Un nuevo método para calibrar las exploraciones con microtomografía computarizada (MicroCT) utilizando tejido dental permitirá analizar la patología ósea y la variación de la densidad mineral en investigaciones arqueológicas, osteológicas y de laboratorio. Así lo revela una investigación del proyecto Tied2Teeth del Centro Nacional de Investigación sobre la Evolución Humana (CENIEH), que moderniza el estudio del pasado humano incorporando el fenómeno de la pleiotropía dental. Hablamos con Leslea Jane Hlusko, coautora de este estudio, para conocer más sobre los objetivos y hallazgos del proyecto.
– ¿Cuáles son los objetivos específicos del proyecto «Tied2Teeth» y qué metodologías de investigación se están llevando a cabo para alcanzarlos?
– El proyecto Tied2Teeth tiene tres objetivos que exploran cómo las influencias genéticas en la variación dental también influyen en la variación anatómica no dental. El primer objetivo es realizar análisis genéticos cuantitativos de la variación craneofacial y dental en una colonia de babuinos en cautiverio para identificar efectos genéticos compartidos entre las diferentes dimensiones. Por ejemplo: ¿la variación en la longitud de un molar está correlacionada genéticamente con la variación en la longitud de la cara?
Nuestro segundo objetivo es hacer que tres grandes conjuntos de datos históricos de variación dental humana sean accesibles para nuevos análisis. Durante los años 1980 y 2000, Christy Turner, Kazuro Hanihara y G. Richard Scott puntuaron la variación de la forma de los dientes en las denticiones de decenas de miles de personas de todo el mundo, incluidas poblaciones arqueológicas y vivas. Aunque estos datos se recopilaron como puntuaciones de 1 a 7, por ejemplo, la práctica en antropología dental ha decidido durante mucho tiempo publicar estos datos como rasgos bivariados (presencia o ausencia) y como frecuencias poblacionales de los datos de presencia/ausencia. Sin embargo, hoy podemos aprender mucho más de estos datos analizando las puntuaciones individuales de cada persona, en lugar de un resumen de la población. Por ejemplo, nos interesa comprobar la covarianza entre la expresión de varios rasgos. Por lo tanto, estamos construyendo una base de datos en línea que albergará los datos individuales originales, lo que permitirá a los investigadores realizar análisis mucho más matizados de cómo se comportan los patrones de variación dental humana a lo largo del tiempo y en distintas geografías.
Nuestro tercer objetivo es aplicar al registro fósil lo que aprendemos de los dos primeros objetivos, profundizando la investigación en el tiempo evolutivo. Trabajaremos con fósiles de homínidos de Atapuerca y otros yacimientos de Europa y Asia, y los compararemos con los fósiles descubiertos en el este de África.
– ¿Qué disciplinas científicas forman parte del proyecto «Tied2Teeth» y quién participa en él?
– Tied2Teeth combina la experiencia de varias disciplinas diferentes dentro de la biología y la antropología, incluyendo la genética cuantitativa, la paleontología, el desarrollo craneofacial, la genómica y la arqueología.
Para llevar a cabo esta investigación, he reunido a un equipo de científicos con una amplia gama de experiencia. Uno de los investigadores postdoctorales es Mario Modesto Mata, experto en antropología dental y en la ciencia de datos. Es fundamental en el desarrollo de métodos asistidos por inteligencia artificial para la recopilación de datos a gran escala necesaria para el primer objetivo.
Otra de las investigadoras postdoctorales es Marina Martínez de Pinillos González, experta en antropología dental, con un enfoque en la dentición temporal, y quien lidera el trabajo para el segundo objetivo. Además, durante los últimos 10 años ha dirigido el Proyecto Ratón Pérez, un proyecto comunitario a través del cual los niños donan sus dientes de leche para la investigación. También está liderando el trabajo asociado con el segundo objetivo y está incorporando la dentición temporal a las preguntas de investigación. Igualmente, contamos con Raquel Hernando Santamaria, investigadora postdoctoral y cuya experiencia se centra en discernir la dieta a partir de los arañazos y hoyos encontrados en los dientes en el registro arqueológico.
También contamos con Arthur Thiebaut, estudiante de doctorado involucrado en la investigación de genética cuantitativa; y con dos técnicos que aportan su experiencia a la intensa recopilación de datos asociada al proyecto, Ana Álvarez Fernández, doctorada en arqueología, y Beatriz Delgado Esteban, máster en evolución humana.
Todo este proyecto tampoco sería posible sin la directora del proyecto, Inma Villamartín Santamaria, y sus excelentes dotes de dirección de empresas. Y es que, esta investigación también implica una gran cantidad de trabajo administrativo, especialmente porque nos adherimos a las normas y regulaciones de gasto de dinero de investigación del Consejo Europeo de Investigación.
