Las voces de los humanos, los murciélagos, las ballenas, las focas y los pájaros cantores difieren entre sí. Por ejemplo, los humanos y las aves están separados por unos 300 millones de años de evolución. Pero los científicos que estudian cómo estos animales aprenden a «hablar» han visto una y otra vez sorprendentes similitudes en las conexiones en las regiones del cerebro que respaldan este aprendizaje vocal.
En un artículo publicado en la revista cienciaUn equipo multiinstitucional dirigido por científicos de la Universidad Carnegie Mellon y la Universidad de California, Berkeley, descubrió partes del genoma, tanto dentro como fuera de los genes, que han evolucionado y están asociadas con el aprendizaje vocal en los mamíferos.
Utilizando un método de aprendizaje automático llamado Tissue-Aware Conservation Inference Toolkit (TACIT) en el sistema Bridges-2 del Centro de Supercomputación de Pittsburgh, el laboratorio de Andreas Fenning identificó 50 elementos reguladores de genes de los cerebros de humanos, murciélagos, ballenas y focas. Relación con el canto. Estos elementos reguladores son secuencias de ADN fuera de los genes reales que dictan qué genes están activos en qué tejidos.
Los científicos entienden que los factores regulatorios juegan un papel importante en la evolución del comportamiento. Pero estudiarlos es más difícil que estudiar genes.
«Se necesitan nuevos métodos de inteligencia artificial para ayudar a descubrir señales evolutivas en elementos reguladores en cientos de genomas», dijo Pfenning, autor correspondiente del nuevo estudio y profesor asistente en el Departamento de Biología Computacional Ray y Stephanie Lane de CMU. Departamento de Ciencias Biológicas. «Estamos entrando en una era apasionante en la que la IA está mejorando nuestra capacidad de rastrear la historia evolutiva humana. Para estudiar los factores reguladores de los genes, necesitamos construir un mapa de la actividad en la región del cerebro asociada con el comportamiento de aprendizaje sólido en las especies».
Se encontró una región cerebral relacionada mediante experimentos realizados en el laboratorio de Michael Yartsev de la Universidad de California en Berkeley. Encontraron evidencia de que una parte específica del cerebro del murciélago frugívoro egipcio tiene conexiones neuronales similares a la parte del cerebro humano que controla la producción del habla.
«Pocos mamíferos son realmente capaces de aprender los sonidos que emiten, lo que hace que sea muy difícil estudiar este importante aspecto de la humanidad», dijo Yartsev, profesor asistente de bioingeniería y neurociencia en UC Berkeley. «Pudimos identificar paralelos entre los murciélagos y los humanos en los aspectos estructurales del cerebro, el contenido genético y los circuitos neuronales que controlan el aprendizaje vocal».
Tanto los genes relacionados con el aprendizaje vocal como los elementos reguladores genéticos descubiertos en este estudio residen en partes del genoma asociadas con el trastorno del espectro autista. Esta investigación sugiere que estudiar la historia evolutiva del genoma humano puede proporcionar pistas sobre cómo influye en la salud humana.
«Basándonos en el análisis genético, descubrimos que los tipos de células que forman conexiones de largo alcance en el cerebro humano y del murciélago son los más adecuados para el aprendizaje vocal», dijo Pfenning. «Tanto la anatomía como la genética apuntan al mismo mecanismo subyacente a la evolución del aprendizaje vocal en los mamíferos y la producción del habla en los humanos».
Más información:
morgan e. Werthlin et al., Evolución convergente relacionada con el aprendizaje vocal en proteínas de mamíferos y factores reguladores, ciencia (2024) DOI: 10.1126/ciencia.abn3263
Proporcionado por la Universidad Carnegie Mellon
referencia: Elementos genéticos similares subyacen al aprendizaje vocal en mamíferos (29 de febrero de 2024) Consultado el 29 de febrero de 2024 en https://phys.org/news/2024-02-similar-genetic-elements-underlie-vocal.html
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