Cervello Umano: Perché è Diventato Così Grande In Due Milioni Di Anni?

Il nostro cervello è un organo goloso: da solo divora una buona parte del carburante dell'organismo. Eppure, i primi membri della nostra stirpe se la cavavano con un cervello da scimpanzé! Come è cresciuto così tanto, perché e quanto ci costa fin dalla nascita? Spiegazioni.

Un organo che costa caro

Posa la mano sulla fronte: proprio dietro si nasconde un cervello di circa 1.350 cm3 in media. Questo numero non è affatto scontato: per la maggior parte della preistoria, i crani della linea umana ne contenevano molto meno.

Sulla bilancia pesa quasi nulla: circa il 2% del peso di un adulto. Sulla fattura energetica, è tutta un'altra storia! A riposo consuma da solo quasi un quinto di ciò che il corpo spende. Molto più della sua parte!

Perché l'evoluzione ha puntato su un organo così vorace? Per capirlo, i paleoantropologi (gli specialisti delle origini dell'uomo) misurano l'interno dei crani fossili, scrutano i denti e le ossa rotte, esaminano le pietre scheggiate e leggono persino il DNA antico.

Qui vi raccontiamo le grandi tappe di questa crescita, le spiegazioni avanzate dai ricercatori e ciò che ha cambiato nel nostro modo di nascere e crescere.

All'inizio, un cervello di grande scimmia.

Il DNA permette di risalire lontano: il confronto dei nostri geni con quelli degli scimpanzé indica che i nostri percorsi si sono divisi almeno sette milioni di anni fa. I primissimi rappresentanti del nostro ramo (gli esperti li chiamano ominini) provengono tutti dal suolo africano: Sahelanthropus viene dal Ciad, Orrorin dal Kenya e Ardipithecus dall'Etiopia.

Cosa li collega a noi? Una bipedalità più o meno affermata e canini ridotti. Sotto il cranio, invece, nulla di nuovo: circa 360 cm3 per Sahelanthropus e un po' meno per Ardipithecus. Questi volumi non sorprenderebbero nessuno in uno scimpanzé attuale.

Gli australopitechi non cambiano subito le carte in tavola. Prendiamo anamensis, il più anziano degli australopitechi conosciuti tramite un cranio: arriva molto dopo Sahelanthropus eppure la sua scatola cranica non è affatto più spaziosa! Il vero guadagno arriva più tardi con afarensis e africanus: il loro cervello supera di un piccolo terzo quello di uno scimpanzé ordinario. Stessa cosa per i loro cugini dalle enormi molari, i Parantropi.

Questo supplemento non cambia l'architettura: la corteccia di un australopiteco si distribuisce come quella di uno scimpanzé, a dispetto delle prime letture del famoso bambino di Taung. Questi lontani parenti si muovono in piedi con la gamba tesa senza poter correre a lungo. Scalano ancora gli alberi e si nutrono soprattutto di piante. Piccolo segno del futuro: la mano di africanus sapeva pizzicare forte tra il pollice e l'indice, una presa ideale per tenere uno strumento.

Strumenti più antichi del genere Homo

Sapevate che si lavorava la pietra ancor prima dell'apparizione del genere Homo? Le pietre così scolpite appartengono al Lomekwiano e risalgono a 3,3 milioni di anni fa. Il loro giacimento si trova in Kenya, sulla riva occidentale del lago Turkana.

La loro fabbricazione rimane rudimentale: si prendeva un blocco di roccia dura delle dimensioni di un pugno e lo si colpiva su un'incudine di pietra per far saltare dei pezzi. Chi erano questi artigiani? Nessuno lo sa: probabilmente un australopiteco o un cugino prossimo ancora sconosciuto.

Successivamente arriva l'Oldowan, le cui prime tracce, risalenti a circa 2,6 milioni di anni fa, sono state rinvenute in Etiopia, nella grande depressione dell'Afar. I tagliatori ottenevano schegge affilate in quarzite o in pietra di origine vulcanica. Tra queste due date, una mandibola inferiore incompleta risalente a 2,8 milioni di anni fa costituisce il primo testimone conosciuto del genere Homo.

Attenzione a non concludere troppo in fretta: questi strumenti non dimostrano da soli che il cervello sia cresciuto grazie a loro. Tuttavia, offrono accesso a un nuovo tipo di nutrimento. Ed è qui che la storia diventa interessante.

