Perché l'uomo ha un cervello così...grande?

Ok, sembra la solita domanda clickbait che serve ad attirare gente, ma non ho trovato un titolo migliore in quanto è proprio quello di cui voglio parlarvi, cioè delle (possibili) cause, a livello evolutivo, di una componente anatomica così vistosa.
Il cervello non è diventato grande a causa di un particolare evento, ma è stato un normale trend evolutivo (uno dei tanti): tanti individui mostravano questa caratteristica, è diventata frequente all'interno della popolazione ed è stata selezionata da meccanismi evolutivi quali la Selezione Naturale e gli Equilibri Punteggiati.

Infatti, in concomitanza con la comparsa di una locomozione bipede obbligata e della capigliatura, una testa grande forniva più protezione dal sole rispetto a una più piccola (e glabra). Ma i motivi sono tanti e ne parlo meglio nell'articolo apposito che troverete nei commenti. Qui vi parlerò solo delle possibili cause.

1) La cottura del cibo

La cottura del cibo, ormai è più che assodato, ha giocato un ruolo molto importante sia per lo sviluppo sociale del genere Homo che per lo sviluppo, in generale, delle abilità cognitive. O meglio, lo sviluppo di un grosso cervello era un trend evolutivo che si stava sviluppando indipendentemente rispetto ad altri cambiamenti, e ciò ha permesso (assieme anche a un "alleggerimento" delle mascelle e delle mandibole) di nutrirsi anche di carne.

In questo studio del 2012 si fa un po' di luce su quest'aspetto. Viene in primis evidenziato il fatto che la nostra specie sia in possesso di un gran numero di neuroni, superiore a quello di tantissimi mammiferi e primati non umani, come gli oranghi e i gorilla (il loro peso, però, supera il nostro di ben 3 volte). Questa sorta di discrepanza tra peso e dimensioni corporee con quelle del cervello ha portato a pensare che lo sviluppo di quest'ultimo non sia stato proporzionale al resto del corpo, una caratteristica che accompagna la nostra specie assieme a un'evidentissima encefalizzazione e allo sviluppo delle capacità cognitive. Ma un cervello grande, encefalizzato, è sinonimo di grandi capacità cognitive?

Non proprio, si parte dal presupposto che la proporzionalità tra corpo e cervello sia stata una componente fondamentale dei primati, ma le condizioni ambientali hanno selezionato individui o con un cervello grosso o con un corpo grosso, in quanto a livello metabolico è una condizione abbastanza improbabile possedere entrambe le caratteristiche. Da una parte abbiamo, per esempio, i grandi erbivori appartenenti alla Megafauna, mentre dall'altra abbiamo esili ominini con un cranio/cervello più "grosso" rispetto al corpo.

Ma un cervello grosso è anche sinonimo di alto consumo energetico. Infatti, il cervello si trova al terzo posto, dopo fegato e muscoli scheletrici, per quanto riguarda il dispendio energetico nonostante rappresenti circa il 2% della massa corporea:

• il cervello è responsabile, anche a riposo, di circa il 20% del dispendio energetico complessivo;

• nei primati, il dispendio da parte del cervello non supera il 9%.

Questo per l'uomo è limitante, perché significa che il fabbisogno energetico debba essere alto e continuo, e ciò dipende anche dalla disponibilità locale del cibo e delle risorse in generale, dal tempo di ingestione e di digestione (e da quanto si consuma in generale a livello calorico, naturalmente!).

In parole povere, ominini che dedicavano tante ore del loro tempo alla ricerca di cibo (a basso contenuto calorico), possedevano un cervello simile a quello delle grandi scimmie (anche per quanto riguarda il numero dei neuroni), mentre specie come H. erectus, che si nutrivano cuocendo il cibo, possedevano dimensioni maggiori del cervello.

Ecco, la cottura ha reso disponibile rispetto ai cibi crudi una maggiore quantità di calorie, quindi ha ridotto il tempo necessario per la ricerca di cibo. Insomma:

• la diminuzione del tempo di ricerca ha permesso anche, e soprattutto, agli individui del genere Homo di socializzare e di migliorare le capacità cognitive;

• un minor tempo di ricerca delle risorse ha permesso a questo "compromesso evoluzionistico" (cervello grande + consumo metabolico) la selezione di individui con cervelli più grandi e… dispendiosi.

2) Le implicazioni ecologiche e adattative

Questo è un concetto che abbiamo appena visto, ma i numerosi eventi ambientali hanno selezionato esseri umani con un cervello grande, un adattamento a diversi contesti ambientali (come la Savana) e anche sociali (competizione tra gruppi e cooperazione sociale).

