Desde el Instituto Max Planck de Antropología Evolutiva, en Leipzig, Alemania, Hajdinjak estudia la historia genética de grupos humanos extintos. Su trabajo se centra, entre otros aspectos, en los restos de individuos que vivieron hace unos 38.000 años en la cueva de Vindija, en el norte de Croacia. Los análisis de estos fósiles ayudan a comprender los encuentros entre neandertales y humanos modernos, así como los vínculos que todavía existen entre ambos.

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La cueva de Vindija revela nuevos detalles sobre los neandertales

En 2017, Hajdinjak participó junto con su colega Petra Korlević en la secuenciación y el análisis de un genoma neandertal de alta calidad procedente de Vindija. La investigación contó con la colaboración de científicos croatas que estudiaban la cueva y sus restos arqueológicos.

Un estudio publicado este año en la revista Nature encontró que los neandertales de Vindija eran genéticamente los más cercanos a la población que se cruzó con los antepasados de los primeros humanos modernos. Este hallazgo permite rastrear parte de su legado en las personas que viven actualmente.

El equipo prepara nuevas investigaciones a partir de los genomas de 12 neandertales de la cueva. Entre ellos hay varios individuos emparentados, como una madre y su hija, dos hermanas, y una tía y su sobrina. El análisis podría revelar más detalles sobre sus relaciones familiares, la organización de sus poblaciones y sus encuentros con otros grupos humanos.

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El ADN neandertal puede aumentar o reducir el riesgo de enfermedades

La herencia genética de los neandertales no tiene los mismos efectos en todos los casos. Algunas variantes se han relacionado con una mayor susceptibilidad a determinadas enfermedades, mientras que otras parecen ofrecer cierta protección.

Un ejemplo es la COVID-19. Las variantes neandertales del cromosoma 3 se han asociado con un mayor riesgo de desarrollar cuadros graves, que pueden requerir hospitalización y asistencia respiratoria. En cambio, una variante heredada en el cromosoma 12 se ha relacionado con una mayor protección frente a las formas graves de la enfermedad.

Hajdinjak también señaló que algunas variantes están vinculadas con la diabetes tipo 2. Sin embargo, ciertos cambios genéticos que hoy pueden resultar perjudiciales quizá ofrecieron ventajas cuando los seres humanos afrontaban periodos de escasez de alimentos.

La desaparición de los neandertales tampoco tiene una explicación definitiva. La competencia por los recursos, las enfermedades, las diferencias entre poblaciones y el mestizaje con humanos modernos figuran entre las posibles causas. Aunque ya no existen como población independiente, su ADN continúa formando parte de la historia evolutiva humana.

El positrón es la contraparte de antimateria del electrón. Cuando ambos entran en contacto, se aniquilan y desaparecen. Por ello, los investigadores no podían colocar la partícula en un recipiente convencional. En su lugar, utilizaron una trampa que combina campos eléctricos y magnéticos para mantenerla suspendida en el vacío, sin tocar ninguna superficie, según el estudio publicado en Physical Review Letters.

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Una partícula aislada cerca del cero absoluto

El equipo dirigido por el físico Gerald Gabrielse obtuvo los positrones a partir de la desintegración radiactiva del sodio-22. Estas partículas aparecen inicialmente con una enorme cantidad de energía, por lo que los investigadores tuvieron que reducir drásticamente su velocidad antes de introducir una de ellas en la trampa.

Con la fuente utilizada, este proceso puede tomar entre 8 y 11 horas. Una vez atrapado, el positrón fue enfriado hasta alcanzar unos 0,3 grados sobre el cero absoluto y llevado a su estado cuántico fundamental, el nivel de energía más bajo posible.

"Lo enfriamos tanto que queda en su estado cuántico fundamental. En realidad, logramos convencer a este positrón, que se movía muy rápido, de quedarse allí y comportarse durante meses", explicó Gabrielse.

La instalación fue bautizada por los científicos como un ciclotrón cuántico de un positrón. Gracias a ella, la partícula pudo permanecer aislada durante meses sin entrar en contacto con materia ordinaria.

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Microondas para controlar sus estados cuánticos

Los investigadores también consiguieron manipular con precisión los diferentes estados de energía del positrón. Para hacerlo, utilizaron microondas ajustadas cuidadosamente, con las que podían darle pequeñas cantidades de energía y observar cómo cambiaba de un estado cuántico a otro.

El equipo también pudo modificar el espín de la partícula y detectar estos cambios mediante pequeñas variaciones en la frecuencia de sus oscilaciones. Estas señales permitieron, además, comprobar que había un solo positrón dentro de la trampa.

Este nivel de control abre el camino para realizar una medición extremadamente precisa de las propiedades magnéticas del positrón y compararlas con las del electrón.

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Una prueba para buscar fallas en el Modelo Estándar

El objetivo final de Gabrielse y su equipo es comprobar si las propiedades magnéticas de ambas partículas coinciden, como predice el Modelo Estándar. Según esta teoría, los electrones y los positrones deberían ser imágenes especulares prácticamente perfectas.

Una diferencia entre ambas mediciones podría indicar que el modelo está incompleto y aportar nuevas pistas sobre uno de los grandes misterios del universo: por qué existe mucha más materia que antimateria, pese a que el Big Bang debería haber producido cantidades iguales.

"El gran misterio del universo es que el Big Bang debería haber creado cantidades iguales de materia y antimateria. Pero, si eso fuera cierto, se aniquilarían y no quedaría nada. Claramente hay algo que está mal en esa teoría, y eso es lo que estamos tratando de descubrir", afirmó Gabrielse.

