viernes, febrero 21, 2014

Dientes y Evolución (entrevista a Tanya Smith)

Tanya Smith
Según algunos biólogos evolucionistas, ciertas enfermedades modernas son un problema de desajuste entre nuestra biología evolucionada y las condiciones y estilos de vía actuales. Dos de ellas serían la caries y los problemas que nos dan la muela del juicio
Caries

Las caries se deben a las bacterias que se adhieren a los dientes. La mayoría de las bacterias de nuestra boca son saprófitas y no generan daño, pero unas pocas crean problemas cuando se alimentan del azúcar y almidón de nuestra dieta y liberan ácidos que disuelven el esmalte y el hueso. Después de una comida, los almidones y azúcares se adhieren a los dientes y atraen las bacterias que se multiplican y combinan con proteinas formando una placa, una película que rodea el diente. A medida que la bacteria digiere el azúcar excreta ácido, que queda atrapado por la placa, y disuelve el esmalte y crea las cavidades. Y no tenemos más defensa contra la caries que la saliva, porque no evolucionamos para comer grandes cantidades de azúcar y almidones. Y una caries antes de la invención de los antibióticos no era una cosa trivial. Aparte del terrible dolor que generan , pueden dar lugar a infecciones que se extienden a la mandíbula y la cara. La caries es muy rara en simios, muy poco frecuente también en cazadores recolectores, y empezó a aumentar tras el origen de la agricultura, llegando a su pico máximo en los siglos XIX y XX. En el Oriente Medio el porcentaje de caries antes de la agricultura era del 2% y subió al 13 % al inicio del Neolítico y luego aumentó incluso más. Actualmente afecta a 2.500 millones de personas en el mundo. Para prevenirlas deberíamos reducir el consumo de azúcar y almidón. La caries es el precio que pagamos por las calorías baratas.

Muela del juicio

Por los registros óseos que tenemos, sabemos que en granjeros de la época preindustrial hasta un 5% de ellos tienen muelas del juicio impactadas, cosa que no ocurría en cazadores recolectores, que aparentemente gozaban de muy buena salud dental (los dentistas y ortodoncistas no habrían tenido mucho trabajo en la edad de Piedra). La causa es que nuestras mandíbulas no van a crecer lo suficiente para acomodar los dientes si no las estresamos por medio de la masticación. Las fuerzas ejercidas sobre las mandíbulas por la masticaciónn hacen que la mandíbula se adapte y se haga más gruesa, de la misma manera que correr o jugar al tenis hace que crezcan los huesos de las manos y los pies (hay estudios en tenistas que demuestran que el ejercicio durante la infancia-adolescencia aumenta el grosor, no sólo del músculo (como vemos en Nadal), sino del hueso de ese brazo. Las fuerzas mecánicas de la masticación no sólo ayudan a que la mandíbula crezca a su tamaño y forma normal sino que colabora a que los dientes encajen bien en la mandíbula. La forma de los dientes depende sobre todo del control genético, pero la posición correcta de los dientes en la mandíbula depende de las fuerzas de masticación. Hay experimentos en monos y cerdos que demuestran estas afirmaciones y si se les da dieta blanda disminuye el grosor del hueso y los dientes no quedan bien alineados. Y eso es exactamente lo que nos ocurre a nosotros por la comida procesada y blanda que comemos actualmente. Estudios en aborígenes australianos demuestran que los hijos que comen comida procesada tienen mandíbulas más pequeñas y problemas de alineación de los dientes que no padecen en absoluto sus padres que comían comida tradicional.
Resumiendo, si no masticas fuerte de joven, tus dientes no quedaran en la posición adecuada y tu mandíbula no crecerá lo suficiente para acomodar la muela del juicio. Como solución, hay algunos estudios que encuentran que masticar chicle sin azúcar favorece el crecimiento del hueso y disminuye la incidencia de caries.


Pero, además de todo lo anterior, los dientes fósiles son para los paleontólogos unos auténticos diamantes por la cantidad de información que pueden obtener a partir de ellos. Tanya Smith, del Departamento de Biología Evolucionista de la Universidad de Harvard es una experta en el desarrollo y crecimiento dental que lleva décadas investigando cuestiones relacionadas con la microestructura dental y sus variaciones en los distintos primates. Al igual que ocurre con las marcas que observamos en los troncos de los árboles, el desarrollo dental se inicia antes del nacimiento y su estructura microscópica, que puede ser analizada gracias a las modernas tecnologías de forma no destructiva, nos deja pistas sobre el estrés que sufrió el individuo, la edad de aparición de los dientes, el destete o la edad en el momento de su fallecimiento. Tanya ha estudiado esta microestructura en Neandertales y sus resultados indican que la maduración dental en Neandertales es más rápida que en humanos, lo que, en conjunto con otras observaciones, sugeriría que la infancia sería más prolongada en humanos que en Nenadertales. De todas estas cuestiones dentales hemos hablado con Tanya que ha sido muy amable respondiendo a nuestras preguntas. 


