Evoluzione del cervello umano. Fuoco, parola, sangue.

L’eterno mistero del cervello umano. L’evoluzione della specie Homo potrebbe essere una chiave per svelarne alcuni aspetti, giacché segnò le tappe dello sviluppo cerebrale degli ominidi. Gli interrogativi sono tanti. Perché l’aumento più considerevole del cervello avvenne d’improvviso, circa due milioni di anni fa? Sappiamo inoltre che in media la massa cerebrale dell’uomo di Neanderthal era più grande di quella dell’Homo sapiens. Dunque il nostro cugino scomparso non era di certo meno intelligente di noi. Al contrario, semmai poteva esserlo di più. Ma… davvero dimensioni del cervello e intelligenza vanno di pari passo? Oppure esistono altri fattori altrettanto decisivi?

Strane impronte, misteriose circonvoluzioni

Le dimensioni del cervello rivestono un ruolo importante nel momento in cui vengono rapportate alle dimensioni del corpo cui appartengono. È ovvio che il cervello di un elefante sia più grande di quello di un essere umano, ma il cervello dell’essere umano rapportato alle dimensioni corporee dell’uomo corrisponde ad un valore maggiore del cervello di un elefante rapportato alla massa corporea del pachiderma. Il valore risultante viene definito „quoziente di encefalizzazione“. E tirando le somme si può dire che il quoziente di encefalizzazione dell’essere umano sia, in confronto a quello degli altri animali che popolano la terra, un quoziente di tutto rispetto. In proporzione alle sue dimensioni corporee, il più grande in assoluto. Non è stato sempre così. Diversi ominidi, diverse grandezze…

I due emisferi del cervello umano, su cui sono ben visibili le complesse circonvoluzioni.

Ma se di esemplari di uomo anatomicamente moderno – e di relativi cervelli da analizzare- sulla Terra – ce ne sono ormai otto miliardi, nulla è invece rimasto delle masse cerebrali dei nostri antenati avvolti dalle nebbie della preistoria. E tuttavia una possibilità esiste: l’analisi delle impronte lasciate all’interno del cranio dalle circonvoluzioni cerebrali. Grazie a una tomografia assiale computerizzata si ottengono delle radiografie tridimensionali ad alta risoluzione del cranio fossile, poi si realizza al computer un’impronta della scatola cranica che fornisce delle indicazioni sulla grandezza e la forma del cervello. I moderni metodi di analisi offrono quindi la possibilità di dedurre lo sviluppo del cervello di un ominide sin dalla sua infanzia, e di comparare l’evoluzione della specie dell’uomo moderno con quella degli ominidi estinti.

L’aumento della massa cerebrale. Di certo un impulso decisivo nella storia dell’evoluzione umana. Tanto più che dopo la scissione della specie Homo da quella delle grandi scimmie – in particolare gli scimpanzé – avvenuta circa sei milioni di anni addietro, l’aumento delle dimensioni del cervello avanzò dapprima con estrema lentezza. Ci fu un’accelerazione improvvisa circa due milioni di anni fa, con l’avvento dell’Homo erectus, il cui cervello avrebbe raggiunto un volume di tutto rispetto che si aggirava intorno ai 1000 cm cubi. Tanto per rendere l’idea di queste grandezze, teniamo presente che il volume cerebrale dell’uomo anatomicamente moderno adulto presenta, in media, 1300 cm cubi.

In base ai risultati di ricerca attuali, l’apparizione dell’uomo anatomicamente moderno – l’Homo sapiens – risale a circa 180.000 – 200.000 anni fa, il che significa… un nulla, rapportato al lunghissimo periodo di sei milioni di anni in cui già la specie degli ominidi aveva iniziato a popolare la Terra (con gli australopiteci). Un lasso di tempo straordinariamente esteso, in cui il cervello di queste creature – in media 300 cm cubi – non sembra aver subito grandi cambiamenti. Poi, circa due milioni di anni fa, l’aumento veloce nell’Homo erectus. Come mai? Qual è stato il motore che ha accelerato di colpo il millenario processo?

Interessante è il fattore della posizione eretta, che permetteva alla specie Homo di camminare da bipede, accoppiato ai cambiamenti climatici. Verso la fine del Pliocene (ca. 2,500 milioni di anni fa), in seguito alla crescente aridità del clima, iniziarono infatti a diffondersi su tutto il pianeta ampi territori che presentavano una vegetazione di tipo steppa, mentre i boschi si riducevano poco a poco. In un habitat di questo genere la deambulazione bipede rappresentava un vantaggio, perché lasciava libere le mani che potevano essere impiegate per altri scopi, ad esempio per la fabbricazione dei primi utensili da caccia.