Questo studio del 2018 si pone l'obiettivo di rispondere a una domanda: perché il cervello umano è così grande? In sostanza, diversi fattori ambientali e sociali hanno selezionato individui con un cervello grosso.

In tutto questo, bisogna sempre considerare l'elevato fabbisogno energetico del cervello, e più un cervello è grosso e più… consuma, questo sempre in proporzione al suo volume. Ma quali sono stati i vantaggi (e gli svantaggi) di questo carattere? Le ipotesi principali vertono verso una maggiore capacità cognitiva che avrebbe permesso di superare sfide ecologiche ardue e, in misura minore, anche sfide socio-culturali.

I ricercatori hanno valutato la correlazione tra le varie specie di ominini e le relative dimensioni craniche, ma in primo luogo non si riesce a capire quali siano state le cause (e gli effetti) di cervelli così grossi. Ciò che si può fare, in modo oggettivo, è stabilizzare i costi metabolici del cervello in relazione all'età degli individui, all'aumento dei tessuti cerebrali e ad altri fattori ontogenetici.

Il risultato è che esistono 4 possibili scenari ecologico-sociali in merito:

• l'individuo che fa fronte ad esigenze ambientali;

• l'individuo che coopera con altri individui per far fronte ad esigenze ambientali;

• competitività individuale e di gruppo (esigenze socio-culturali).

Insomma, un cervello grosso permette di affrontare sfide diverse ed è stato il prodotto di cambiamenti ecologico-ambientali (il 60%), per il 10% per competizione tra gruppi e per il 30% legato alla cooperazione.

3) I geni legati a un grande cervello

L'aumento di dimensione del cervello sarebbe dovuto a tre geni comparsi tantissime migliaia di anni fa nel nostro genoma. Sono frutto di ripetute duplicazioni "che non sono andate a buon fine" di un gene che controlla lo sviluppo delle cellule staminali progenitrici dei neuroni.

Questi 3 geni, secondo due studi pubblicati su PNAS, sono responsabili dell'eccezionale aumento del cervello umano. Uno di questi 3 è comparso circa 3-4 milioni di anni fa, mentre gli altri 2 in tempi successivi. Così, a poco a poco, l'azione di questi geni ha influito sullo sviluppo del cervello triplicandone le dimensioni.

Questi tre geni sono stati battezzati NOTCH2NL A, NOTCH2NL B e NOTCH2NL C ed appartengono a un gruppo di geni definito "Notch", che si è conservato per centinaia di milioni di anni (e svolge un ruolo importantissimo nello sviluppo embrionale). Sono situati sul cromosoma 1, in una regione già conosciuta per via delle malattie genetiche legate ai cambiamenti di dimensione del cervello, come per esempio la macrocefalia e i disturbi dello spettro autistico (quando sono presenti microduplicazioni, cioè piccoli frammenti di DNA duplicati), e la microcefalia e la schizofrenia (quando mancano piccoli frammenti di DNA, o microdelezioni).

Questi geni sono il frutto di un "errore di copia" del gene NOTCH2, che svolge un ruolo nella differenziazione delle cellule staminali. Sarebbero frutto di tre episodi di duplicazione parziale e del successivo tentativo di "riparazione cellulare" che non è andato proprio a buon fine.

In generale, da una cellula staminale si possono rigenerare 2 cellule staminali o 2 neuroni (oppure una cellula staminale progenitrice e un neurone). Nella corteccia cerebrale, però, i geni NOTCH2NL parrebbero avere una sorta di preferenza per le cellule staminali che producono altre cellule staminali, il che si traduce nella produzione di più neuroni.

Fonti:

• Fiddes, I. T., Lodewijk, G. A., Mooring, M., …, Salama, S. R., Jacobs, F. M. J., & Haussler, D. (2018). Human-Specific NOTCH2NL Genes Affect Notch Signaling and Cortical Neurogenesis. Cell, 173(6), 1356–1369.e22.

• González-Forero, M., Gardner, A. Inference of ecological and social drivers of human brain-size evolution. Nature 557, 554–557 (2018).

• Suzuki, I. K., Gacquer, D., Van Heurck, R., …, Polleux, F., Detours, V., & Vanderhaeghen, P. (2018). Human-Specific NOTCH2NL Genes Expand Cortical Neurogenesis through Delta/Notch Regulation. Cell, 173(6), 1370–1384.e16.