Noi, oamenii, ne minunăm de creierele noastre mari, care ne-au făcut cele mai avansate animale de pe planetă. Dar funcționarea lor necesită multă energie. Un nou studiu sugerează că am plătit un preț mare pentru a fi atât de inteligenți. De-a lungul evoluției noastre, oamenii au devenit mai slabi în raport cu alte primate, schimbând mușchii cu creierul.

Cu un volum mediu de 1400 de centimetri cubi, creierele noastre sunt de trei ori mai mari decât cele ale celor mai apropiați verișori evolutivi în viață ai noștri, cimpanzeii. În timp ce cercetătorii dezbat de ce au ajuns capetele noastre atât de mari, un lucru este sigur: creierul este un organ costisitor. Creierul nostru utilizează 20% din cheltuielile noastre de energie atunci când suntem în repaus, mai mult de două ori mai mult decât cheltuiesc cimpanzeii și alte primate. În anii 1990, cercetătorii britanicicercetătorii Leslie Aiello și Peter Wheeler, cu sediul în Marea Britanie, au propus ceea ce au numit ipoteza țesuturilor costisitoare, susținând că sistemul digestiv uman, care utilizează o mare cantitate de energie pentru a ne metaboliza alimentele, s-a redus considerabil pentru a ajuta la plata acestui preț.

Pentru a vedea ce alte compromisuri ar fi putut avea loc, o echipă condusă de Philipp Khaitovich, biolog la CAS-MPG Partner Institute for Computational Biology din Shanghai, China, a analizat profilurile de utilizare a energiei a cinci țesuturi diferite la patru specii de animale. Trei dintre aceste țesuturi se aflau în creier: cortexul prefrontal (implicat în cogniția avansată), cortexul vizual primar (care procesează simțul vederii) și cortexul cerebelos (esențial pentru controlul motor). Celelalte două țesuturi au fost rinichiul și mușchiul coapsei. Speciile de animale din studiu au fost oamenii, cimpanzeii, maimuțele rhesus și șoarecii, ale căror țesuturi au fost prelevate la scurt timp după moartea lor.

În loc să măsoare direct consumul de energie, cercetătorii au folosit un indicator indirect numit metabolom – ansamblul de molecule mici, sau metaboliți, care fie alimentează țesuturile vii, fie alcătuiesc structurile acestora, inclusiv aminoacizi, grăsimi, zaharuri, vitamine și alți compuși. Echipa a detectat aproximativ 10.000 de metaboliți diferiți în fiecare tip de țesut și a comparat diferențele metabolice și genetice dintre aceste animale diverse, folosind un eșantion de 14 indivizi din fiecare dintre cele patru specii. După cum raportează astăzi cercetătorii în PLOS Biology, diferențele în profilurile metabolomului dintre șoareci, maimuțe și cimpanzei nu au fost mai mari decât diferențele genetice relativ mici dintre ei, ceea ce înseamnă că evoluția nu a modificat probabil în mod semnificativ niciunul dintre țesuturile lor. De asemenea, nu au existat dovezi de schimbări evolutive semnificative nici în rinichiul uman sau în cortexul vizual sau cerebelos.

Pe de altă parte, profilul metabolomului cortexului prefrontal uman a fost modificat în mod dramatic față de cel al altor primate: Folosind ca puncte de referință separarea dintre om și șoarece (acum 130 de milioane de ani) și dintre om și maimuță (acum 45 de milioane de ani), echipa a calculat că metabolomul a evoluat de patru ori mai repede decât cel al cimpanzeului de-a lungul celor aproximativ 6 milioane de ani de când liniile de om și cimpanzeu s-au despărțit. (Diferențele genetice dintre cele două specii, în schimb, sunt de numai aproximativ 2%.)

Acest rezultat nu a fost șocant, având în vedere munții de dovezi care atestă o mai mare îndemânare cognitivă a creierului uman în comparație cu cel al altor primate. Dar ceea ce a surprins echipa a fost diferența dintre profilurile mușchilor scheletici ai primatelor și cei ai oamenilor: metabolomul uman a evoluat de peste opt ori mai repede decât cel al cimpanzeilor de când cele două specii au luat drumuri evolutive separate.

