Noi umani ci meravigliamo dei nostri grandi cervelli, che ci hanno reso gli animali più avanzati del pianeta. Ma farli funzionare richiede molta energia. Un nuovo studio suggerisce che abbiamo pagato un grosso prezzo per essere così intelligenti. Nel corso della nostra evoluzione, gli esseri umani si sono indeboliti rispetto agli altri primati, scambiando i muscoli per il cervello.

Con un volume medio di 1400 centimetri cubici, il nostro cervello è tre volte più grande di quello dei nostri cugini evolutivi più vicini, gli scimpanzé. Mentre i ricercatori discutono sul perché le nostre zucche siano diventate così grandi, una cosa è certa: il cervello è un organo costoso. Il nostro cervello usa il 20% delle nostre spese energetiche quando siamo a riposo, più del doppio di quanto speso da scimpanzé e altri primati. Negli anni ’90, i ricercatori britannici Leslie Aiello e PeterLeslie Aiello e Peter Wheeler hanno proposto quella che hanno chiamato l’ipotesi del tessuto costoso, sostenendo che il sistema digestivo umano, che utilizza una grande quantità di energia per metabolizzare il nostro cibo, si era notevolmente ridimensionato per aiutare a pagare quel prezzo.

Per vedere quali altri compromessi potrebbero essersi verificati, un team guidato da Philipp Khaitovich, un biologo del CAS-MPG Partner Institute for Computational Biology di Shanghai, Cina, ha esaminato i profili di utilizzo dell’energia di cinque diversi tessuti in quattro specie animali. Tre dei tessuti erano nel cervello: la corteccia prefrontale (coinvolta nella cognizione avanzata), la corteccia visiva primaria (che elabora il senso della vista), e la corteccia cerebellare (chiave per il controllo motorio). Gli altri due tessuti erano il rene e il muscolo della coscia. Le specie animali nello studio erano esseri umani, scimpanzé, scimmie rhesus e topi, i cui tessuti sono stati campionati subito dopo la loro morte.

Piuttosto che misurare l’uso di energia direttamente, i ricercatori hanno usato un indicatore proxy chiamato metaboloma-un insieme di piccole molecole, o metaboliti, che alimentano i tessuti viventi o compongono le loro strutture, compresi aminoacidi, grassi, zuccheri, vitamine e altri composti. Il team ha rilevato circa 10.000 diversi metaboliti in ogni tipo di tessuto e ha confrontato le differenze metaboliche e genetiche tra questi diversi animali, utilizzando un campione di 14 individui di ciascuna delle quattro specie. Come i ricercatori riferiscono oggi in PLOS Biology, le differenze nei profili del metaboloma tra i topi, le scimmie e gli scimpanzé non erano maggiori delle relativamente piccole differenze genetiche tra loro, il che significa che l’evoluzione non aveva probabilmente alterato in modo significativo nessuno dei loro tessuti. Né c’erano prove di cambiamenti evolutivi significativi nel rene umano o nella corteccia visiva o cerebellare.

D’altra parte, il profilo del metaboloma della corteccia prefrontale umana era drammaticamente alterato da quello di altri primati: Usando la divisione tra l’uomo e il topo (130 milioni di anni fa) e tra l’uomo e la scimmia (45 milioni di anni fa) come linea di base, il team ha calcolato che il metaboloma si è evoluto quattro volte più velocemente di quello dello scimpanzé nel corso di circa 6 milioni di anni da quando le linee umane e scimpanzé si sono separate. (Le differenze genetiche tra le due specie, al contrario, sono solo circa il 2%.)

Questo risultato non era scioccante, date le montagne di prove per la maggiore abilità cognitiva del cervello umano rispetto a quello di altri primati. Ma ciò che ha sorpreso il team sono state le differenze nei profili del muscolo scheletrico dei primati e dell’uomo: il metaboloma umano si è evoluto più di otto volte più velocemente di quello degli scimpanzé da quando le due specie hanno preso strade evolutive separate.

