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

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

Vestígios de chumbo estavam presentes em 73% dos fósseis estudados, com 71% das amostras humanas modernas e arcaicas apresentando contaminação. Fósseis de G. preto datados de 1,8 milhão de anos revelaram os níveis mais elevados de exposição aguda.

Anteriormente, pensava-se que os humanos começaram a enfrentar uma exposição significativa ao chumbo apenas na história registada, especialmente durante a era romana, quando tubos de chumbo foram utilizados para sistemas de água, e mais tarde durante a Revolução Industrial. A poluição por chumbo diminuiu apenas após o final do século XX.

“Paramos de usar chumbo em nossas vidas diárias quando percebemos o quão tóxico ele é, mas ninguém jamais estudou o chumbo na pré-história”, disse o autor correspondente Alysson Muotri, Ph.D., professor de pediatria e medicina celular e molecular na UC San Diego School of Medicine, diretor associado do Centro de Arquealização e diretor do Centro Integrado de Pesquisa Orbital de Células-Tronco do Espaço Integrado de Sanford.

Para surpresa dos investigadores, os dentes de pessoas nascidas em meados do século XX (da década de 1940 até a década de 1970), quando a exposição à gasolina e tinta com chumbo era generalizada, mostraram padrões de chumbo semelhantes aos de fósseis humanos antigos.

Os cientistas sugerem que os humanos antigos e os seus parentes podem ter encontrado chumbo na sua procura por água, tal como os romanos fizeram mais tarde na história.

“Uma possibilidade é que eles estivessem procurando cavernas com água corrente dentro”, disse Muotri. “As cavernas contêm chumbo, por isso estavam todas contaminadas. Com base nos estudos do esmalte dos dentes, tudo começou muito cedo, na infância.”

A exposição ao chumbo perturba o crescimento e a função do cérebro, prejudicando a inteligência e a regulação emocional.

Confrontados com esta evidência, Muotri e a sua equipa começaram a questionar como os humanos modernos conseguiram prosperar apesar de tais condições tóxicas durante o seu passado evolutivo.

Uma pequena mudança genética

Um gene conhecido como antígeno ventral neuro-oncológico 1 (NOVO1) desempenha um papel importante na formação do cérebro e no desenvolvimento sináptico. Atuando como um regulador chave do neurodesenvolvimento, o NOVA1 ajuda a determinar como as células progenitoras neurais reagem à exposição ao chumbo, e os distúrbios na sua atividade estão ligados a distúrbios neurológicos.

Quase todos os humanos modernos carregam uma versão do gene NOVA1 que difere em um único par de bases de DNA da versão encontrada nos Neandertais. Trabalhos anteriores do grupo de Muotri mostraram que a troca do moderno NOVO1 com a variante mais antiga em modelos cerebrais em miniatura, chamados organóides, causou mudanças dramáticas na estrutura e conectividade do cérebro.

“Tudo nos organoides é idêntico, exceto aquela variante genética, o que nos permite perguntar se aquela mutação específica entre nós e os neandertais está nos dando alguma vantagem”, disse Muotri. A variante arcaica acelerou a maturação cerebral, mas resultou em menos complexidade ao longo do tempo. “Se todos os humanos têm esta mutação mais recente em todos os cantos do mundo, uma pressão genética muito forte deve ter selecionado esta mutação na nossa espécie”.

Para testar se a exposição ao chumbo pode ter moldado esta mudança genética, os investigadores criaram organoides cerebrais com as características modernas e ancestrais. NOVO1 variantes, expondo-as ao chumbo e monitorando o crescimento de neurônios corticais e talâmicos.

Eles descobriram que o lead mudou NOVO1 atividade em ambos os tipos de organoides, influenciando genes ligados a condições como autismo e epilepsia.

No entanto, apenas o arcaico NOVO1 variante alterou a atividade de FOXP2um gene crucial para a fala e a linguagem. Pessoas com certos FOXP2 mutações lutam para formar palavras e frases complexas.

“Esses tipos de neurônios relacionados à linguagem complexa são suscetíveis à morte na versão arcaica do NOVO1“, disse Muotri.” FOXP2 gene é idêntico entre nós e os Neandertais, mas é como o gene é regulado por NOVO1 isso provavelmente contribui para diferenças linguísticas.”

Implicações evolutivas

Os resultados sugerem que a aquisição do moderno NOVO1 variante pode ter-nos protegido dos efeitos prejudiciais do chumbo, promovendo o desenvolvimento complexo da linguagem e a coesão social. Isto poderia 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 moldaram 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 linguagem é uma vantagem muito importante, é transformacional, 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 traduzir isso uns para os outros. E talvez a razão seja porque nunca tiveram um sistema de comunicação que fosse tão eficiente como a nossa linguagem complexa.”

Entendendo como NOVO1 variantes genéticas podem afetar FOXP2 A expressão ajuda a elucidar a relação entre a contaminação por chumbo e o desenvolvimento do cérebro e também esclarece as condições neurológicas relacionadas à linguagem, incluindo a apraxia da fala – uma condição que dificulta a produção correta dos sons da fala – e o autismo.

Os coautores do estudo incluíram Janaina Sena de Souza, Sandra M. Sanchez-Sanchez, Jose Oviedo, Universidade da Califórnia em San Diego; Marian Bailey e Matthew Tonge, da Southern Cross University; Renaud Joannes-Boyau, Southern Cross University 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 Westaway, Universidade Macquarie; Ian Moffat, Universidade Flinders e Universidade de Cambridge; Wei Wang e Wei Liao, Museu de Antropologia de Guangxi; Yingqi Zhang, Instituto de Paleontologia e Paleoantropologia de Vertebrados; Luca Fiorenza, Universidade Monash e Universidade Johann Wolfgang Goethe; Marie-Helene Moncel, Museu Nacional de História Natural; Gary T. Schwartz, Universidade Estadual do Arizona; Luiz Pedro Petroski e Roberto H. Herai, Pontifícia Universidade Católica do Paraná; José Oviedo, Universidade do Arizona; e Bernardo Lemos, Escola de Saúde Pública Harvard TH Chan.

O estudo foi financiado, em parte, pelos Institutos Nacionais de Saúde (concessão R01 ES027981, P30ES023515, R01ES026033), pelo Conselho Australiano de Pesquisa (concessão DP170101597), pela National Science Foundation (concessão BCS 0962564) e pela The Leakey Foundation.

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 em San Diego, de acordo com suas políticas de conflito de interesses.