Y, por supuesto, la increíble infraestructura de CENIEH hace que todo esto sea posible, desde las instalaciones hasta el personal experto.
– Los dientes son el registro fósil y bioarqueológico más predominante, ya que están compuestos en su mayoría por material inorgánico. ¿Qué papel juega la antropología dental en este caso?
– La ciencia de la evolución humana tiene la suerte de contar con dientes para estudiar. Los dientes son el elemento esquelético más común que se encuentra en los registros paleontológicos y arqueológicos. Además, registran una enorme cantidad de información sobre la infancia, ya que se forman lentamente a lo largo de muchos años, y el tiempo se registra en la deposición diaria de esmalte y dentina. Los isótopos del medio ambiente y la dieta se capturan en los tejidos dentales y el desgaste de la superficie de los dientes nos dice qué comió el individuo durante su vida. Además, los descubrimientos de los últimos 20 años están revelando cómo la variación genética modifica el tamaño y la forma de los dientes.
– En este sentido, ¿por qué las variaciones en la anatomía dental son determinantes para diferenciar especies, identificar relaciones biológicas entre poblaciones, extraer conclusiones sobre adaptaciones dietéticas y datar etapas clave del desarrollo de la vida?
– Debido a que los dientes son tan importantes para la dieta, son indicadores de interacciones sociales y las influencias genéticas subyacentes están vinculadas a rasgos no dentales, la variación en la dentición ha estado sujeta durante mucho tiempo a intensas presiones selectivas a lo largo de la evolución. La selección a lo largo de miles de años ha llevado a una variación menor de la forma a medida que la selección opera en las vías genéticas que interconectan la variación dental con la variación en otras estructuras externas, como las glándulas mamarias y sudoríparas, el cabello y las uñas.
– Por otro lado, recientes avances en el campo de las ciencias biológicas han revelado cómo los genes controlan los procesos de desarrollo que forman nuestros dientes. En esta línea, ¿qué mecanismos genéticos concretos se han identificado en el proyecto Tied2Teeth que regulan tanto el desarrollo dental como el de otras estructuras anatómicas como la textura capilar y las glándulas mamarias?
– El proyecto Tied2Teeth se basa en dos descubrimientos que han alterado significativamente la forma en que los científicos piensan sobre la dentición y la variación dental, y ha participado en ellos.
Antes de llegar al CENIEH, mi investigación genética cuantitativa sobre la variación dental en babuinos y ratones reveló cómo variaban las influencias genéticas a lo largo de la arcada dental. Descubrimos que la variación de tamaño en los incisivos es genéticamente independiente de la variación de tamaño en los premolares y molares. Y, quizás más sorprendente, descubrimos que la variación en la longitud de los primeros, segundos y terceros molares se debe exactamente a los mismos genes. Esto nos dice que la variación en la longitud de los primeros, segundos y terceros molares es resultado de los mismos genes. Estos dientes parecen estructuras anatómicas separadas, pero desde la perspectiva del genoma, están profundamente interconectados. Una investigación reciente en la que participó el proyecto Tied2Teeth descubrió que la variación de tamaño dentro de la fila de molares está correlacionada con la variación en las tasas de crecimiento prenatal en los primates. Por lo tanto, nuestra hipótesis es que los genes que determinan la longitud relativa de los primeros molares en comparación con los segundos y terceros también influyen en las tasas de crecimiento del feto durante el embarazo. Esta investigación demuestra el potencial que tiene nuestro enfoque de la antropología dental para descubrir nuevos conocimientos sobre la evolución del embarazo.
La variación de tamaño en los incisivos es genéticamente independiente de la variación de tamaño en los premolares y molares
Por otro lado, uno de los ejemplos clave utilizados para demostrar el potencial del enfoque Tied2Teeth se publicó por primera vez en 2018 y ha seguido expandiéndose. Los antropólogos dentales saben desde hace mucho tiempo que un rasgo llamado «pala de incisivos» es común en hasta la mitad de las poblaciones humanas en el este de Asia. Este rasgo se observa en prácticamente todos los incisivos de los nativos americanos, pero está prácticamente ausente en todas las demás poblaciones del mundo. Se han propuesto numerosas hipótesis sobre por qué existe este patrón. ¿Quizás el refuerzo en el lado lingual de los incisivos proporciona mayor resistencia al diente? Pero, ¿cómo podría este refuerzo ser tan beneficioso en algunas poblaciones pero no en otras? Combinando conocimientos científicos de una amplia gama de disciplinas, descubrí que la selección probablemente no se debía a los dientes, sino a otro rasgo anatómico que también se modifica por la misma vía genética. Este otro rasgo anatómico probablemente sean las glándulas mamarias.
