Descubriendo la Profunda Estructura Ancestral Compartida por Todos los Humanos mediante un Modelo Coalescente Estructurado

La evolución humana es un complejo mosaico de eventos que se entrelazan a lo largo del tiempo, desde la divergencia de poblaciones ancestrales hasta episodios de admixtura que han moldeado el genoma de los humanos modernos. Recientemente, un avance significativo ha emergido con la aplicación de un modelo coalescente estructurado llamado cobraa, desarrollando una perspectiva más rigurosa y detallada sobre la ancestralidad humana. Este enfoque revela una estructura ancestral profunda compartida por todos los humanos, con implicaciones que impactan la comprensión sobre la formación y evolución de nuestras poblaciones actuales. El modelo coalescente ha sido una herramienta fundamental en la genética de poblaciones al proporcionar un marco probabilístico para rastrear linajes genéticos hacia un ancestro común. Sin embargo, las aplicaciones clásicas asumían una población panmítica, es decir, donde el apareamiento ocurre al azar y no hay subdivisiones.

En contraste, cobraa introduce una estructura poblacional explícita, modelando eventos de división y posterior mezcla de poblaciones ancestrales. Esto hace posible inferir la dinámica de las poblaciones ancestrales que no solo incluye cambios en el tamaño efectivo, sino también patrones de aislamiento y flujo genético que han ocurrido durante cientos de miles o incluso millones de años. La evidencia genética sugiere que aproximadamente hace 1.5 millones de años, un ancestro común humano se dividió en dos poblaciones diferenciadas. Estas poblaciones permanecieron aisladas hasta hace unos 300 mil años, cuando se produjo un evento de admixtura significativo, que se estima involucró una contribución aproximada del 80% de una población mayoritaria y un 20% de una población minoritaria.

Este hallazgo encaja con datos fósiles y arqueológicos que señalan la aparición de los primeros Homo sapiens anatómicamente modernos en un periodo similar, sugiriendo que la mezcla de estas poblaciones pudo haber jugado un papel fundamental en la formación de la humanidad actual. Además, el análisis detecta un fuerte cuello de botella inmediatamente después de la divergencia en la población mayoritaria, un descenso dramático en el tamaño efectivo de esa población que podría reflejar un evento fundador o una reducción poblacional severa. Esta caída poblacional seguida por una expansión progresiva antes de la admixtura implica que la diversidad genética de los humanos modernos proviene de un proceso dinámico, donde la población mayoritaria experimentó cambios demográficos significativos. Mediante el uso del modelo cobraa sobre datos genómicos de referencia, como los del Proyecto 1000 Genomas y el Proyecto de Diversidad Genómica Humana (HGDP), se ha podido inferir con alta resolución qué regiones genómicas derivan de cada población ancestral. Un patrón crítico emergente es que los segmentos que provienen de la población minoritaria tienden a estar relacionados con regiones genómicas alejadas de las secuencias que codifican proteínas.

Esta distribución sugiere que hubo una selección negativa que actuó contra el material genético de la población minoritaria en el contexto génico de la población mayoritaria, potencialmente debido a incompatibilidades genéticas o a efectos deletéreos. Otro aspecto revolucionario de este estudio es la asociación identificada entre las regiones ancestrales mayoritarias y la divergencia genética con homínidos arcaicos conocidos, como Neandertales y Denisovanos. Las regiones correspondientes a la línea mayoritaria presentan menor divergencia biológica respecto a estas especies arcaicas, indicando que esta población es la que dio origen también a esos linajes fósiles. Por el contrario, la población minoritaria no parece haber contribuido directa o significativamente a ellas, evidenciando una diferenciación profunda y un posible aislamiento evolutivo prolongado. La capacidad para distinguir una historia estructurada en la población a partir del análisis del coalescente genómico es una aportación clave.