Carne e midollo: la grande scommessa

Circa tre milioni di anni fa, le temperature calano e le piogge diventano più rare. Gli ominidi devono adattarsi e si delineano due strategie: i Parantropi puntano su piante coriacee che macinano con molari giganteschi, mentre il genere Homo si orienta verso la carne.

Mangiare carne animale non è affatto eccezionale tra i primati: i babbuini la consumano e gli scimpanzé cacciano persino in gruppo le scimmie colobo. La novità per quanto riguarda gli esseri umani? Attaccare grandi prede e riportare le carcasse in un luogo preciso.

All'inizio, i nostri antenati erano probabilmente più spazzini che cacciatori. Si servivano delle carcasse abbandonate dai grandi felini della savana e poi rompevano le ossa con una pietra per estrarne il midollo: un concentrato di grasso, quindi di energia. Il nostro organismo conserva persino traccia di questa vicinanza: i nostri tenie (i vermi solitari) hanno come parenti più prossimi quelli che infestano le iene e i felini!

I resti ossei striati da strumenti di pietra confermano questo scenario. Quelli di Dikika in Etiopia, datati a 3,4 milioni di anni, sarebbero i più antichi. Tuttavia, è necessario che queste incisioni siano effettivamente opera di una mano, cosa che non tutti ammettono. Fino a circa due milioni di anni fa, queste ossa marcate rimangono rarissime: su scala dell'intera Africa, il raccolto riempirebbe a malapena una scatola per scarpe! Successivamente si moltiplicano, al punto che un solo sito kenyota (Kanjera) ne ha forniti centinaia.

Homo erectus, il corridore di fondo

Facciamo un salto fino a due milioni di anni fa. Il continente africano ospita allora diverse specie di esseri umani contemporaneamente, che gli specialisti classificano con i nomi di habilis, rudolfensis ed ergaster. I loro cervelli variano da 500 a 900 cm3 a seconda dei fossili. Dimenticate quindi l'immagine della fila indiana in cui una scimmia si erge gradualmente fino a diventare un uomo: la nostra storia assomiglia piuttosto a un cespuglio, la maggior parte dei cui rami si è estinta.

È anche in questo periodo che appare Homo erectus. Questo nuovo arrivato è il primo essere umano veramente a suo agio in terreno scoperto, lontano dalle foreste, e presto lascia il suo continente natale.

Il suo grande vantaggio? La resistenza. La sua pelle nuda e la sua abbondante sudorazione gli permettono di correre a lungo sotto il sole senza surriscaldarsi. I cacciatori san dell'Africa meridionale ne offrono ancora oggi un'idea: possono seguire un'antilope fino a quando non crolla, sopraffatta da un colpo di calore.

Alcuni ricercatori hanno persino fatto i calcoli per l'attuale Kalahari: un essere umano può inseguire la sua preda per ore, senza bere una goccia d'acqua, prima che la disidratazione diventi critica. Un'arma temibile... per un primate che non ha né artigli né zanne.

Cacciare, condividere, cooperare: il motore dell'intelligenza?

Questo corridore si attrezza anche con strumenti più raffinati. Circa 1,8 milioni di anni fa, un nuovo modo di lavorare la pietra (l'Acheuléen) dà vita a strumenti più elaborati, modellati su entrambi i lati: i bifacciali e le asce, molto pratiche per scuoiare un animale. La loro forma evolve poi con una lentezza sorprendente. E il legno? Resiste male al tempo. I pali più antichi che ci sono pervenuti (circa 300.000 anni, a Schöningen in Germania) non segnano quindi sicuramente la loro invenzione: i nostri antenati maneggiavano probabilmente armi di legno molto prima.

Perché il cervello avrebbe dovuto ingrossarsi in questo contesto? Secondo alcuni specialisti, diventando un predatore privo di armi naturali, l'uomo ha dovuto compensare con l'intelligenza, la fabbricazione di strumenti, la cooperazione... e la condivisione della carne.