– Y cómo han cambiado los avances en genética y biología evolutiva las hipótesis tradicionales basadas en la antropología dental?
– Si bien los avances en genética y biología del desarrollo han revolucionado la manera en que pensamos sobre la biología de los organismos en las últimas décadas, la aplicación de estos conocimientos a los fósiles ha sido difícil de implementar. Esta es una de las razones por las que el Proyecto Tied2Teeth es importante. Nuestro objetivo es encontrar la manera de tomar el conocimiento obtenido de la genética y la biología del desarrollo y aplicarlo de manera significativa al registro fósil. Debido a que estamos realizando los análisis genéticos cuantitativos nosotros mismos, podemos cuantificar la variación que analizamos de una manera que refleje cómo los paleontólogos miden los rasgos craneodentales. Por lo tanto, nuestros resultados son inmediatamente aplicables a la paleontología.
– ¿Cuáles son los hallazgos más reveladores que habéis descubierto hasta ahora en el proyecto?
– Los primeros 2-3 años del proyecto de 5 años se centran en la construcción de los dos conjuntos de datos. El primer conjunto de datos es para un estudio genético cuantitativo de la variación craneodental en una colonia de babuinos cautivos en el Centro Nacional de Investigación de Primates del Suroeste en Texas, EE. UU. El proyecto Tied2Teeth ha aplicado los escáneres orales tecnológicamente avanzados que se utilizan en Odontología para escanear las denticiones de los cráneos de 1000 de estos babuinos. También tenemos acceso a tomografías computarizadas de los cráneos, pero necesitábamos que las tomografías orales tuvieran una resolución más alta para las mediciones dentales. Mario Modesto Mata ha liderado el desarrollo de IA, métodos semiautomatizados para recopilar datos de las tomografías computarizadas mucho más rápido que si tuviéramos que hacerlo a mano. El uso del escáner oral y, ahora, las metodologías de recopilación de datos automatizadas, son nuestros mayores avances científicos hasta el momento.
Descubrir que los mismos genes que influyen en la producción de leche materna también alteran la forma de nuestros dientes es increíble
Presentaremos análisis genéticos cuantitativos preliminares en reuniones científicas el próximo año. Aunque todavía queda mucho trabajo por hacer, estamos fascinados por los patrones observados hasta ahora. Por ejemplo, hemos informado a la Sociedad Europea para el Estudio de la Evolución Humana en Zagreb sobre los resultados preliminares de nuestro análisis genético cuantitativo de la variación craneodental en los babuinos. Sorprendentemente, encontramos evidencia de algunas correlaciones genéticas entre la variación craneal y dental que no muestran evidencia de correlaciones fenotípicas. Este resultado demuestra que cuando estudiamos la variación fenotípica por sí sola, no podemos ver la evidencia de la correlación genética que existe y que ha dado forma a la evolución de la variación craneofacial a lo largo del tiempo evolutivo. No sabríamos acerca de este conjunto de correlaciones genéticas si no estuviéramos estudiando la variación de una población de babuinos de la que conocemos todas las relaciones familiares.
El segundo conjunto de datos se está construyendo utilizando datos recopilados por dos antropólogos dentales anteriores. Estos investigadores evaluaron la variación dental de decenas de miles de personas de todo el mundo. En ese momento, centraron su investigación en cómo las poblaciones se diferenciaban entre sí. Por lo tanto, todos sus datos se recopilaron y promediaron dentro de las poblaciones. Para realizar nuestras investigaciones, necesitamos estos datos a nivel de cada individuo. Afortunadamente, tenemos acceso a las hojas de datos originales escritas a mano de estos investigadores. Sin embargo, ahora tenemos que tomar estas hojas de datos complejas y convertirlas en una base de datos relacional que nos permitirá explorar los patrones de covarianza para la expresión de rasgos, para ver si existen vínculos con el medio ambiente, el clima y las estrategias de subsistencia.
– ¿Y qué impacto podrían tener estos hallazgos en las políticas educativas, de conservación o culturales relacionadas con la evolución humana?
– Esperamos que nuestros descubrimientos y el hecho de compartirlos con el público despierten la curiosidad científica y, al mismo tiempo, el respeto por la importancia de nuestros dientes. Por ejemplo, descubrir que los mismos genes que influyen en la producción de leche materna también alteran la forma de nuestros dientes es increíble. Descubrir cómo funciona nuestro cuerpo y ver lo interconectadas que están todas sus partes es algo que esperamos que inspire a la gente a querer saber más sobre biología. La curiosidad es lo que inspira a las personas a seguir carreras en medicina y ciencia y, también, a tener respeto por sus cuerpos a cualquier edad.