Tradicionalmente, los métodos ancestrales como el PSMC estiman las variaciones en el tamaño efectivo poblacional suponiendo panmixia, lo que puede conducir a interpretaciones erróneas o simplificadas cuando existe una estructura poblacional compleja. El modelo cobraa se apoya en la información contenedora en las distribuciones condicionales de tiempos de coalescencia consecutivos a lo largo del genoma, superando las limitaciones de identificación presentes en modelos panmíticos, y reconociendo la dinámica bifásica de separación y remezcla de poblaciones ancestrales. Simulaciones exhaustivas realizadas con cobraa demuestran su robustez para recuperar parámetros cruciales de la historia demográfica, como las fechas de separación y admixtura, las proporciones de contribución genética y cambios en tamaños poblacionales. Asimismo, este modelo demuestra una mayor coherencia con datos reales en comparación con modelos panmíticos, validando así su aplicabilidad al estudio de la evolución humana. Además, la extensión cobraa-path permite asignar probabilísticamente cada región del genoma actual a su población ancestral de origen, mostrando patrones de selección negativa contra regiones derivadas de la población minoritaria.

Las regiones enriquecidas en material proveniente de la población minoritaria se asocian significativamente con genes relacionados a funciones neuronales, procesos de reconocimiento neuronal y transporte de neurotransmisores, mientras que las regiones escasas de este material presentan un marcado agotamiento en genes implicados en respuestas inmunitarias y procesamiento de pequeñas moléculas de ARN, sugiriendo que la estructura ancestral tenía implicancias funcionales específicas aún reflejadas en los humanos modernos. La exploración del genoma humano desde esta nueva perspectiva también resuelve parte de las incógnitas sobre la interacción con los homínidos arcaicos. La proximidad genética de la población mayoritaria a Neandertales y Denisovanos apoya que gene flow desde la población mayoritaria ancestral puede haber sido la fuente primaria de introgressión en humanos modernos. Por otro lado, la población minoritaria parece representar un linaje más aislado y no instrumental en la formación de esos homínidos, lo que abre preguntas sobre su identidad fósil y su posible extinción o marginación genética. Este modelo y sus resultados se comparan con estudios recientes que proponen estructuras ancestrales profundas, encontrando coherencia en las fechas de eventos, aunque con diferencias metodológicas importantes que influyen en la interpretación de los patrones de gene flow y tamaño poblacional.

Mientras otras investigaciones sugieren flujos continuos entre poblaciones ancestrales durante cientos de miles de años, cobraa enfatiza un evento puntual de admixtura acompañado de un bottleneck, aportando distintas perspectivas a un escenario complejo. Importante también, esta metodología se ha aplicado a otras especies como delfines, murciélagos, gorilas y chimpancés, obteniendo diversas historias estructurales que evidencian que la evolución de las especies es un proceso lleno de eventos demográficos cambiantes y diferenciados. En algunos casos como el de los murciélagos, se detecta poca o ninguna estructura, mientras que en delfines o grandes primates se identifican episodios claros de separación y mezcla, demostrando que cobraa es una herramienta versátil para el estudio evolutivo. En cuanto a limitaciones, se reconoce que la historia humana probablemente incluye eventos más complejos que un modelo de división-admixtura único y puntual. La evolución humana estuvo marcada por recurrentes flujos génicos, selecciones naturales, y condiciones ambientales variables que difícilmente pueden ser capturados integralmente en un solo modelo.

Además, se asume uniformidad en tasas mutacionales y recombinación, lo cual es una simplificación respecto a la heterogeneidad real del genoma. Sin embargo, estos hallazgos representan un avance significativo al demostrar que la incorporación explícita de estructura poblacional en modelos coalescentes posibilita revelar eventos ancestrales profundos que habían permanecido ocultos bajo supuestos simplificados. Por otro lado, la evidencia de selección contra material introgressado de ciertas poblaciones sugiere mecanismos evolutivos de depuración que han moldeado la composición genética moderna. Este enfoque abre caminos para futuros estudios que puedan integrar no sólo la genealogía genética, sino también datos arqueológicos, paleontológicos y ambientales para construir una narrativa integrada de la evolución humana. Asimismo, resalta la necesidad de métodos que combinen datos de frecuencia alélica, genealogías y patrones de recombinación para una comprensión aún más detallada.

En conclusión, la aplicación de modelos coalescentes estructurados como cobraa redefine nuestra visión sobre la historia genética humana, destacando la importancia de una estructura ancestral profunda con eventos de división y admixtura hace cerca de millón y medio de años, y su impacto sobre la diversidad y adaptación de los humanos modernos. Este conocimiento no sólo enriquece la historia evolutiva, sino que también inspira investigaciones futuras que profundicen en la complejidad de nuestros orígenes.