Il confronto con gli scimpanzé va in questa direzione. Le osservazioni condotte a Gombe lo dimostrano bene: per loro la caccia rimane soprattutto un affare di maschi, la carne non è mai indispensabile e circola poco. Nelle società di cacciatori-raccoglitori è l'opposto: la distribuzione della selvaggina segue un codice preciso e nessuno potrebbe farne a meno per sopravvivere.

Resta la questione della divisione dei compiti. Tra gli Hadza (un popolo di cacciatori-raccoglitori che vive ancora in Tanzania), il lavoro è chiaramente suddiviso: sono piuttosto le donne a dissotterrare i tuberi mentre gli uomini partono a caccia. Ma questa suddivisione risale alla preistoria? Gli esperti ne discutono ancora.

Da erectus a Neanderthal: la corsa al volume

All'inizio, nulla di straordinario in erectus: la sua scatola cranica rimane modesta e la superficie del suo cervello mantiene un disegno arcaico. Tuttavia, negli ultimi rappresentanti della specie, il volume supera i 1.200 cm3. Ma all'inizio questo aumento accompagna soprattutto quello del corpo: un organismo più grande porta logicamente una testa più grande.

Quando i Parantropi si estinguono a loro volta, la nostra famiglia conta solo un unico rappresentante sul pianeta (per un certo periodo almeno). I suoi discendenti si separano poi in diverse linee al ritmo delle glaciazioni, senza escludere incroci tra di esse. La loro radice porta un nome tratto da Heidelberg, una città tedesca dove è stata riesumata una vecchia mascella: Homo heidelbergensis. Da questo tronco escono due rami ben noti: Neandertal da un lato e dall'altro i Denisoviani, cugini asiatici conosciuti attraverso semplici frammenti trovati nell'Altaï e sull'altopiano tibetano.

Nel corso degli ultimi 500.000 anni, questi esseri umani raggiungono volumi record: alcuni Neandertaliani tardivi superano i 1.700 cm3, ben oltre la nostra media attuale! Eppure il loro corpo non è aumentato. Il cervello occupa quindi uno spazio crescente rispetto alla massa corporea (è ciò che misura il coefficiente di encefalizzazione) e la nota energetica sale con esso.

Florès e naledi: quando il cervello si riduce

La storia non va però sempre nella stessa direzione! Direzione Indonesia, sull'isola di Flores. In fondo a una caverna, gli scavi hanno portato alla luce un umano in miniatura chiamato Homo floresiensis. La sua scatola cranica conteneva solo 380 cm3, circa quanto quella dei primissimi ominidi. Inizialmente gli sono stati attribuiti strumenti e focolari scoperti sul posto, ma era un errore: una volta datati meglio i suoi resti, questo legame è crollato. Le prime datazioni lo ringiovanivano di molto: in realtà, le sue ultime tracce risalgono a più di 50.000 anni fa.

La spiegazione più probabile ha un nome: il nanismo insulare. Quando il cibo diventa scarso, come su un pezzo di terra isolato dal mare, gli animali finiscono per cambiare dimensione. Così sono apparsi su isole elefanti nani, stegodonti (cugini degli elefanti) ridotti all'altezza di un piccolo cavallo o, al contrario, ratti giganti. In un tale ambiente, un grande cervello diventa un lusso fuori portata. Nelle Filippine, un altro piccolo umano chiamato Homo luzonensis potrebbe aver seguito lo stesso percorso.

Homo naledi, in Sudafrica, suscita ancora più curiosità: datato di circa 300.000 anni, associa un piccolo cervello, una statura modesta, mani da arrampicatore e piedi molto umani. Alcuni ricercatori pensano che occupasse una nicchia ecologica tutta sua, un po' come l'okapi (questo cugino della giraffa rimasto a lungo sconosciuto ai naturalisti).

Homo sapiens : non più grande, ma più rotondo

Spazio alla nostra specie, che entra in scena circa 300.000 anni fa. I suoi anziani sono stati dissotterrati in Marocco. Il sito si chiama Jebel Irhoud e i volti trovati lì ci sembrerebbero quasi familiari. Da allora, il volume del cervello è curiosamente rimasto quasi invariato. Sapiens ha preso un'altra strada, più economica: riorganizzare piuttosto che ingrandire.