El físico añadió que las teorías actuales no predicen ninguna diferencia entre las mediciones. "Si resulta que no son iguales, sería el mayor descubrimiento de la física en el último siglo", sostuvo.

Los cerebros de las aves tienen una organización muy diferente. Mientras el de los mamíferos cuenta con una corteza formada por capas de células, el tejido equivalente en los pájaros está organizado en grupos densos. Pese a estas diferencias, ambos parecen utilizar un mecanismo similar para analizar la información y decidir una respuesta.

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Una prueba para medir la capacidad de decisión

Los investigadores Andreas Nieder, neurobiólogo de la Universidad de Tubinga, y Philipp Schmidbauer sometieron a dos cuervos criados a mano a una prueba conocida como tarea de movimiento de puntos aleatorios. Los animales observaban en una pantalla táctil una nube de puntos blancos sobre un fondo negro. Algunos se desplazaban juntos hacia una misma dirección, mientras otros se movían de manera aleatoria.

Los cuervos debían identificar hacia dónde se desplazaba el conjunto y señalar su respuesta picoteando uno de los objetivos ubicados junto a la pantalla. Como recompensa por acertar, recibían un gusano.

La dificultad cambiaba según la cantidad de puntos que avanzaban de forma coordinada. En el caso más sencillo, el 81% de los puntos se desplazaba en la misma dirección. En el más complicado, solo el 3% lo hacía, una proporción que apenas podía distinguirse del ruido visual. También hubo pruebas en las que ningún punto tenía una dirección correcta.

Aun así, las dos aves obtuvieron resultados superiores al azar incluso cuando solo el 3% de los puntos se movía de forma coherente, según indica el estudio publicado en Science.

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Los cuervos respondieron en apenas 235 milisegundos

Mientras realizaban la prueba, los científicos registraron la actividad de 248 neuronas de una región del cerebro de las aves llamada NCL, considerada funcionalmente comparable a la corteza prefrontal de los primates, aunque su estructura es diferente.

El tiempo promedio entre la aparición de los puntos y el momento en que el cuervo comenzaba a mover la cabeza para picotear la respuesta fue de 235 milisegundos.

En versiones comparables de la misma prueba, los monos tardaron aproximadamente 410, 490 y 600 milisegundos, según tres estudios diferentes. Lo más importante es que la rapidez de los cuervos no implicó una pérdida de precisión.

"Esta sería una explicación sencilla: que son muy rápidos a costa de la precisión. Pero eso no es lo que está ocurriendo", señaló Nieder. Según el investigador, los cuervos fueron tan buenos como los monos o los humanos en esta misma tarea.

Además, las aves no fueron entrenadas para responder lo más rápido posible. "Nunca hemos obligado a los cuervos a ser lo más rápidos posible. Simplemente les dimos una decisión a su propio ritmo. Y aun en esta situación, fueron dos veces más rápidos que cualquier mono o humano que conozca", explicó Nieder.

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Su cerebro acumula información antes de decidir

Los investigadores también encontraron señales de que los cuervos no estaban utilizando un atajo para resolver la prueba. Tenían que observar el movimiento de los puntos, procesar esa información y acumular evidencia antes de escoger una dirección.

De las 248 neuronas analizadas, 58 mostraron una actividad diferente dependiendo de la dirección que finalmente elegiría el ave. Estas células comenzaron a registrar esa decisión apenas unos 70 milisegundos después de que aparecieran los puntos y alrededor de 170 milisegundos antes de que el cuervo moviera la cabeza.

"Las neuronas estaban acumulando evidencia sensorial, lo que recuerda mucho a lo que harían las neuronas de los monos en la neocorteza", afirmó Nieder.

"Resulta que lo que encontramos en el cerebro del cuervo se ve básicamente igual. Y eso es interesante considerando que sus cerebros han evolucionado de manera muy distinta, como si la evolución hubiera encontrado el mismo mecanismo fisiológico dos veces, de forma independiente", añadió.

¿Por qué los cuervos son tan rápidos?

Los investigadores todavía no pueden señalar un único proceso responsable de esta velocidad. Una posibilidad es que prácticamente todos los procesos biológicos de las aves funcionen más rápido que en los mamíferos.

"Realmente no podemos señalar un proceso específico que sea totalmente más rápido. Probablemente sea una cascada de diferentes procesos que son más rápidos", explicó Nieder.

Una de las razones estaría relacionada con el tamaño. Como volar exige mantener el peso bajo, las aves tienen enormes cantidades de neuronas muy pequeñas dentro de cerebros compactos. Sus axones, las fibras que transmiten señales entre las células, también son más cortos.

"Las líneas largas requieren tiempo. Las líneas cortas aceleran todo", dijo Nieder.

La temperatura corporal también podría influir. Mientras la temperatura del cuerpo humano ronda los 36,6 °C, las aves pueden alcanzar entre 41 y 42 °C. Ese nivel más elevado acelera los procesos químicos del organismo. "Cada canal iónico se abriría y cerraría más rápido. Cada neurotransmisor se movería por el espacio sináptico más rápido", explicó el investigador.

Sin embargo, el estudio tiene una limitación importante: solo participaron dos cuervos. Además, todavía no está claro si esta velocidad es una característica general de las aves o si está relacionada con las capacidades particulares de los córvidos, conocidos por su elevada inteligencia. "Entre las aves, los córvidos tienen fama de ser extremadamente inteligentes, así que quizá haya algo especial en ellos", reconoció Nieder.