El primer genoma mesolítico europeo: cuando éramos cazadores-recolectores

El neolítico se caracteriza por la domesticación de cereales y de algunos animales. La sedentarización permite un incremento demográfico y favorece que las poblaciones agricultoras se expandan rápidamente por áreas climáticas favorables a este modo de producción, reemplazando o mezclándose con las pequeñas y dispersas poblaciones locales de cazadores-recolectores. Al cabo de pocos miles de años, todos los europeos son agricultores y ganaderos. Es evidente que el cambio radical de vida hacia la economía de producción conlleva adaptaciones que tienen que haber modelado nuestro genoma. La dieta es mucho menos proteica y en algunos casos se basa casi exclusivamente en los carbohidratos de los cereales; aparecen con el tiempo nuevos recursos alimenticios como los lácteos, obtenidos de los animales domesticados. Estos mismos animales nos transmiten una serie de enfermedades infecciosas que son algunas de las más comunes que nos afligen en la actualidad y que probablemente incluyen la gripe, la tuberculosis, el sarampión, la viruela, la tos ferina y las paperas entre otras. Las epidemias se hacen frecuentes debido también a que las poblaciones son más grandes y sedentarias, condición necesaria para la propagación rápida de patógenos. Quizás también se seleccionan rasgos cognitivos relacionados con la estructuración social, y no solo se domestican algunos animales sino también los humanos. En definitiva, nuestro modo de vida actual tiene que haber comportado cambios metabólicos, dietarios, fisiológicos e inmunológicos que tienen que verse reflejados en los genomas de los europeos actuales, ya que nosotros somos primariamente descendientes de aquellos que sobrevivieron a estos desafíos.

Los resultados del análisis de este primer genoma mesolítico ofrecen una idea de la potencialidad que tienen los estudios paleogenómicos para reconstruir los procesos migratorios y también adaptativos de las poblaciones humanas

Es por todo esto que a priori resultaba interesante poder analizar un genoma europeo de antes del neolítico, para saber qué había cambiado con la llegada de la agricultura. En 2013, el único genoma prehistórico europeo que disponíamos era el genoma de Ötzi, el llamado Hombre del Hielo. Se trata del cuerpo de un hombre de la Edad del Cobre (de hace unos 5.300 años) hallado en 1991 en los Alpes del Tirol y conservado de forma espectacular en el hielo. Era lógico que, dadas las condiciones de conservación (ya que el frío ayuda a preservar el ADN), se intentara recuperar primero este genoma. Pero Ötzi es un individuo del neolítico tardío, y sigue sin informarnos de cómo eran los europeos antes de la transición mesolítico-neolítico.

Unos años antes, en octubre de 2006, unos espeleólogos exploraron una pequeña cavidad situada en la cordillera cantábrica a 1500 metros de altura, cerca de los municipios leoneses de La Braña-Arintero. Después de adentrarse una treintena de metros por un estrecho pasadizo y de superar un pozo vertical, encontraron un esqueleto casi completo depositado en conexión anatómica en una pequeña repisa. A escasos metros, en el fondo de un pequeño pozo, había otro esqueleto. Ambos correspondían a varones de edad adulta. La difusión de la noticia en los medios locales llevó a la Junta de Castilla y León a organizar la difícil excavación de los dos esqueletos (que fueron etiquetados como La Braña 1 y 2), dirigida por el arqueólogo Julio Manuel Vidal Encinas. Un detalle llamó su atención: una estalagmita que había crecido sobre algunos de los huesos indicaba que podían ser bastante antiguos. Al retirar los restos del segundo individuo aparecieron numerosos caninos atróficos de ciervo perforados. Estos dientes son un ornamento típico de los cazadores mesolíticos, quienes los llevaban cosidos a las vestimentas. La posterior datación por carbono-14, que dio fechas cercanas a los 7.000 años antes del presente, confirmó esta atribución.

En aquellos momentos las nuevas tecnologías de secuenciación masiva en paralelo (también denominadas 'secondgenerationsequencing') todavía se estaban implementando y con una aproximación clásica basada en la reacción en cadena de la polimerasa (o PCR) solo era posible recuperar pequeños fragmentos del ADN mitocondrial de estos individuos. Existían ya algunas secuencias mesolíticas del centro y norte de Europa, que mostraban una notable uniformidad genética: todas eran de los linajes mitocondriales U4 o U5; entre estos últimos, muchos tenían sorprendentemente el mismo haplotipo U5b2. Esto indicaba que, con toda probabilidad, los mesolíticos europeos eran muy uniformes genéticamente, y esto sólo era posible si imaginábamos poblaciones muy móviles a lo largo de una gran área geográfica.