Per assicurarsi che questa disparità non fosse semplicemente dovuta a differenze di ambiente e dieta, il team ha esposto le scimmie a qualcosa di simile al moderno stile di vita umano. I ricercatori hanno preso 12 scimmie macaco e le hanno divise in due gruppi di sei ciascuno. Un gruppo è stato messo in gabbie individuali e solitarie per limitare la quantità di esercizio fisico che potevano fare, ed è stato alimentato con una dieta cotta ad alto contenuto di grassi e zuccheri; il secondo gruppo è stato messo in gabbie solitarie ma alimentato con una normale dieta di cibi vegetali crudi. Quando questi 12 soggetti sono stati confrontati con un gruppo di controllo di 17 scimmie alimentate con diete normali e permesso di scatenarsi fuori in gruppi familiari, le differenze nei loro metabolomi erano minime, pari a non più del 3% dei cambiamenti metabolici rilevati negli esseri umani. Questo esclude spiegazioni dietetiche o ambientali per le differenze, concludono i ricercatori.

Infine, il team ha eseguito un test chiave: confrontare la forza dei macachi, degli scimpanzé e degli umani. Anche se studi precedenti molto limitati avevano suggerito che gli esseri umani erano la specie più debole quando si tiene conto delle dimensioni del corpo, nessun confronto sistematico era stato fatto. Così i ricercatori hanno ideato un esperimento in cui macachi, scimpanzé e umani dovevano tirare un peso regolabile con tutta la loro forza, usando i muscoli delle braccia e delle gambe (vedi video). Le scimmie e gli scimpanzé erano motivati dal loro desiderio di afferrare una ricompensa alimentare, mentre gli esseri umani – che comprendevano cinque giocatori di basket universitari e quattro scalatori professionisti – erano motivati dalle esortazioni dei ricercatori a fare del loro meglio competitivo. Il risultato: Il team ammette che non è ancora chiaro perché le differenze nel metaboloma tra gli esseri umani e gli altri primati portino a una forza muscolare più debole; quando i ricercatori hanno esaminato le possibili differenze strutturali tra il muscolo della coscia degli scimpanzé e quello umano, non ne hanno trovate, lasciando le differenze ancora sconosciute nell’uso dell’energia come spiegazione più probabile. E anche se i ricercatori avvertono che le differenze tra gli esseri umani e altri primati potrebbero essere dovuto in parte a diversi livelli di motivazione mentre tirando i pesi, la coerenza dei risultati indica che gli esseri umani sono davvero più deboli nel complesso. Gli scienziati ipotizzano che l’evoluzione parallela di cervelli più grandi e muscoli più deboli nella stirpe umana potrebbe non essere stata una coincidenza, ma piuttosto dovuta a una “riallocazione” delle risorse energetiche tra i due tessuti. L’idea di un tale trade-off “è un’ipotesi molto semplice”, dice Khaitovich, “ma nell’evoluzione le spiegazioni semplici sono spesso le migliori.”

Aiello, che ora è presidente della Wenner-Gren Foundation for Anthropological Research a New York City, dice che la ricerca recente ha suggerito che “i trade-off energetici rilevanti per l’evoluzione del cervello sono più complessi” di quanto lei e Wheeler avevano originariamente suggerito nella loro ipotesi del cervello contro l’intestino, e che “questo lavoro dimostra un altro possibile trade-off tra i requisiti metabolici del cervello e del muscolo scheletrico.”

Tuttavia, Aiello e altri ricercatori pensano che gli esseri umani non siano solo diventati più deboli, ma abbiano iniziato a usare i loro muscoli in modi diversi che richiedevano meno forza complessiva, per esempio per la corsa di resistenza durante la caccia o altre attività – un’idea che è stata sostenuta da Daniel Lieberman, un antropologo della Harvard University.

Lieberman dice che il nuovo documento “è molto bello e interessante”, ma non compra il suo suggerimento di uno scambio cervello contro muscoli durante l’evoluzione umana. “Gli esseri umani sono meno forti degli scimpanzé, ma non credo che siamo meno atletici”, dice Lieberman. Quindi, egli sostiene che gli esseri umani utilizzavano ancora una grande quantità di energia muscolare, ma la applicavano a compiti che miglioravano la loro sopravvivenza a lungo termine piuttosto che a imprese di potenza bruta. Con i nostri cervelli più grandi e più intelligenti, dice Lieberman, gli esseri umani hanno escogitato modi per essere più efficienti dal punto di vista energetico, diventando cacciatori più efficaci, imparando a cucinare il nostro cibo e condividendo le risorse tra gruppi più grandi. In altre parole, nelle lotterie evolutive, la vittoria a volte va al più intelligente piuttosto che al più coraggioso.

(Video credit: Kasia Bozek)