El cerebro son dos órganos, no uno: 600 millones de años de separación

Durante generaciones, los biólogos supusieron que todas las células del cerebro descendían de una única célula ancestral: una progenitora que se dividió y se diferenció para dar origen a cada región. Resulta que esa idea era equivocada.

Investigadores de Stanford Medicine demostraron que la parte delantera y la parte trasera del cerebro se desarrollan a partir de linajes celulares completamente separados, cada uno comprometido con su propio destino antes de que siquiera se comuniquen entre sí. Una población estaba destinada al prosencéfalo y el mesencéfalo; la otra, al rombencéfalo. Ambas están separadas por una frontera molecular que ninguna célula cruza durante el desarrollo. No son dos ramas del mismo árbol: son dos árboles distintos que la evolución plantó uno junto al otro dentro del mismo cráneo.

Las consecuencias van desde la biología fundamental hasta la clínica. La ELA y la atrofia muscular espinal destruyen específicamente neuronas del rombencéfalo, una región que los científicos apenas han podido estudiar en el laboratorio porque no sabían cómo cultivar esas neuronas fuera del organismo. Esa barrera acaba de caer.

Lectura recomendadaLas células de soporte del cerebro se creían insustituibles — el cerebro adulto las está reemplazando

Dos viajeros que nunca se encuentran

El cerebro adulto tiene tres regiones principales: el prosencéfalo, que se encarga del pensamiento, el lenguaje y la conciencia; el mesencéfalo, que transmite señales; y el rombencéfalo (el tronco encefálico), que controla todo lo que te mantiene con vida sin pedir permiso: los latidos del corazón, la respiración y los músculos que te permiten tragar. Una jerarquía sencilla, con una célula progenitora fundadora que da origen a todo. Al menos, eso sostenía el modelo tradicional.

Cuando el equipo de Stanford examinó embriones de ratón durante la gastrulación, la primera etapa en que el cuerpo comienza a organizarse, encontró algo que hizo tambalear ese modelo. Ya había dos poblaciones distintas de células progenitoras, cada una con la expresión de un gen diferente. Una población, identificada por un gen llamado Otx2, estaba destinada exclusivamente al prosencéfalo y el mesencéfalo. La otra, identificada por Gbx2, estaba comprometida con el rombencéfalo. Los dos tipos celulares nunca se superponían, nunca intercambiaban funciones ni producían los tipos de células del otro.

Las pruebas no se limitaron a rastrear adónde iba cada célula: también analizaron cómo estaba enrollado físicamente el ADN dentro de cada tipo celular. La cromatina —el empaquetamiento que determina qué genes puede activar una célula— era fundamentalmente distinta en cada progenitora desde sus primeras etapas. Cada célula llevaba no solo instrucciones para dirigirse en otra dirección, sino también una incapacidad estructural para ir a cualquier otro lugar.

«Es probable que los intentos anteriores de producir neuronas del rombencéfalo hayan buscado inducir a progenitoras del prosencéfalo y el mesencéfalo a convertirse en células del rombencéfalo, algo que nuestro estudio demuestra que no es posible», señaló Rayyan Jokhai, estudiante de posgrado y coautor principal de la investigación. Décadas de frustración en el laboratorio tenían una respuesta clara, escondida desde el comienzo mismo del desarrollo: los investigadores habían intentado obtener neuronas del rombencéfalo a partir de la célula inicial equivocada.

600 millones de años de pruebas

El hallazgo no era una particularidad de los embriones de ratón. El equipo de Stanford revisó 550 millones de años de historia evolutiva y encontró el mismo patrón de dos orígenes en todos los organismos que examinó: pollos, peces cebra y gusanos bellota, diminutas criaturas del fondo marino que comparten un ancestro común lejano con los vertebrados. Las medusas, que se separaron de nuestro linaje hace unos 600 a 700 millones de años, ya tienen dos sistemas nerviosos distintos en extremos opuestos del cuerpo.

La conclusión era difícil de eludir: la evolución no inventó el rombencéfalo y el prosencéfalo como dos ramas de un único cerebro original. Reunió dos sistemas nerviosos que habían evolucionado de manera independiente y, poco a poco, los colocó dentro del mismo organismo.

«Nuestra investigación sugiere que la evolución tomó dos sistemas nerviosos ya existentes y los acercó en el espacio», señaló Kyle Loh, autor principal del estudio y profesor asociado de biología del desarrollo en Stanford Medicine. «Probablemente sería más eficiente tener el cerebro como un solo órgano, pero dependemos de esta forma primordial de construirlo como dos piezas separadas».

«Me sorprendieron nuestros hallazgos», agregó Jokhai, «porque la palabra “cerebro” implica un órgano continuo que probablemente tiene un origen único. Pero incluso hace 500 millones de años ya existían estos sistemas nerviosos separados, que ahora casi funcionan como uno solo».

Qué posibilidades abre

Para quienes viven con ELA o atrofia muscular espinal, el cambio práctico es inmediato. En ambas enfermedades, las neuronas del rombencéfalo que controlan la deglución y la respiración dejan de funcionar gradualmente. Los pacientes pierden la capacidad de tragar de manera segura, lo que aumenta el riesgo de neumonía por inhalar alimentos o líquidos, y con el tiempo también pierden la capacidad de respirar sin ayuda. La atrofia muscular espinal es la principal causa genética de muerte en niños menores de un año. La ELA se diagnostica con mayor frecuencia entre los 40 y los 70 años.