En el año 2013 empezamos a probar diversas muestras del individuo de La Braña 1 con la intención de secuenciarlo completamente, y conseguimos generar una librería genómica, construida a partir de las raíces dentales del tercer molar superior derecho, que tenía un contenido de ADN cercano al 50%. Es decir, de cada cien secuencias que generábamos con la plataforma de Illumina, cerca de la mitad eran humanas (el resto, como ocurre en todas las muestras antiguas, era mayoritariamente secuencias bacterianas). Esta elevada eficiencia es muy inusual en muestras antiguas de una edad similar (e incluso más recientes), y sólo puede atribuirse a que las excepcionales condiciones del yacimiento, asociadas a la altura, la estabilidad térmica y la baja temperatura, han contribuido a conservar el material genético endógeno. Después de una reacción de secuenciación completa con la plataforma Illumina realizada en Dinamarca conseguimos recuperar el genoma con una cobertura de 3,4x. Es decir, cada nucleótido de los 3.200 millones que forman el genoma presenta en promedio entre tres y cuatro secuencias diferentes. Es una cobertura baja pero suficiente para llevar a cabo diversos tipos de análisis genómicos globales.

Empezamos mirando un listado de genes que habían sido descritos como el producto de selección reciente en europeos actuales. Se trataba de genes que tenían variantes en altas frecuencias o incluso fijadas en europeos que no estaban presentes en otras poblaciones humanas. Nuestra intención era ver si el individuo de La Braña tenía los alelos ancestrales (es decir, idénticos a los de las poblaciones africanas) o los derivados (idénticos a los europeos).

El individuo de La Braña 1, de forma sorprendente, mostraba variantes derivadas en numerosos genes del sistema inmunitario que previamente se habían asociado con resistencia a patógenos y con la transmisión de éstos desde los animales domésticos. Claramente, gran parte de los desafíos inmunológicos que habían modelado el genoma de los europeos actuales eran anteriores a la llegada del neolítico. Esto significaba también que si estamos interesados en estudiar los cambios adaptativos producidos por la transmisión de patógenos desde los animales domesticados a los humanos, debemos de buscarlos entre aquellos genes en los que La Braña presenta alelos ancestrales. También podría significar que los patógenos de la domesticación llegaron a Europa antes que los propios agricultores, diezmando también las poblaciones de cazadores. Claramente este es un tema que requiere más investigación futura.

Entre aquellos genes en que La Braña tenía la variante genética ancestral aparecían, también de forma inesperada, los dos genes (SLC45A2y SLC24A5) que tienen un papel esencial en la pigmentación clara de los europeos. Las variantes derivadas están esencialmente fijadas en los europeos actuales. Ampliamos la lista a otros genes de pigmentación que intervienen en el cabello y de forma minoritaria en la piel y descubrimos que este individuo mesolítico seguía presentando en varios de ellos (MC1R, TYR y KITLG) las variantes africanas. Con toda probabilidad, y en contra de lo que se creía hasta el momento, la pigmentación clara todavía no existía o no se había generalizado en el mesolítico. Las sorpresas no habían terminado allí: descubrimos que al mismo tiempo La Braña poseía las variantes genéticas en los genes HERC2/OCA2 que en los humanos actuales producen los ojos azules. Es decir, nuestro individuo tenía la piel oscura y los ojos azules, en un background genético que por otra parte era inequívocamente europeo (en rigor, más cercano a los norte-europeos que a cualquier otra población actual). No es posible saber el grado exacto del tono de la piel; claramente tenía que ser más oscuro que los europeos actuales pero quizás no tan oscuro como los africanos sud-saharianos. En todo caso, se trata de un fenotipo que ya no existe en las poblaciones europeas actuales.

Los resultados del análisis de este primer genoma mesolítico podrán confirmarse con la secuenciación de más muestras en el futuro, pero ahora mismo ofrecen una idea de la potencialidad que tienen los estudios paleogenómicos para reconstruir los procesos migratorios y también adaptativos de las poblaciones humanas. El estudio de genomas en el espacio y en el tiempo es el inicio de una nueva visión de la prehistoria de Europa.

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Olalde, I., Allentoft, ME., Sánchez-Quinto, F., Santpere, G., Chiang, CWK., DeGiorgio, M., Prado-Martínez J Rodríguez, JA., RasmussenS., Quilez, J., Ramírez, O.,Marigorta, U.M., Fernández, M.,Prada, ME., Vidal Encinas, JM., Nielsen, R., Netea, MG, Novembre, J., Sturm, RA., Sabeti, P., Marquès-Bonet, T., Navarro, A., Willerslev, E., Lalueza-Fox, C. (2014). Derived Immune and Ancestral Pigmentation Alleles in a 7,000-Year-old Mesolithic European. Nature. Doi:10.1038/nature12960.