Perché gli umani restano bambini così a lungo? Questione di zucchero e cervello

Il picco di consumo cerebrale di glucosio a 5 anni, il minimo durante l’adolescenza

[1 Settembre 2014]

Tra i mammiferi, i primati crescono generalmente in modo meno veloce degli altri animali e tra tutti loro la crescita più lenta spetta proprio a noi: l’Homo sapiens sapiens, la specie che passa più tempo tra l’infanzia e l’adolescenza prolungando quella fase in cui veniamo definiti bambini. Per spiegare questo fenomeno sono state fatte diverse ipotesi: come quella fisica che le madri dopo lo svezzamento non sarebbero in grado di fornire le calorie necessarie ai loro bambini se crescessero troppo velocemente, oppure culturali, dovute alle tecniche complesse delle quali avrebbero bisogno gli Homo sapiens per sopravvivere e quindi al lento apprendimento culturale del quale hanno bisogno per essere adulti esperti. Ma il terzo scenario che gode il favore di molti biologi è quello del “cervello costoso” e del compromesso energetico.

Come spiegaPierre Barthélémy su Le Monde: «La strutturazione del nostro enorme cervello (il più grosso del mondo dei mammiferi se si rapporta la sua massa a quella di un individuo) durante l’infanzia necessita di una tale quantità di energia che l’organismo sarebbe obbligato a fare da arbitro, a fare delle scelte nella distribuzione del carburante che è il glucosio, a privilegiare la materia grigia a detrimento della crescita corporea».

Proprio di questo si occupa lo studio “Metabolic costs and evolutionary implications of human brain development”, pubblicato da un team di ricercatori statunitensi su  Proceedings of the National Academy of Sciences (Pnas), che sottolinea che gli esseri umani «Crescono ad un ritmo che somiglia più a quello dei rettili che a quello dei mammiferi» ed anche se questa constatazione non è certo nuova fino ad ora si ignorava a cosa fosse davvero dovuta questa lunga e lenta infanzia umana.

Come scrive il team Usa su Pnas: «Per spiegare i tratti distintivi umani, tra cui la crescita pre-adulta eccezionalmente lenta e prolungata, sono stati ipotizzati a gli alti costi energetici dello sviluppo del cervello umano. Benché ampiamente assunto come vincolo per l’evoluzione della life-history, le esigenze metaboliche del cervello umano in crescita sono sconosciute». Per questo i ricercatori hanno messo insieme i dati PET (Positron emission tomography) –  una tecnica di imagining inserito nelle molecole di glucosio permette di visualizzare l’attività metabolica del cervello che, con l’aiuto di un marcatore debolmente radioattivo  medico – ed MRI (risonanza magnetica)  raccolti per calcolare l’utilizzo del glucosio da parte del cervello umano dalla nascita all’età adulta, confrontandoli con i dati della crescita corporea. «Abbiamo valutato la forza dei  trade-offs metabolici cervello-corpo utilizzando i coefficienti di assorbimento del glucosio cerebrale del resting metabolic rate (RMR) corporeo e il fabbisogno energetico giornaliero (DER – daily energy requirements) espressi in glucosio-gram equivalenti di (glucosio RMR% e glucosio DER%) – spiegano i ricercatori Usa – Abbiamo trovato che   il glucosio RMR% e glucosio DER% non ha un picco alla nascita (52,5% e il 59,8% di RMR, o il 35,4% e il 38,7% di DER rispettivamente per maschi e femmine), quando le dimensioni relativa del cervello è più grande, ma piuttosto durante l’infanzia (66,3% e il 65,0% di RMR e il 43,3% e il 43,8% dei DER). Sia la crescita corpo-peso (dw/dt) e sia il glucosio RMR% che il glucosio DER% sono fortemente, inversamente proporzionali: subito dopo la nascita, l’aumento della domanda di glucosio del cervello è accompagnata da riduzioni proporzionate nella dw/dt . L’età di picco della domanda di glucosio cerebrale e a più bassi dw/dt concorrono ed i susseguenti cali nello sviluppo nel metabolismo cerebrale fino alla pubertà sono coperti da aumenti proporzionali nel dw/dt» . Le conclusioni che «Il glucosio nel cervello umano esige un picco durante l’infanzia, e prova che il metabolismo cerebrale e il tasso di crescita del corpo co-variano inversamente durante lo sviluppo, supportano l’ipotesi che gli elevati costi dello sviluppo del cervello umano richiedono un rallentamento compensativo del tasso di crescita del corpo».

Infatti i dati raccolti dagli scienziati dimostrano che è a 5 anni che il cervello di un bambino assume più zucchero: 167 grammi al giorno per I maschi e 146 per le femmine, il che rappresenta quasi I due terzi del consumo del metabolismo di base a quell’età ed è circa il doppio di quanto glucosio il cervello brucerà quando quegli stessi bambini saranno adulti. Tutto questo non è in realtà sorprendente, visto che si sapeva già che a quell’età nel nostro cervello è in atto un’enorme proliferazione di connessioni tra i neuroni: i bambini imparano a gestire il corpo, il linguaggio, a stabilire collegamenti logici, a pianificare le loro azioni, insomma, a diventare piccoli esseri umani davvero senzienti.

Quindi a 5 anni il cervello umano è davvero goloso di zuccheri ed è proprio l’età nella quale la crescita dei bambini è più rallentata. Dopo la sua nascita un cucciolo di Homo sapiens sapiens cresce continuamente, ma sempre meno velocemente durante gli anni, una crescita che quasi si ferma verso i 5 anni per poi riesplodere ad una velocità a volte impressionante con la pubertà. Lo studio pubblicato su Pnas dimostra che il nostro cervello comincia a consumare meno glucidi quando riparte la crescita, il che conferma l’ipotesi del compromesso energetico: il cervello ha meno bisogno di calorie perché ormai la sua complicata costruzione è praticamente terminata e può quindi riattribuire risorse alla crescita del corpo. Il che spiegherebbe probabilmente anche molte delle stranezze comportamentali degli adolescenti, troppo impegnati a crescere per occuparsi di “rifornire” il cervello… ma questa è un’altra storia.

Ma se gli studi sembrano confermare lo scenario del cervello costoso, rimangono ancora delle domande senza risposta sulla maniera in cui si instaura questo meccanismo. Come scrive Barthélémy, «La caratteristica propria dell’Homo sapiens sapiens che è l’infanzia al rallentatoresi è installata nel corso dell’evoluzione dei suoi antenati, un’evoluzione segnata da diverse rivoluzioni energetiche. Che si tratti della bipedia, il modo di locomozione più economico in energia in rapporto alla  marcia a quattro zampe, dell’apporto di carne nel regime alimentare, della cottura degli alimenti, della caccia in gruppo con le armi, sono numerosi i fattori che hanno accompagnato – o favorito – l’inflazione del nostro cervello, senza che sia assolutamente possibile determinare il ruolo esatto di ciascuno di loro».

E’ esattamente il mistero della nostra evoluzione di esseri umani sul quale lavora la scienza che serve a renderci ancora più consapevolmente primati senzienti.