Concretamente, il nostro cervello è diventato più rotondo (si parla di globularizzazione) con protuberanze marcate sulla parte superiore e sui lati del cranio: le protuberanze parietali. Quanto al cervelletto, quella piccola massa piegata situata nella parte posteriore del cranio, occupa da noi uno spazio relativo senza pari tra tutti gli ominidi. Tuttavia, non gestisce solo la coordinazione dei gesti: interviene nel linguaggio (che produce fino a quattro suoni al secondo), nell'attenzione, nei circuiti della ricompensa e nelle nostre relazioni con gli altri.

Questa modellazione rotonda avviene nel neonato nei primi dodici mesi. Il piccolo Neandertaliano non passava di lì. Anche lui aveva guadagnato ampiezza nella parte anteriore del cervello, ma la sua scatola cranica manteneva una silhouette allungata, larga e bassa.

I geni conservano traccia di queste differenze. Il gene FOXP2, legato al linguaggio, porta in noi la stessa mutazione che nei Neandertaliani: la differenza dipenderebbe quindi meno dal gene stesso che dal modo in cui è regolato. Alcune porzioni del nostro DNA sono state persino ripulite da ogni eredità neandertaliana (come se la selezione naturale avesse fatto pulizia), in particolare attorno ai geni che servono al cervello. E varianti neandertaliane situate vicino ai geni UBR4 e PHLPP1 rendono il cervello... meno rotondo!

Un bambino nato con un cervello incompleto

Un neonato umano arriva al mondo con circa un quarto del volume cerebrale che avrà da grande. È molto poco: un cucciolo di scimpanzé parte con circa il 40% del suo, e un neonato di macaco ha già fatto gran parte del cammino. Da noi, la maggior parte del lavoro viene quindi svolta dopo il parto.

Risultato: una volta uscito dall'utero materno, il nostro cervello quadruplica di volume mentre quello dello scimpanzé cresce meno e si ferma prima. Un vero cantiere a cielo aperto!

I biologi hanno una parola per questo: l'uomo è una specie altriciale secondaria. Traduzione: una cucciolata spesso ridotta a un unico bambino, che vede e sente fin dalle sue prime ore, ma che rimarrà a lungo incapace di cavarsela da solo. Confrontate con il giovane gnu, capace di correre fin dal primo giorno... Il piccolo d'uomo, invece, avrà bisogno di molti anni di attenzione prima di spiccare il volo da solo.

Perché nascere così presto? Due dilemmi

La prima spiegazione è meccanica. L'antropologo Washburn l'ha riassunta con il nome di dilemma ostetrico: per camminare bene su due gambe, è necessario un bacino stretto, ma per partorire un bambino con una testa grande, sarebbe necessario il contrario. Gli specialisti attuali sfumano: ciò che limita soprattutto il passaggio è la stazione eretta e il pavimento pelvico (quei muscoli che sostengono gli organi dell'addome inferiore).

Conseguenza: un parto complicato. Per uscire, il bambino deve flettere la testa e ruotare di un quarto di giro. La prova è stata a lungo temibile: nella Francia del XVIII secolo, circa una nascita su venti costava la vita alla madre, e il cesareo è rimasto quasi sempre mortale fino alla fine del secolo successivo.

La seconda spiegazione è energetica: nessuna madre potrebbe nutrire, nel suo ventre, un feto il cui cervello sarebbe già quasi maturo. Tuttavia, la placenta umana fa il massimo. Molto invasiva, attinge senza contare per nutrire il cervello in formazione. Il rovescio della medaglia: il parto espone la madre a un'emorragia.

Vent'anni per crescere

Nell'essere umano, la crescita si estende per circa vent'anni e segue un ordine ben preciso: prima il cervello, poi i denti da latte sostituiti successivamente dai denti permanenti, infine il corpo. Quest'ultimo cresce lentamente durante l'infanzia prima di subire una forte spinta nell'adolescenza.

Perché un tale allungamento? Senza dubbio perché il cervello in fase di sviluppo attinge per primo dal budget energetico. Subito dopo la nascita, già consuma una larga parte del metabolismo basale del neonato, e questa parte aumenta ulteriormente: verso i cinque anni, sfiora il 70%! Il resto del corpo deve aspettare il suo turno.

Alcuni specialisti confrontano questa strategia a un mutuo immobiliare: si diluiscono i rimborsi su un periodo molto lungo. Ma per sostenere la durata, è necessario un ambiente stabile e un gruppo capace di produrre più energia di quanta ne consumi per nutrire questi bambini così a lungo dipendenti.

