Cientistas descobrem uma ligação surpreendente entre o chumbo e a evolução humana

O estudo – publicado em Avanços da Ciência – também oferece um novo ângulo sobre por que os humanos modernos ultrapassaram os neandertais. Organoides cerebrais desenvolvidos em laboratório com variantes genéticas de Neandertais reagiram mais fortemente ao chumbo do que organoides com genética humana, sugerindo que os Neandertais podem ter sido mais vulneráveis ​​aos efeitos neurológicos do chumbo.

Pesquisadores do Grupo de Pesquisa em Geoarqueologia e Arqueometria (GARG) da Southern Cross University (Austrália), do Departamento de Medicina Ambiental da Escola de Medicina Icahn do Hospital Mount Sinai (Nova York, EUA) e da Escola de Medicina da Universidade da Califórnia em San Diego (UCSD, EUA) combinaram química fóssil, experimentos organoides cerebrais e genética evolutiva para descobrir como o chumbo foi fatorado na história dos hominídeos.

Evidência de exposição antiga ao chumbo em dentes fósseis

Durante muitos anos, presumiu-se que a toxicidade do chumbo estava intimamente ligada à indústria humana, incluindo a fundição, a mineração e a utilização de gasolina e tintas com chumbo. Essa visão mudou quando os investigadores analisaram 51 dentes fósseis de uma série de hominídeos e grandes símios, incluindo Australopithecus africanus, Paranthropus robustus, Homo primitivo, Neandertais e Homo sapiens. Os dentes mostraram traços químicos claros de exposição intermitente ao chumbo que remontam a quase dois milhões de anos.

A geoquímica de ablação a laser de alta precisão realizada nas instalações GARG da Southern Cross University (localizada em Lismore, NSW) e nos laboratórios Exposomics do Mount Sinai revelou ‘faixas de chumbo’ distintas no esmalte e na dentina. Essas faixas se formaram durante a infância e indicam períodos recorrentes de ingestão de chumbo de fontes ambientais (como água poluída, solo ou atividade vulcânica) ou de chumbo armazenado nos ossos do corpo e liberado durante períodos de estresse ou doença.

“Os nossos dados mostram que a exposição ao chumbo não foi apenas um produto da Revolução Industrial – foi parte do nosso cenário evolutivo”, disse o professor Renaud Joannes-Boyau, chefe do grupo de investigação GARG da Southern Cross University.

“Isto significa que os cérebros dos nossos antepassados ​​se desenvolveram sob a influência de um potente metal tóxico, que pode ter moldado o seu comportamento social e capacidades cognitivas ao longo de milénios”.

Como o lead interagiu com o desenvolvimento inicial do cérebro

Para compreender o impacto funcional desta exposição, a equipe estudou organoides do cérebro humano, que servem como modelos simplificados e desenvolvidos em laboratório do desenvolvimento inicial do cérebro. Eles testaram como o chumbo afetou duas versões de um gene chave do desenvolvimento conhecido como NOVA1, que regula a expressão genética sob exposição ao chumbo durante o neurodesenvolvimento. A versão humana moderna da NOVA1 difere da variante observada nos Neandertais e outros hominídeos extintos, embora a razão para esta mudança evolutiva não fosse anteriormente clara.

Os organoides que transportam a variante NOVA1 semelhante ao Neandertal mostraram perturbações substanciais nos neurônios que expressam FOXP2 no córtex e no tálamo quando expostos ao chumbo. Essas regiões cerebrais são essenciais para o desenvolvimento da linguagem e da fala. Organóides com o gene NOVA1 humano moderno mostraram muito menos perturbações.

“Esses resultados sugerem que nossa variante NOVA1 pode ter oferecido proteção contra os efeitos neurológicos nocivos do chumbo”, disse o professor Alysson Muotri, professor de pediatria/medicina celular e molecular e diretor do Centro Integrado de Pesquisa Orbital de Células-Tronco Espaciais do Instituto de Células-Tronco da UC San Diego Sanford.

“É um exemplo extraordinário de como uma pressão ambiental, neste caso, a toxicidade do chumbo, poderia ter impulsionado alterações genéticas que melhoraram a sobrevivência e a nossa capacidade de comunicar através da linguagem, mas que agora também influenciam a nossa vulnerabilidade à exposição moderna ao chumbo”.

Insights genéticos sobre a ascensão dos humanos modernos

Os dados genéticos e proteômicos do estudo mostraram que a exposição ao chumbo em organoides com variantes genéticas arcaicas interrompeu múltiplas vias ligadas ao neurodesenvolvimento, à comunicação e ao comportamento social. As interrupções do FOXP2 são especialmente notáveis ​​devido ao papel bem estabelecido do FOXP2 na fala e na linguagem. Estes resultados sugerem que a pressão a longo prazo das toxinas ambientais pode ter empurrado os traços cognitivos e comunicativos ao longo de diferentes caminhos evolutivos nos humanos modernos e nos Neandertais.

“Este estudo mostra como as nossas exposições ambientais moldaram a nossa evolução”, disse o Professor Manish Arora, Professor e Vice-Presidente de Medicina Ambiental.

“Do ponto de vista da competição entre espécies, a observação de que as exposições tóxicas podem oferecer uma vantagem de sobrevivência global oferece um novo paradigma para a medicina ambiental examinar as raízes evolutivas dos distúrbios ligados às exposições ambientais.”

O que a antiga exposição ao chumbo significa para nós hoje

Embora a exposição moderna ao chumbo esteja sobretudo ligada a actividades industriais, continua a representar uma grave ameaça para a saúde, especialmente para as crianças. As novas descobertas mostram que a suscetibilidade humana ao chumbo pode estar profundamente enraizada no nosso passado evolutivo e moldada pelas interações entre genes e condições ambientais.

“O nosso trabalho não só reescreve a história da exposição ao chumbo”, acrescentou o professor Joannes-Boyau, “mas também nos lembra que a interacção entre os nossos genes e o ambiente tem moldado a nossa espécie há milhões de anos, e continua a fazê-lo”.

A investigação baseou-se em dentes fósseis de África, Ásia, Europa e Oceânia, utilizando mapeamento geoquímico detalhado para rastrear episódios infantis de ingestão de chumbo. Paralelamente, organoides cerebrais contendo genes NOVA1 modernos ou arcaicos foram usados ​​para estudar como o chumbo afetava o desenvolvimento do cérebro, com especial atenção ao FOXP2, um gene central para a linguagem. Análises genéticas, transcriptômicas e proteômicas foram combinadas para construir uma ampla compreensão de como o chumbo pode ter influenciado a evolução da cognição e do comportamento social dos hominídeos.