Do veneno ao poder: como a exposição ao chumbo ajudou a moldar a cognição humana

A equipe examinou os dentes fossilizados de 51 hominídeos encontrados na África, Ásia e Europa. As amostras incluem humanos modernos e primitivos, como os neandertais, os primeiros ancestrais humanos Australopithecus africanuse incluindo os grandes macacos extintos Gigantopithecus blacki.

73% dos fósseis examinados continham vestígios de chumbo e 71% dos espécimes humanos modernos e arcaicos apresentavam contaminação. Fósseis G. Pretinho 1,8 milhões de anos atrás, exibindo altos níveis de exposição severa.

Anteriormente, pensava-se que os humanos só começaram a encontrar uma exposição significativa ao chumbo durante a história registada, particularmente durante a era romana, quando tubos de chumbo foram utilizados para sistemas de água, e mais tarde durante a Revolução Industrial. Somente depois do final do século XX é que a poluição liderou o declínio.

“Quando percebemos o quão tóxico o chumbo era em nossas vidas diárias, paramos de usá-lo, mas ninguém havia estudado o chumbo em tempos pré-históricos”, disse a autora correspondente Alison Muotri. Centro.

Para surpresa dos investigadores, em meados do século XX (décadas de 1940 a 1970), quando a exposição à gasolina e tinta com chumbo era generalizada, fósseis humanos antigos apresentavam padrões de chumbo semelhantes.

Os cientistas sugerem que os humanos antigos e os seus parentes podem ter encontrado chumbo ao procurar água, tal como os romanos fizeram ao longo da história.

“Uma possibilidade é que estejam procurando cavernas com água corrente dentro”, disse Muotri. “Há chumbo nas cavernas, então estão todas contaminadas. Com base nos estudos do esmalte dos dentes, isso começa já na infância.”

A exposição ao chumbo perturba o desenvolvimento e a função cerebral, afetando a cognição e a regulação emocional.

Confrontados com esta evidência, Muotri e a sua equipa começaram a questionar como os humanos modernos foram capazes de prosperar apesar de tais condições tóxicas durante a sua evolução.

Uma pequena mudança genética

Um gene chamado antígeno ventral neuro-oncológico 1 (Novo 1) desempenha um papel importante na formação do cérebro e no desenvolvimento sináptico. Atuando como um regulador chave do desenvolvimento neuronal, o NOVA1 ajuda a determinar como as células progenitoras neurais respondem à exposição ao chumbo, e as interrupções na sua função têm sido associadas a distúrbios neurológicos.

Quase todos os humanos modernos carregam uma versão do gene NOVA1 que difere em um par de bases de DNA da versão encontrada nos Neandertais. Trabalhos anteriores da equipe de Muotri mostraram que as adaptações modernas Novo 1 Uma variante mais antiga em modelos cerebrais em miniatura, chamados organóides, causou mudanças dramáticas na estrutura e conectividade do cérebro.

“Tudo sobre os organoides é o mesmo, exceto a variação genética, que nos permite perguntar se a mutação específica entre nós e os neandertais nos dá alguma vantagem”, disse Muotri. A variação do arquétipo acelerou a maturação cerebral, mas resultou em menos complexidade ao longo do tempo. “Se todos os humanos em todos os cantos do mundo têm esta nova mutação, uma pressão genética muito forte na nossa espécie deve ter sido selecionada para ela”.

Para testar se a exposição ao chumbo pode ter moldado esta mudança genética, os investigadores criaram organoides cerebrais com células modernas e ancestrais. Novo 1 variantes, expondo-as ao chumbo e monitorando o desenvolvimento de neurônios corticais e talâmicos.

Eles descobriram que a liderança havia mudado Novo 1 A atividade de ambos os tipos de organelas afeta genes ligados a doenças como autismo e epilepsia.

No entanto, apenas arcaico Novo 1 A variação mudou a função de FOXP2Um gene importante para a fala e a linguagem. Pessoas comprometidas FOXP2 Os mutantes lutam para formar palavras e frases complexas.

“Esses tipos de neurônios relacionados à linguagem complexa estão morrendo na versão arcaica. Novo 1“, disse Mootri. “O FOXP2 Os genes são os mesmos entre nós e os Neandertais, mas como os genes são controlados Novo 1 Isso contribui para diferenças linguísticas.”

Implicações evolutivas

As descobertas sugerem que a aquisição moderna Novo 1 A variação pode ter-nos protegido dos efeitos nocivos do chumbo, promovendo o desenvolvimento complexo da linguagem e a coesão social. Isto pode ter dado aos humanos modernos uma vantagem evolutiva significativa sobre os neandertais, mesmo na presença de contaminação por chumbo.

Muotri acredita que estes resultados têm implicações importantes para a compreensão de como os estressores ambientais moldam o desenvolvimento do cérebro durante a evolução humana. Ele especula que a exposição ao chumbo pode ter contribuído para a extinção dos Neandertais há cerca de 40 mil anos.

“A língua é um bem importante, é transferível, é o nosso superpoder”, disse Muotri. “Como temos uma linguagem, somos capazes de organizar a sociedade e trocar ideias, o que nos permite coordenar grandes movimentos. Não há provas de que os Neandertais pudessem fazer isso. Eles podem ter tido pensamento abstrato, mas não conseguiram traduzi-lo entre si. Provavelmente porque nunca tiveram um sistema de comunicação tão eficiente como a nossa linguagem complexa.”

Entendendo como Novo 1 Variações genéticas podem afetar FOXP2 A exposição ajuda a esclarecer a relação entre a poluição por chumbo e o desenvolvimento do cérebro e lança luz sobre condições neurológicas relacionadas à linguagem, incluindo apraxia da fala – dificuldade em produzir corretamente os sons da fala – e autismo.

Os co-autores do estudo incluem Janina Sena de Sousa, Sandra M. Sanchez-Sanchez, Jose Oviedo, Universidade da Califórnia em San Diego; Marion Bailey e Matthew Tonge, da Southern Cross University; Renaud Joannes-Boyau, Universidade de Southern Cross e Universidade de Joanesburgo; Justin W. Adams, Universidade de Joanesburgo e Universidade Monash; Christine Austin, Manish Arora, Escola de Medicina Icahn no Monte Sinai, Kira Westway, Universidade Macquarie; Ian Moffat, Universidade Flinders e Universidade de Cambridge; Wei Wang e Wei Liao, Museu de Antropologia, Guangxi; Yingqi Zhang, Instituto de Paleontologia e Paleoantropologia de Vertebrados; Luca Fiorenza, Universidade Monash e Universidade Johann Wolfgang Goethe; Marie-Hélène Monsel, Museu Nacional de História Natural; Gary D. Schwartz, Universidade Estadual do Arizona; Luis Pedro Petroschi e Roberto H. Heroi, Pontifícia Universidade Católica do Paraná; José Oviedo, Universidade do Arizona; e Bernardo Lemos, Escola de Saúde Pública Harvard TH Chan.

Este estudo foi apoiado pelos Institutos Nacionais de Saúde (Grants R01 ES027981, P30ES023515, R01ES026033), pelo Australian Research Council (Grant DP170101597), pela National Science Foundation (Grant BCS 0962564) e The.Le.

Divulgações: Muotri é cofundador e tem participação acionária na TISMOO, empresa especializada em análise genética e organogênese do cérebro humano. Os termos deste acordo foram revisados ​​e aprovados pela Universidade da Califórnia, San Diego, de acordo com suas políticas de conflito de interesses.