Un cervello che si collega lentamente

Nei bambini molto piccoli, è soprattutto la materia bianca a far gonfiare il cervello. Essa corrisponde alle fibre nervose circondate da mielina, una guaina grassa che accelera la circolazione dell'influsso nervoso (un po' come l'isolante attorno a un cavo elettrico).

Parallelamente, il bambino crea connessioni in sovrabbondanza (le sinapsi, che collegano i neuroni tra loro), poi il cervello fa selezione e elimina quelle che servono poco. Da qui le finestre di plasticità: la visione si regola durante un periodo che si chiude intorno ai sette anni, e una lingua straniera si impara facilmente fino all'adolescenza.

Nel chimpanzé, la mielinizzazione si ferma intorno ai dodici anni, mentre in noi si prolunga fino ai giovani adulti. Si crea così un circuito: una lunga infanzia consente un pensiero più complesso, che a sua volta permette di formare gruppi capaci di allevare bambini a lungo dipendenti. E per stabilire questo calendario, sono bastate alcune mutazioni, soprattutto nei geni che regolano la durata e la velocità di produzione del cervello.

I denti, diario intimo dei fossili

Come conoscere l'infanzia di un individuo morto centinaia di migliaia di anni fa? Grazie ai suoi denti! A differenza dell'osso, lo smalto non si rinnova: conserva intatto il registro dei primi anni di vita.

Il principio è piuttosto semplice. Lo smalto si deposita in strati segnati da sottili linee (le strie di Retzius) che appaiono all'incirca ogni otto o nove giorni negli ominidi (a un ritmo un po' più serrato nei grandi primati). Nella prima molare, una linea più marcata segnala il trauma della nascita: a partire da questo punto di riferimento, si contano le strie come gli anelli di un albero per datare ogni fase della crescita.

I risultati sono eloquenti. In due bambini afarensis, la maturazione è già lenta, anche se il loro cervello rimane al di sotto di quello di uno scimpanzé della loro età. Nei primi erectus, il ritmo si colloca ancora a metà strada tra quello delle scimmie antropoidi e il nostro: lo scheletro di Nariokotome (Kenya) aveva ossa da adolescente mentre i suoi denti indicano una morte intorno agli otto anni.

A Mousterian in Francia, un giovane neandertaliano è morto mentre i suoi ultimi molari stavano spuntando, segno di un'adolescenza più breve della nostra. Quanto al piccolo sapiens di Jebel Irhoud, i suoi denti sono cresciuti allo stesso ritmo di quelli di un attuale scolaro europeo.

Ciò che il nostro grande cervello dice di noi

Il nostro cervello non è uscito dal nulla. Si è costruito pezzo dopo pezzo nel corso di un tempo immenso, e ogni centimetro cubo guadagnato ha avuto un costo energetico. Se riassumiamo, diversi ingredienti avrebbero giocato insieme:

• un'alimentazione più ricca, con carne e midollo ottenuti grazie alle pietre scheggiate
• la corsa di resistenza e la caccia, che ci hanno resi predatori senza artigli
• la cooperazione e la condivisione, indispensabili per nutrire un organo così costoso
• una nascita precoce seguita da un'infanzia molto lunga, durante la quale il cervello completa la sua costruzione
• infine, in Homo sapiens, una riorganizzazione piuttosto che un ingrandimento.

Inoltre, portiamo in noi la memoria dei nostri cugini scomparsi: gli eurasiatici portano un po' più del 2% di DNA neandertaliano e alcune popolazioni dell'Oceania fino al 6% di DNA denisoviano. Secondo alcuni ricercatori, ciò che ci distingueva da loro riguardava prima di tutto il comportamento sociale, molto più che la tecnica.

Desideri andare oltre? Durante la tua prossima visita a un museo di storia naturale, confronta i calchi dei crani: noterai rapidamente la forma rotonda del nostro rispetto al cranio allungato di Neandertal. E se sei genitore, guarda la lentezza dell'infanzia per quello che è: il prezzo della nostra intelligenza. Approfitta per introdurre i tuoi figli alle lingue straniere prima dell'adolescenza, finché il loro cervello è così predisposto!