identificar dos cambios, lo cual significa, en otras palabras, que el gen FOXP2 ha cambiado muchísimo más rápido en nuestro linaje. Más aún, en 2007 un grupo de investigadores dirigidos por Svante Pääbo lograron extraer ADN de dos ejemplares de neandertales descubiertos en el Sidrón, España, y determinar la secuencia de ADN de sus genes FOXP2. Para sorpresa de todos, los genes FOXP2 de los neandertales tenían la misma secuencia del gen humano, lo cual significa, si tomamos en cuenta que el linaje Neandertal (Homo neanderthalensis) se separó del linaje humano (Homo sapiens) hace 500 000 años, que la versión del FOXP2 que hoy poseemos nosotros, ya estaba presente antes de que el linaje de los humanos se separara del de los neandertales.

Por mucho que a algunos les cueste reconocerlo, hay evidencias más que claras de que los neandertales poseían cultura, producían herramientas e incluso creían en la existencia de un más allá, como lo muestran los cuidadosos enterramientos de los que ahora tenemos conocimiento. Estas observaciones podrían indicar que la aparición de la variante del FOXP2 humana-neandertal modificó de tal modo el cerebro, tanto el nuestro como el de los desaparecidos neandertales, que promovió la adquisición del complejo lenguaje que manejamos y de la enorme creatividad que nos caracteriza.

Para subrayar la importancia que tiene el gen FOXP2 en el desarrollo de nuevas habilidades, hay que mencionar el curioso reporte que en septiembre del 2009, en la revista PLOS One, publicó un grupo de investigadores chinos e ingleses, coordinado por los Doctores Rossiter y Zhang, de la Universidad de Bristol y de la Universidad Normal del Este de China, respectivamente. Este grupo descubrió que el gen FOXP2 de los murciélagos con sistema de ecolocalización también ha cambiado de manera muy acelerada. Esos sistemas requieren de una serie de habilidades que incluyen emitir pulsos de sonido extremadamente rápidos (200 por segundo) e interpretar los ecos resultantes en una pequeñísima ventana de tiempo. Emitir e interpretar los sonidos del sistema de ecolocalización exige poseer un cerebro capaz de interpretar sonidos rápidamente, así como un complejo sistema motor de los músculos de la cara y de la boca. Estas características pudieron haberse desarrollado con la aparición de las variantes del gen FOXP2 que se encuentran en esos alados animalitos.

En los últimos años se han identificado cerca de cinco nuevos genes que de algún modo tienen que ver con el desarrollo del lenguaje humano, pero su estudio apenas se está iniciando. La revolución que ha causado el estudio de FOXP2 pudiera verse pronto potenciada, en la medida que se progrese en la investigación de estos nuevos genes.

Miguel Ángel Cevallos, frecuente colaborador de ¿Cómo ves?, es doctor en investigación biomédica básica. Trabaja en el Centro de Ciencias Genómicas de la UNAM.

 
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