Correr y ser más listos (I): el mecanismo fisiológico

Sostiene Irreductible que los biólogos estamos creando una burbuja con las hipótesis para explicar la portentosa inteligencia humana, las impresionantes capacidades cognitivas de nuestra especie. Creo que no le falta razón. Se han propuesto hipótesis que invocan la condición social humana y lo importante que resulta el contar con una gran inteligencia para poder desenvolvernos con éxito en sociedades tan complejas como las nuestras (aquí). De hecho, la capacidad para manipular a los demás miembros del grupo ha sido esgrimida como razón de ser de la gran inteligencia humana por algún especialista.

El contexto ecológico en que surgió y evolucionó el género Homo también se ha invocado como factor determinante de las capacidades cognitivas humanas (aquí). Hace unos días, he leído en “El error del pavo inglés” (p. 162), de BioTay, que “el cerebro humano se seleccionó según algunos autores como un recordatorio de rutas, de caminos”. Y en esa lista no debe faltar la selección sexual; algunos autores, -del campo de la psicología evolucionista, para ser precisos-, también han acudido a esa forma de selección: según ellos, nuestros grandes encéfalos serían el resultado de que nuestros antepasados prefiriesen parejas reproductivas con ese rasgo y, en consecuencia, con grandes capacidades cognitivas (aquí).

Pero la burbuja no se limita a los factores que pueden haber actuado como presiones selectivas, sino también a los que, hipotéticamente, habrían permitido o posibilitado la evolución hacia grandes encéfalos. Así, hay autores que han propuesto que una dieta rica en ácidos grasos poliinsaturados resultó un requisito sine que non para poder construir un encéfalo de gran tamaño; sostienen, por ello, que ciertos frutos secos y el pescado hubieron de ser abundantes en nuestra dieta (aquí). También se atribuye a nuestra condición omnívora una parte importante del éxito, ya que el mayor consumo relativo de carne permitió obtener un aporte calórico y proteínas suficientes sin tener que dedicar grandes aparatos digestivos a la tarea (aquí). Así, según esa noción, lo que ahorramos en sistemas digestivos lo pudimos invertir en cerebros.

Y dentro de esa misma lógica de pensamiento, la coción de los alimentos también ha sido considerada elemento clave para la evolución encefálica humana, ya que facilita la digestión y asimilación del alimento y, con ello, permite minimizar el tamaño del aparato digestivo en una medida aún mayor (aquí). Seguramente se me quedará alguna otra hipótesis en el tintero, pero creo que con las presentadas hasta aquí ya es suficiente. Y es que, por lo que se ve, tenemos un concepto elevadísimo de nuestras capacidades, porque de otra forma difícilmente se entendería tanto empeño en intentar explicar el que “seamos tan listos”. Es como si no nos lo acabásemos de creer. Sí, creo que Irreductible lleva razón; esta es una burbuja que antes o después acabará por explotar.

Pues bien, por si las anteriores hipótesis no fueran suficientes, este mes se publica en la revista de la Royal Society (Proc. R Soc B) un artículo de D. A. Raichlen y J. D. Polk en el que proponen una nueva hipótesis concerniente a la evolución de la neurobiología humana. Y el factor considerado en este caso es el ejercicio físico aeróbico ligado a la caza de persistencia.

Quizás recuerde el lector dos artículos del pasado año (aquí y aquí) en Naukas acerca de la caza de persistencia y de las adaptaciones anatómicas y fisiológicas al desarrollo de tal actividad. Pues bien, esta nueva hipótesis tiene bastante que ver con lo que en aquellos artículos se trató. De forma muy resumida, baste con señalar aquí que muy probablemente la caza de resistencia y las adaptaciones que permitieron su práctica resultaron claves para el éxito de nuestra especie. Somos, según esa noción, homininos que se adaptaron a correr largas distancias en la sabana africana para así poder dar caza a grandes ungulados, y por ello contamos con condiciones excelentes para la carrera de resistencia y, en general, la actividad física aeróbica.

El caso es que en el artículo al que ahora hago mención  se propone que esa adaptación a correr largas distancias pudo resultar un factor decisivo en el crecimiento del encéfalo humano y en la adquisición de las capacidades cognitivas que nos caracterizan.