En inglés:
1.- Your work shows that the pattern of development of Neanderthals was faster than Homo sapiens’ pattern. Could this be a decisive factor in the extinction of the former?
I don’t think we can be conclusive about this from the dental evidence alone. Early humans were very successful for millions of years with a faster pace of dental development. It is unlikely that the advent of a slower overall developmental trajectory in modern humans led to the extinction of the Neanderthals, but if this slowing down permitted more time for neurological and cognitive development in modern humans, it is possible that certain behaviors gave them a competitive advantage.
2.- For many years there has been a strong scientific controversy regarding the exact relationship between dental development and biological development. Do you think that today this controversy is overcome ?
No, there are fundamental questions that remain open. Our recent work on wild chimpanzees suggests that some of the relationships between dental development and biological development, such as weaning, are not as tightly correlated as broad primate-wide surveys suggest. We are also currently revisiting the relationship between dental development across diverse primate species, and find that relationships such as that between dental development and birth spacing do not seem to hold up when evolutionary relationships are controlled for statistically. More research is needed in this area, both on wild non-human primates as well as humans in traditional societies.
3.- Could we draw an evolutionary history of the development of our genus from fossil teeth?
Not really. There isn’t a “linear progression” of features such as tooth size, cusp morphology, enamel thickness, or dental development that support other proposed evolutionary histories. Moreover, modern humans show a wide range of tooth sizes and shapes, making comparisons with earlier member of the genus difficult.
4.- Our most distant ancestors began to differentiate , among other things, with dentition and skull bones, which turned more graceful . What changes in diet and social behavior could motivate such anatomical changes?
One likely change is the routine use of tools for processing food. While earlier members of the genus Homo are somewhat variable, we see the beginning of the reduction in jaw and tooth size in some early species, which continues through the origins of our own species.  Some also suggest that the use of fire may have also made it possible to reduce the side of our teeth, jaws, and regions of the skull that buttress against high forces.
5.- Has there been any changes in our teething since we cook and process food?
Yes see above.
6.- Why does the third molar give us so many problems?
Probably because our jaws (and faces) have reduced more rapidly then our teeth over evolutionary time. These systems are under somewhat independent genetic control, and we know that bones respond to environmental effects more so than tooth development. 
7.- It is known of some ancestors who suffered some serious problems and infections by broken teeth . With a very poor hygiene, what time could be expected  to last a "permanent " teeth in prehistoric and ancient history people? How many of them have suffered a premature death via oral infections?
We don’t have an accurate method available for knowing how long a tooth would last in the past, as there are no reliable methods available for aging adult individuals, nor is it simple to determine the cause of death for a prehistoric individual. While there are a few reports of tooth abscesses in fossil hominins, it’s unlikely that tooth decay or infection was as much of a problem as simply wearing down the tooth (before the development of agriculture). Once we start consuming a domesticated diet, and sugar in particular, rates of decay increased greatly.
8 – We know also by some fossils ( like the old woman of Dmanisi )that some individuals survived several years to the downfall of its dentition . This speaks of care by the group but , apart from that , what traces leaves the missing tooth in the bones?
I am not sure what you are asking here. When teeth fall out, the bone often remodels since it is not being maintained by the force of chewing. While I don’t study these kind of jaws, I believe that the spaces formerly occupied by tooth roots are filled with spongy (cancellous) bone.
9.- Could you explain the traces of tooth development for dummies ?
Again I am not sure what you are asking here. If you mean can I give a simple explanation of how teeth grow - you could consult the Peabody Symbols article (on the news section of my website) or the Nature Education article online.
10 - . What are you now working on? What mystery of evolution and human development would you wish to unveil?
I am working on a few projects, including how stress manifests in teeth, how we can use teeth to document weaning in primates and humans, and I am also working on a study of dental development in a large sample of australopithecines. Many people have assumed that there development is very ape-like, but we’re finding some interesting differences. These species living between ~2-4 million years ago grew differently than either modern humans or living apes.

Finally, If you’d like to “see into my lab” you can check out a recent short interview:

 