Los científicos sabían que ambas enfermedades atacaban el rombencéfalo. Para estudiarlas en una placa de laboratorio, era necesario cultivar neuronas de esa región, algo que resultó casi imposible: los investigadores intentaban obtenerlas a partir de la célula inicial equivocada. Al identificar la progenitora correcta, el equipo de Stanford logró por primera vez inducir a células madre pluripotentes humanas a convertirse en neuronas motoras funcionales del rombencéfalo. Esas células cultivadas en laboratorio generaron potenciales de acción y expresaron las proteínas propias de los segmentos del rombencéfalo que controlan la cara, la lengua y la garganta.

También hay una conexión menos evidente: el rombencéfalo contiene los circuitos que regulan el hambre, precisamente el lugar donde actúan fármacos como la semaglutida, el compuesto activo de Ozempic y Wegovy. La posibilidad de cultivar y estudiar estas neuronas en el laboratorio podría ayudar a aclarar, con el tiempo, cómo estos medicamentos suprimen el apetito a nivel celular.

Qué preguntas siguen abiertas

La separación durante el desarrollo está confirmada. Lo que aún no está resuelto es el mecanismo evolutivo: exactamente cómo y cuándo dos sistemas nerviosos que evolucionaron de manera independiente entraron en contacto y se unieron para formar el órgano que llamamos cerebro. Esa historia abarca cientos de millones de años y todavía se está reconstruyendo.

El estudio actual abordó tres regiones del cerebro: el prosencéfalo, el mesencéfalo y el rombencéfalo. El próximo objetivo de investigación del equipo es estudiar los orígenes del desarrollo de la médula espinal.

Hay que tener en cuenta algunas limitaciones. El trabajo principal se realizó con embriones de ratón; el equipo utilizó células madre pluripotentes humanas para verificar el hallazgo sobre el rombencéfalo, pero no observó directamente la gastrulación humana. El estudio tampoco precisó exactamente cuándo se diferencian por primera vez las poblaciones Otx2 y Gbx2. La posibilidad de cultivar neuronas del rombencéfalo en una placa es una plataforma de investigación, no un tratamiento: aún faltan años de trabajo para llegar a una aplicación clínica.

«Ahora contamos con un modelo para comprender mejor estas enfermedades y avanzar hacia terapias regenerativas para tratarlas», señaló Jokhai.

Preguntas frecuentes sobre los dos orígenes del cerebro

¿Esto significa que tienes dos cerebros separados?

No en el sentido de que dos mentes independientes compartan tu cráneo. Pero, desde el punto de vista del desarrollo, el rombencéfalo (tronco encefálico) y el prosencéfalo/mesencéfalo surgieron de linajes de células progenitoras completamente distintos, separados desde las primeras etapas del desarrollo embrionario. En la adultez funcionan como un solo órgano, pero se formaron a partir de dos sistemas antiguos que la evolución fue reuniendo poco a poco.

¿Qué hace realmente el rombencéfalo?

El rombencéfalo, o tronco encefálico, controla las funciones automáticas que te mantienen con vida: la respiración, los latidos del corazón, la regulación del sueño, las señales del hambre y los músculos de la cara, la lengua y la garganta que te permiten tragar y hablar. El prosencéfalo se encarga de funciones superiores como el lenguaje, el razonamiento, la memoria y la conciencia.

¿Por qué tardamos tanto en descubrirlo?

El modelo de una sola célula progenitora nunca se había puesto a prueba directamente durante la gastrulación, la etapa más temprana del desarrollo. En trabajos de laboratorio anteriores se intentó obtener neuronas del tronco encefálico sin distinguir primero los tipos de células progenitoras, y el método resultó poco confiable. El estudio de Stanford resolvió la cuestión al observar el momento previo a que cualquier parte del cerebro adquiriera una forma reconocible.

¿Qué implica esto para la investigación sobre la ELA y la atrofia muscular espinal?

Ambas enfermedades destruyen neuronas del rombencéfalo que controlan la respiración y la deglución. Hasta ahora, los científicos no podían cultivar estas células de manera confiable en una placa de laboratorio. Sin un modelo celular, la investigación de ambas enfermedades a nivel molecular era casi imposible. El equipo de Stanford ya cultivó por primera vez neuronas funcionales humanas del rombencéfalo, lo que abre la puerta a crear modelos de estas enfermedades y probar medicamentos para la ELA y la atrofia muscular espinal.

El estudio se publicó en Nature Neuroscience el 18 de septiembre. El próximo objetivo del equipo es investigar los orígenes del desarrollo de la médula espinal.

La pregunta práctica queda abierta en ambas direcciones: si por fin es posible estudiar en una placa los mecanismos de enfermedad del rombencéfalo, ¿qué otros aspectos de la arquitectura del cerebro como dos órganos han pasado inadvertidos por partir del punto equivocado?

Referencia: Dundes and Jokhai et al., «Separable developmental origins of the forebrain/midbrain and hindbrain», Nature Neuroscience, 2026.

Etiquetas: neuroscience, ALS, evolutionary biology, brain development, kyle loh, sma

Contenido similar

El cerebro estaba aislado de la inmunidad — pero su cráneo tenía otros planes

Un mapa del hipocampo revela que tres sistemas cerebrales colapsan al mismo tiempo entre los 50 y 75 años

Científicos mapearon 160.000 neuronas de una mosca — y sus patas funcionan solas

No solo neandertales: un ancestro ‘fantasma’ africano quedó escrito en el ADN de casi todos

El ADN humano oculta dos antepasados fantasma, uno de una especie de hace 1,8 millones de años

Bajo anestesia, el cerebro siguió descifrando el habla y anticipando la palabra siguiente