El encéfalo humano es tres veces más grande de lo que cabría esperar a tenor de nuestro tamaño corporal. En términos evolutivos, el crecimiento más pronunciado del encéfalo de los homininos se produjo en los comienzos del género Homo, y más en concreto, en la especie Homo erectus, a lo largo de un periodo en el que también se produjo un importante aumento en la actividad aeróbica de nuestros ancestros. Ese aumento de la actividad se manifiesta en características morfológicas ligadas a la capacidad para recorrer largas distancias, superiores a los 5 km. Por eso, es posible que exista una relación funcional entre los dos cambios, el del volumen encefálico y la capacidad para correr largas distancias.

Volúmenes craneales

La hipótesis formulada por Raichlen y Polk se basa en tres tipos de indicios. Está, por un lado, la relación observada entre la práctica de ejercicio físico aeróbico y la capacidad cognitiva en determinadas especies de mamíferos. Por otro están ciertos experimentos de selección artificial de estirpes mejor dotadas para la actividad física aeróbica. Y por último, tenemos la relación, en homínidos, entre rasgos anatómicos ligados a la carrera de resistencia y el índice de cefalización.

Sabemos que el ejercicio físico aeróbico protege y genera nuevas neuronas, eleva el volumen de ciertas estructuras encefálicas y mejora la cognición en humanos y otros mamíferos. Esas relaciones se producen en el curso de la vida de los individuos, en periodos de tiempo relativamente limitados. Son numerosos los estudios que sugieren que la actividad física aeróbica conduce a la formación de nuevas neuronas en algunas porciones del encéfalo adulto en roedores. Por otro lado, la neurogénesis inducida por la actividad física aeróbica tiene un impacto importante en las funciones cognitivas. La memoria y el aprendizaje espacial mejora con la actividad física en algunos monos y en roedores. En la especie humana se han encontrado correlaciones positivas entre las dimensiones de determinadas estructuras encefálicas y el desempeño físico aeróbico, y en niños de edad escolar y en jóvenes, la actividad física está positivamente correlacionada con diferentes capacidades cognitivas.

Al parecer, la relación entre el ejercicio físico aeróbico por un lado, y fenómenos biológicos observados en tejido encefálico (neurogénesis, neuroprotección) y mejoras cognitivas, por el otro, se produce gracias al concurso de neurotrofinas y factores de crecimiento. Las neurotrofinas son proteinas que intervienen en el desarrollo y mantenimiento de nuevas neuronas, y regulan la estructura y actividad neuronal. El factor neurotrófico derivado del encéfalo (BDNF) es una de las más importantes de entre las implicadas en la neurogénesis inducida por la actividad física. Su nivel se eleva en respuesta al ejercicio físico aeróbico, tanto en roedores como en seres humanos, y se sabe que mejora la supervivencia neuronal.

Por otro lado, la concentración de otros dos factores de crecimiento (IGF-1 y VEGF) también se eleva como consecuencia de la actividad física, y ambos ejercen efectos en en la neurogénesis. El nivel de esos dos factores de crecimiento se eleva en los tejidos musculares en respuesta a la actividad física aeróbica, y estimulan el crecimiento y reparación de los tejidos y de los vasos sanguíneos; de esa forma mejoran el suministro de oxígeno a los tejidos y, por lo tanto, la actividad aeróbica. Además, tanto el BDNF como el IGF-1 favorecen el metabolismo muscular de los lípidos y el metabolismo de la glucosa. Dado que estos factores de crecimiento atraviesan sin dificultad la barrera hematoencefálica, su producción periférica en respuesta a la actividad física puede acabar teniendo efectos neurogénicos o neuroprotectores en el sistema nervioso central.

Pero una cosa es que exista un mecanismo mediante el que la actividad física aeróbica incida positivamente en el funcionamiento del encéfalo en el curso de la vida de un mamífero, incluidos los seres humanos, y otra, muy diferente, que pueda establecerse un vínculo entre el desarrollo encefálico y cognitivo y la adaptación al desarrollo prolongado y eficiente de actividad física aeróbica. Lo que hacen Raichlen y Polk es proponer un modelo que explicaría ese vínculo.