En castellano:
1.- Su trabajo muestra que el patrón de desarrollo de los Nenadertales era más rápido que el de los humanos. ¿Pudo ser esto un factor decisivo en la extinction de los primeros?
Creo que no podemos sacar conclusions definitivas a partir únicamente de la evidencia dental. Los primeros humanos fueron muy exitosos durante millones de años con un tirmo de desarrollo más rápido que el actual. Es poco probable que una trayectoria de desarrollo general mass lenta llevara a la extinction de los N, pero si este enlentecimiento permitió más tiempo para un desarrollo neurológico y cognitive en los modernos humanos, es possible que ciertas conductas les dieran una ventaja competitiva
2.- Durante muchos años ha habido una fuerte controversia científica acerca de la relación exacta entre el desarrollo  dental y el desarrollo biológico. Cree que esta controversia ya está superada?
No, hay cuestiones fundamentales que permanecen abiertas. Nuestro trabajo reciente en chimpancés salvajes sugiere que algunas de las relaciones entre el desarrollo dental y el biológico, como el destete, no están tan estrechamente correlacionadas como algunos estudios amplios de primates planteaban. También estamos reconsiderando las relaciones en el desarrollo dental entre diferentes especies de primates, y hemos encontrado que relaciones como la que existe entre el desarrollo dental y la distancia entre nacimientos no se sostienen cuando las relaciones evolucionistas son controladas estadísticamente. Se necesita más investigación en este área , tanto en primates no-humanos en condiciones naturales, como en humanos de sociedades tradicionales.
3.- Podríamos dibujar la historia evolucionista de nuestro género a partir de los dientes fósiles?
En realidad, no. No hay una “progression linear” de características como el tamaño de los dientes, la morfología de la corona, el grosor del esmalte, o el desarrollo dental, que apoye otras historias evolucionistas propuestas. Además, los humanos modernos muestran un rango amplio de tamaños y formas dentales, lo que hace muy difícil las comparaciones con miembros tempranos de nuestro género.
4.- Nuestros ancestros más lejanos se comenzaron a diferenciar, entre otras cosas, por los huesos del cráneo y los dientes, que se hicieron más gráciles. ¿Qué cambios en la dieta y en la conducta social pudieron motivar estas diferencias?
Un possible cambio es el uso rutinario de herramientas para procesar la comida. Aunque los primeros miembros del género Homo muestran cierta variabilidad, observamos el comienzo de la reducción de la mandibular y de los dientes en algunas especies iniciales, lo cual continíua a través de los orígenes de nuestra propia especie. Algunos proponen también que el uso del fuego hizo possible la reducción del tamaño de nuestros dientes,  mandibulas y regions del cráneo que sostienen fuerzas elevadas.
5.- ¿Ha habido cambios en nuestros dientes desde que cocinamos y procesamos la comida?
Sí, ver pregunta anterior.
6.- Por qué nos da tantos problemas el tercer molar?
Probablemente porque nuestras mandíbulas (y caras) se han reducido más rápidamente que nuestros dientes en tiempo evolutivo. Estos sistemas están bajo control genético independiente y sabemos que los huesos responden más a efectos ambientales que el desarrollo dental. 
7.- Se sabe que algunos de nuestros ancestros sufrieron serios problemas e infecciones por culpa de dientes rotos. Con una deficiente higiene, ¿cuánto tiempo podia durar un diente “permanente” en los sujetos de tiempos prehistóricos o históricos antiguos? ¿Cuántos de ellos sufrieron una muerte premature por infecciones orales?
No tenemos un método para saber cuánto podia durar un diente en el pasado, porque no hay métodos fiables para conocer la edad de individuos adultos, ni es tampoco sencillo determiner la causa de la muerte de un individuo prehistórico. Aunque hay varios informes de abscesos dentales en fósiles de homininos, no es probable que la caries o infecciones dentales fueran tanto problema como simplemente la caída de los dientes (antes del desarrollo de la agricultura).Una vez que empezamos a consumer una dieta domesticada, y en particular el azúcar, las tasa de caries aumentaron enormemente.
8 – Sabemos también por algunos fósiles (como la vieja mujer de Dmanisi) que algunos individuos sobrevivieron varios años a la caida de los dientes. Esto sugiere un cuidado por parte del grupo pero, aparte de esto, ¿qué huellas dejan los dientes perdidos en los huesos?
No estoy segura deI objeto de esta pregunta. Cuando se  caen los dientes, el hueso a menudo se remodela, ya que no se ve mantenido por las fuerzas de la masticación. Aunque no estudio este tipo de mandíbulas, creo que los espacios ocupados previamente por los dientes se rellenan con hueso poroso (esponjoso).
9.- ¿Podría explicarnos las huellas del desarrollo dental para dummies?
Tampoco estoy segura de esta pregunta Si se refiere a si puedo dar una explicación sencilla del crecimiento dental, puede consultar el artículo Peabody Symbols (de la sección de noticias de mi página web), o el artículo on-line de Nature education.
10 - ¿En qué está trabajando ahora? ¿Qué misterios de la evolución y deesarrollo humano le gustaría desvelar?
Estoy trabajando en varios proyectos, incluyendo cómo se manifiesta el estrés en los dientes, cómo podemos usar los dientes para documentar el destete en primates y humanos, y también en el estudio del desarrollo dental en una gran muestra de australopitecos. Muchos asumen que su desarrollo es similar al de los primates pero estamos encontrando interesantes diferencias. Esas especies, que vivieron hace unos 2-4 millones de años, crecieron de una manera diferente a los humanos modernos y a los primates actuales.
Finalmente, si quiere “ver mi laboratorio” puede ver esta breve y reciente entrevista en: