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Settimana del cervello: ma che cervello grande che hai

La ricerca scientifica ritiene che ad un certo punto dell’evoluzione il nostro organismo ha richiesto più energia per il cervello e meno per i muscoli. Tanto viene affermato in un articolo pubblicato su Scientific American (link). Questo ha fatto si che il cervello diventasse progressivamente più grande di volume.
Mano a mano che diventava più grande il cervello diventava anche più affamato. Pur costituendo il 2 per cento della massa corporea consuma circa un quinto dell’energia. Nessun altro tessuto si comporta allo stesso modo. Eppure il consumo complessivo è lo stesso di altri animali. Ciò ha fatto si che il 1995 due ricercatori inglesi pubblicassero un lavoro fondamentale in cui sostenevano che il maggior consumo di energia da parte del cervello derivasse da un compenso da qualche altra parte, formulando la cosiddetta teoria del tessuto costoso, teoria che negli anni successivi ha preso corpo anche se gli studiosi hanno opinioni differenti su quali siano i tessuti che pagano il prezzo maggiore in termini di energia.
Nel 2003, l’antropologo Leonard ha pubblicato uno studio in cui sostiene che il prezzo che abbiamo pagato per un cervello più grande potrebbe essere stato punire i muscoli. Sostiene l’autore che anche il più muscoloso degli uomini è più debole rispetto ad uno scimpanzè
Studi successivi hanno sollevato interrogativi sul fatto che gli esseri umani siano davvero i membri deboli del clan dei primati. Piuttosto che avere meno muscoli di quanto ci si aspetterebbe per una scimmia delle nostre dimensioni, è possibile che il nostro muscolo sia distribuito in modo diverso.
Ma l’ipotesi è ancora valida. Per costruire un cervello più grande a scapito dei muscoli, i nostri muscoli potrebbero essersi evoluti in maniera da essere più piccoli, o più efficienti, o il costo metabolico del camminare potrebbe essersi abbassato, o una combinazione di questi elementi: le possibilità non si escludono a vicenda.
In uno studio pubblicato lo scorso ottobre è stata testata l’ipotesi del compromesso e sono stati individuati cambiamenti in due gruppi di molecole che potrebbero essere la spiegazione di perchè utilizziamo più energia per il nostro cervello e meno per i nostri muscoli.
La fonte primaria di energia per il cervello è il glucosio, che viene pompato nelle cellule con l’aiuto di proteine chiamate trasportatori del glucosio. I trasportatori del glucosio sono codificati da una famiglia di circa una dozzina di geni. I ricercatori hanno concentrato gli studi sui geni di due trasportatori del glucosio: SLC2A1, attivato principalmente nel cervello e SLC2A4,  attivato principalmente nei muscoli.
Mutazioni del gene SLC2A1 comportano un ridotto apporto glicemico attraverso la barriera emato-encefalica che può causare convulsioni, difficoltà di apprendimento, o microcefalia, una condizione che trasforma un cervello normale in uno piccolo.
Per avere una visione migliore di come questi geni si sono evoluti dopo che gli umani e gli altri primati presero strade diverse, i ricercatori hanno confrontato le versioni umane dei geni con gli stessi geni nello scimpanzé e in due primati più lontani parenti, orango e macachi. Quando hanno confrontato le sequenze di DNA dei geni di ciascuna specie, hanno trovato una serie di modifiche nella versione di ciascun gene umano, ma non nelle altre tre specie.
Per scoprire se tali modifiche possono aver contribuito a trasportare più di glucosio al cervello, e meno ai muscoli, hanno misurato la quantità di copie di mRNA di ogni gene con una misura della quantità di proteine che il gene è idonea a produrre nel cervello, nei muscoli e nel fegato di campioni provenienti da ciascuna specie. Rispetto agli scimpanzè, gli esseri umani producono nel cervello tre volte più trasportatore del glucosio nel cervello, ma solo il 60% nei muscoli. Il compromesso è esattamente quello che si potrebbe prevedere.
Probabilmente questo non è l’unico compromesso che hanno portato i nostri cervelli ad ingrandirsi. In un altro studio pubblicato l’anno scorso, sono stati individuati un’altra serie di geni che possono incanalare più energia al cervello e meno ai muscoli, questa volta in forma di creatina. Se il glucosio è il carburante principale del cervello, la creatina fornisce una fonte di riserva di energia a rapido utilizzo quando il glucosio è insufficiente.
La creatina è trasportata dentro e fuori le cellule con l’aiuto di diversi geni. Quando i ricercatori hanno misurato i livelli di espressione di questi geni in campioni di tessuto da esseri umani, gli scimpanzé e macachi, hanno scoperto che il cervello umano ha due volte i livelli di SLC6A8 e CKB, due geni che regolano l’utilizzo di creatina nelle cellule. Ma, in contrasto con il cervello, i livelli nei muscoli umani non erano differenti dagli scimpanzè.

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