Cervelli a confronto. Al cervello umano corrisponde il maggiore quoziente di encefalizzazione.

E la caccia agli animali che popolavano le steppe urgeva per soddisfare il fabbisogno crescente di carne. L’epoca della nutrizione esclusivamente – o principalmente – a base di materie vegetali era giunta alla fine. In un clima sempre più freddo questo tipo di alimentazione, tipica delle grandi scimmie, ora non bastava più. Ci voleva una maggior quantità di proteine per sopravvivere. La scoperta e il controllo del fuoco, che caratterizzano la specie Homo erectus e sembrano aver avuto luogo oltre un milione di anni fa, hanno inoltre permesso alla specie Homo di cuocere la carne, rendendola più digeribile. Non è da escludersi che la nuova dieta degli ominidi abbia incrementato lo sviluppo rapido della massa cerebrale. Questo pensa, insieme ad altri studiosi, Il biologo dell’evoluzione Josef Reichholf. Una dieta per il cervello?

Anche il paleoantropologo Oliver Sandrock sostiene che l’aumento della massa cerebrale sia strettamente legato agli sviluppi climatici. Circa due milioni di anni or sono i cambiamenti climatici repentini dell’ultima Era glaciale hanno portato a mutamenti ambientali veloci e massicci e quindi influenzato in modo decisivo la ricerca di cibo. Secondo lui, anche soltanto il fatto che gli ominidi siano stati costretti a “spremere le meningi” e inventare sempre nuovi metodi ed espedienti per sopravvivere, avrebbe portato a un aumento del cervello.

Ricette preistoriche e… parole parole parole

Un’altra considerazione. Nel momento in cui l’ominide passava da una dieta vegetale ad una onnivora che includeva il consumo di carne, l’intestino si riduceva favorendo così una crescita del cervello. Non solo questo. Particolarmente importante fu il processo della cottura. Poiché la dieta a base di cibi cotti, che derivava dall’uso del fuoco, non forniva soltanto una nutrizione più digeribile. Il fuoco uccideva i germi e aumentava la durata degli alimenti. Altro vantaggio: il cibo cotto apportava molta più energia di cibo crudo. Inoltre il fatto di fruire di una quantità maggiore di calorie in una minore quantità di cibo, snelliva i tempi di ricerca e di consumo del cibo stesso e metteva a disposizione degli ominidi più tempo per altre attività, quelle stesse attività che un giorno avrebbero portato alla fabbricazione di strumenti musicali, alla realizzazione di splendide pitture parietali, statuette, oggetti ornamentali ed altro.

Reichholf sottolinea l’importanza del portamento eretto e della carne nell’alimentazione onnivora della specie Homo. Scrive:

“Per lo sviluppo di neonati e bambini sono necessarie soprattutto le proteine. Più aumentava la percentuale di carne nella dieta degli ominidi poiché questi potevano spostarsi con più facilità (bipedi) e quindi fruire di buone porzioni di carne fresca di animali appena uccisi, più bambini potevano partorire le donne e nutrirli poi con latte ricco di proteine, fino al termine del periodo di svezzamento (N.d.A.: che doveva durare per circa tre, quattro anni). In questo modo s’innestò un automatismo proprio dell’evoluzione umana. Più migliorava l’approvvigionamento di cibo, più prole generavano e allevavano gli ominidi.”

Un argomento che non si può contestare, giacché:

“Nell’evoluzione è importante la sopravvivenza di una generazione, non quella di un individuo.”

Evoluzione del cervello umano. ©P’tit-Pierre-CC-BY-SA-3.0

Però sappiamo che già gli australopiteci si nutrivano, oltre che di vegetali, occasionalmente anche di carne ricavata da carcasse animali. Anche gli australopiteci erano bipedi. Dunque perché il veloce aumento del cervello si verificò soltanto con l’Homo erectus? Molti studiosi identificano il fattore decisivo nella datazione, nell’inizio di un’era caratterizzata da rapidi cambi climatici: due milioni di anni fa. Per sopravvivere in un clima estremamente freddo, era necessaria più energia e quindi più carne. Di conseguenza la caccia diveniva un fattore decisivo. La pressante necessità di cacciare e quindi di seguire la preda in modo più efficiente favoriva spostamenti di ampio raggio.