Pentru a se asigura că această disparitate nu se datorează pur și simplu diferențelor de mediu și de dietă, echipa a expus maimuțele la ceva asemănător cu stilul de viață al omului modern. Cercetătorii au luat 12 maimuțe macaque și le-au împărțit în două grupuri de câte șase. Un grup a fost pus în cuști individuale, solitare, pentru a limita cât de mult exercițiu puteau face și a fost hrănit cu o dietă gătită, bogată în grăsimi și zaharuri; al doilea grup a fost pus în cuști solitare, dar a fost hrănit cu o dietă normală de alimente vegetale crude. Atunci când acești 12 subiecți au fost comparați cu un grup de control format din 17 maimuțe hrănite cu o dietă normală și cărora li s-a permis să se zbenguie afară în grupuri familiale, diferențele în metabolomii lor au fost minime, reprezentând cel mult 3% din modificările metabolice detectate la oameni. Acest lucru exclude explicațiile dietetice sau de mediu pentru aceste diferențe, concluzionează cercetătorii.

În cele din urmă, echipa a efectuat un test cheie: compararea rezistenței macacilor, cimpanzeilor și oamenilor. Deși studii anterioare foarte limitate sugeraseră că oamenii sunt specia cea mai slabă atunci când se ia în considerare dimensiunea corporală, nu se făcuseră comparații sistematice. Astfel, cercetătorii au conceput un experiment în care macacii, cimpanzeii și oamenii trebuiau să tragă o greutate reglabilă cu toată forța lor, folosindu-și mușchii atât ai brațelor, cât și ai picioarelor (vezi video). Maimuțele și cimpanzeii au fost motivați de dorința lor de a pune mâna pe o recompensă alimentară, în timp ce oamenii – printre care se numărau cinci jucători universitari de baschet și patru alpiniști profesioniști – au fost motivați de îndemnurile cercetătorilor de a da tot ce au mai bun în competiție. Rezultatul: Oamenii s-au dovedit a fi, în medie, doar pe jumătate la fel de puternici ca celelalte două primate.

Echipa recunoaște că nu este încă clar de ce diferențele de metabolom dintre oameni și alte primate duc la o forță musculară mai slabă; când cercetătorii au analizat posibilele diferențe structurale dintre mușchii coapselor cimpanzeilor și ale oamenilor, nu au găsit niciuna, lăsând ca explicație cea mai probabilă diferențele, încă necunoscute, în utilizarea energiei. Și, deși cercetătorii avertizează că diferențele dintre oameni și alte primate s-ar fi putut datora în parte nivelurilor diferite de motivație în timp ce trăgeau greutățile, consistența constatărilor indică faptul că oamenii sunt într-adevăr mai slabi în general. Oamenii de știință emit ipoteza că evoluția paralelă a creierelor mai mari și a mușchilor mai slabi pe linia umană s-ar putea să nu fi fost o coincidență, ci mai degrabă să se fi datorat unei „realocări” a resurselor energetice între cele două țesuturi. Ideea unui astfel de compromis „este o ipoteză foarte simplă”, spune Khaitovich, „dar, în evoluție, explicațiile simple sunt adesea cele mai bune”.”

Aiello, care este acum președinte al Fundației Wenner-Gren pentru Cercetare Antropologică din New York, spune că cercetările recente au sugerat că „compromisurile energetice relevante pentru evoluția creierului sunt mai complexe” decât au sugerat inițial ea și Wheeler în ipoteza lor cu creierul versus intestin și că „această lucrare demonstrează un alt posibil compromis între cerințele metabolice ale creierului și mușchiul scheletic.”

Cu toate acestea, Aiello și alți cercetători cred că oamenii nu au devenit pur și simplu mai slabi, ci au început să își folosească mușchii în moduri diferite care necesitau mai puțină forță generală, de exemplu pentru alergarea de anduranță în timpul vânătorii sau a altor activități – o idee care a fost susținută de Daniel Lieberman, un antropolog de la Universitatea Harvard.

Lieberman spune că noua lucrare „este foarte mișto și interesantă”, dar el nu crede în sugestia sa privind un compromis între creier și mușchi în timpul evoluției umane. „Oamenii sunt mai puțin puternici decât cimpanzeii, dar nu cred că suntem mai puțin atletici”, spune Lieberman. Astfel, el susține că oamenii au folosit în continuare o mare cantitate de energie musculară, dar au aplicat-o la sarcini care le-au sporit supraviețuirea pe termen lung, mai degrabă decât la fapte de putere brută. Cu creierele noastre mai mari și mai inteligente, spune Lieberman, oamenii au conceput modalități de a fi mai eficienți din punct de vedere energetic, devenind vânători mai eficienți, învățând să ne gătim mâncarea și împărțind resursele între grupuri mai mari. Cu alte cuvinte, în competiția evoluționistă, victoria merge uneori la cel mai inteligent, mai degrabă decât la cel mai puternic.

(Credit video: Kasia Bozek)