Per far questo, osserva Reichholf, gli ominidi svilupparono un senso dell’orientamento sempre maggiore che si basava su un gran numero di informazioni riguardanti l’habitat, gli agenti atmosferici, gli insegnamenti tramandati di padre in figlio e i modelli di comportamento animale. Tutto questo esigeva dei cervelli… “ad alte prestazioni”. L’Homo erectus, scopritore del fuoco, buon cacciatore e grande camminatore, fu dunque il primo a sviluppare per necessità un cervello dalle dimensioni considerevoli. Interessante è il fatto che molto più tardi, durante il Neolitico e quindi dopo il passaggio dalla vita nomade (o seminomade) dei cacciatori raccoglitori a quella sedentaria degli agricoltori e allevatori di bestiame, le dimensioni della massa cerebrale umana diminuirono del 10- 13%. Alcuni studiosi vedono questo fenomeno strettamente collegato al nuovo tipo di vita più sociale, integrata in gruppi più grandi, e di certo meno avventurosa.

Infine vorrei citare ancora l’interessante teoria di quegli antropologi che interpretano l’aumento delle dimensioni cerebrali come conseguenza dello sviluppo della parola e, quindi, di linguaggi differenti. Un punto chiave nella storia dell’evoluzione umana che mi affascina parecchio. L’antropologo americano Terrence Deacon, per esempio, afferma che la parola fu la causa dell’aumento delle dimensioni del cervello, e non viceversa. La lingua: un fattore importantissimo e, come hanno dimostrato gli studiosi, legato alla dominanza dell’emisfero cerebrale sinistro. Qui si trovano alcuni centri essenziali che regolano l’uso della parola. E i cervelli degli ominidi, con sicurezza ai tempi dell’Homo erectus, sembrano aver presentato questa caratteristica che li differenziava da quelli delle scimmie. Una dominanza provata non solo dalla conformazione delle circonvoluzioni cerebrali, ma anche dal semplice dato di fatto che erano in grado di fabbricare utensili usando la mano destra. La conseguente padronanza di una lingua sintattico-grammaticale, indispensabile a formulare pensieri complessi e pianificare nel futuro, è strettamente legata ad un aumento di intelligenza del soggetto in questione ed esperti prestigiosi come il biologo tedesco professor Gerhard Roth individuano in questo fattore il motore principale alla base di una crescita veloce del cervello umano. L’uso della parola e quindi di un linguaggio è ormai una sicurezza nel caso dell’uomo di Neanderthal, almeno da quando si è scoperto un osso ioide di questo ominide nella grotta israeliana di Kebara e i genetisti hanno individuato nel suo DNA la presenza di un gene legato all’utilizzo della parola.

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Il Neanderthal ce l’aveva più grande

L’evoluzione del cervello umano. Tenendo sempre presente, come evidenziato all’inizio dell’articolo, che non è la sola grandezza del cervello a fare l’intelligenza perché questa va sempre rapportata alle dimensioni corporee del soggetto interessato, ecco che si affaccia l’immancabile dibattito. Ho scritto più sopra che il cervello dell’uomo di Neanderthal era in media più grande di quello dell’Homo sapiens. Che significa in cifre? Se il volume del Sapiens si aggirava sui 1300 cm cubi, quello del Neanderthal, in media 1400 cm cubi, poteva arrivare anche a 1750 (esemplare di Amud, Israele) e addirittura 1900 cm cubi. Di conseguenza gli antropologi si chiedono se fra Neanderthal e Sapiens vi fossero delle differenze dal punto di vista sociale e cognitivo. Una domanda scottante. Soprattutto il lobo occipitale (area visiva primaria, secondaria e terziaria) dell’uomo di Neanderthal era particolarmente sviluppato, un fatto che ha portato alcuni studiosi a supporre che forse le capacità visive e di percezione dello spazio fossero in quest’ominide particolarmente sviluppate. Elementi che avrebbero favorito le sue attività di cacciatore.

Cranio di Neanderthal (in primo piano) e cranio di Homo sapiens a confronto. Museo di Urmu. Blaubeuren, Germania. ©Reimund Schertzl

Alcuni reperti archeologici suggeriscono la presenza di possibili discrepanze nel comportamento delle due specie. Vediamo perché. I modelli delle variazioni endocraniali presenti nei due individui subito dopo la nascita si differenziano. Ciò sarebbe attestato da frammenti fossili di due crani di Neanderthal deceduti durante o subito dopo il parto. Questi neonati sono stati scoperti già nel 1914 in Francia, nella Dordogna, depositati nel magazzino del museo di Les Eyzies-de Tayac-Sireuil e poi, come spesso accade, dimenticati. Negli anni Novanta del secolo scorso sono stati risvegliati dal loro sonno e sottoposti ad analisi tomografica computerizzata nell’Istituto Max Planck di Lipsia. Lo stesso è stato fatto con dei frammenti cranici di neonati Neanderthal scoperti nel Caucaso, nel giacimento paleologico di Mezmaiskaya.

I risultati dimostrano che già al momento della nascita la testa del Neanderthal presentava dimensioni maggiori rispetto alla testa di un Homo sapiens, ma le differenze più evidenti che riguardano l’aspetto dei due cervelli si sviluppavano dopo il parto. Alla nascita le due specie presentavano entrambe crani allungati con dei cervelli di dimensioni pressoché uguali. E tuttavia durante il primo anno di vita il piccolo Sapiens sviluppava la forma caratteristica di cranio tondo. Le ossa craniche sono, subito dopo il parto, molto sottili e le suture del cranio ancora aperte (le tipiche “fontanelle”). Poiché la scatola cranica si adatta all’aumento della massa cerebrale, ciò significa che i cervelli di Neanderthal e Sapiens seguivano uno sviluppo diverso approssimativamente sino all’apparizione dei denti da latte. Dunque le due specie raggiungevano un volume cerebrale simile in età adulta e seguendo differenti modelli di sviluppo. Che significava tutto questo, tradotto in diversità di comportamento e intelletto?

Splendido panorama dalla grotta di Mezmaiskaya, Russia. ©Алексей КомаровCC BY-SA 3.0

La divergenza si presentava durante una prima fase dello sviluppo, ma dopo la crescita dei denti da latte non sussisteva più. Ed ecco la deduzione importante: il diverso sviluppo subito dopo il parto potrebbe – dobbiamo però esprimerci al condizionale – aver influito sull’organizzazione neuronale e sinaptica del cervello e causato delle discrepanze che ancora non conosciamo. Le dimensioni sono una cosa, l’organizzazione neuronale un’altra. Alcuni studiosi sostengono che questa è ben deducibile dall’impronta delle circonvoluzioni cerebrali sulle calotte dei crani fossili; altri ritengono che queste impronte, alla fin fine, siano troppo poco chiare per formulare affermazioni con un alto margine di certezza. Dunque dobbiamo attendere ancora e vedere se ulteriori studi faranno luce sulle funzioni di questi geni che resero diversi i nostri progenitori diretti dall’uomo di Neanderthal.

Il segreto è nel sangue?

Nel frattempo degli antropologi sudafricani e australiani hanno scoperto un altro segreto imperniato sul profondo legame fra sangue e cervello. I crani fossili di ominidi forniscono infatti anche delle informazioni sull’alimentazione sanguigna del cervello. Questa avviene tramite due arterie che penetrano, attraverso due aperture, nelle ossa del cranio. Misurandone il diametro e misurando al contempo il potenziale volume della massa cerebrale, è possibile individuare la quantità di flusso sanguigno che raggiungeva il cervello del soggetto in vita. Ebbene, i reperti di Homo sapiens presentavano dei valori sei volte più alti di quelli dell’australopiteco, nonostante la massa cerebrale del Sapiens fosse “soltanto” tre volte maggiore di quella dell’australopiteco stesso.

Ciò significa che il cervello del Sapiens fruiva di un afflusso sanguigno di gran lunga maggiore di quello che andava a irrorare i cervelli degli altri ominidi. Una maggiore alimentazione sanguigna favorisce un metabolismo delle cellule più efficace, ne rinforza le sinapsi e di conseguenza porta a migliori facoltà cognitive. Insomma: più importante è il flusso sanguigno nel cervello, più elevata è l’intelligenza dell’individuo in questione. Ma di che individuo parlano, specificatamente, gli studiosi australiani e sudafricani che di recente hanno presentato questa scoperta?

Ricostruzione di un uomo di Neanderthal. Neanderthal Museum, Mettmann, Germania. ©Reimund Schertzl

Roger Seymour dell’Università di Adelaide ed Edward Snelling dell’Università di Witwatersrand hanno analizzato ben 35 crani di undici specie di ominidi, tra cui diversi esemplari di australopiteco, Homo erectus, Neanderthal e Homo sapiens arcaico, datati in un periodo che abbraccia tre milioni di anni ad oggi. Secondo questo studio, i neuroni dell’Homo sapiens fruivano di un’alimentazione sanguigna migliore e più efficace di quanto non fosse quella dei loro predecessori. Anche di quella dell’uomo di Neanderthal, sottolineano gli studiosi. Era questa la carta vincente dei nostri progenitori? Fu questo il vantaggio del Sapiens che finì per decretare la sua sopravvivenza a scapito del cugino, l’uomo di Neanderthal, e delle altre specie? O forse prossimamente qualche altra scoperta cambierà di nuovo tutto lo scenario?

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