Hay evidencia experimental sólida en mamíferos (roedores) a favor de la noción de que las neurotrofinas y factores de crecimiento ejercen una función importante en el desarrollo encefálico. Por razones obvias, no hay tales evidencias experimentales en humanos, pero sí hay observaciones que apoyan el mismo fenómeno. Pues bien, de acuerdo con el modelo propuesto por los autores, los factores selectivos que han actuado sobre el metabolismo aerobio y el transporte de oxígeno, -mejorando así la capacidad para desarrollar actividad física aeróbica-, habrían elevado el nivel basal de los factores de crecimiento y neurotrofinas implicadas, algo que se ha observado en individuos entrenados. Y resulta que esa elevación, de haberse producido de ese modo, habría conducido a un mayor crecimiento encefálico durante el desarrollo de los individuos adaptados a actividades de resistencia.

Hasta aquí he planteado los términos generales de la cuestión y presentado el mecanismo que, hipotéticamente, habría permitido la existencia del vínculo entre actividad física aeróbica y desarrollo encefálico. En la segunda parte veremos las evidencias de orden experimental y basadas en la anatomía comparada que apoyan la hipótesis presentada.

Este artículo tiene una segunda parte que puedes encontrar aquí.

Fuentes:

C. W. Cotman, N. C. Berchtold y L. A. Christie (2007): “Exercise builds brain health: key roles of growth factor cascades and inflammation” Trends Neurosci. 30: 464-472 (doi:10.1016/j.tins.2007.06.011)

C. H. Hillman, K. I. Erickson y A. F. Kramer (2008): “Be smart, exercise your heart: exercise effects on brain and cognition” Nat. Rev. Neurosci. 9: 58-65 (doi:10.1038/nrn2298)

D. A. Raichlen y J. D. Polk (2013): “Linking brains and brawn: exercise and the evolution of human neurobiology” Proc. R. Soc. B 280 (doi:10.1098/rspb.2012.2250)

13 Comentarios

Participa Suscríbete

PocoséPocosé

Pues yo humildemente me inclino a pensar, que la morfología humana,tanto de la dentición, de la mano, de la marcha, del cerebro-cráneo, del lenguaje, e incluso de las habilidades sociales, con quien está mas intima y progresivamente relacionada, es con la paulatina e irreversible dependencia de nuestros antecesores con el uso de herramientas.
Y probablemente:
– Caminaron erguidos para poder transportar las primeras herramientas encontradas al azar, palos, huesos, cuernos, lascas, etc. cortantes, punzantes o eficientes para golpear, así como trozos de piel o grandes hojas vegetales donde transportar herramientas o excedentes alimenticios.
– Desarrollaron las habilidades manuales progresivamente, dada la ventaja que les supuso el uso de herramientas, hasta llega a fabricarlas ellos mismos.
– Dejaron de necesitar una potente dentición ya que podían machacar cortar y mas tarde con la herramienta fuego incluso cocinar los alimentos.
– Fueron paulatinamente aumentando la diversidad de su lenguaje a medida que aumentaba su dependencia del uso de herramientas par poder trasmitir los conocimientos adquiridos ya que estos no tenían nada de instintivos.
– Entonces aquellos grupos (quizás ya tribus) que mas y mejor dotados estuvieran de herramientas, y mas hábiles fueran tanto en su uso, en el adiestramiento de los infantes y en la coordinación grupal, mas eficaces serian.
– Tanto la habilidad manual, el lenguaje, como las habilidades sociales, si que serian favorecidas por el incremento tanto del tamaño como de la maleabilidad del cerebro.
– Por ultimo la competencia entre estas ya tribus, por los mejores recursos, llegaría a ser incluso mas decisiva que la presión del medio.
– Y la selección natural, moldeándolo todo en base de la eficiencia ante la competencia y la adaptabilidad ante los cambios goeclimaticoecológicos, aspectos donde sin duda las herramientas tuvieron un papel importante.

Milú el BárbaroMilú el Bárbaro

En general seguramente sea una suma de todas las cosas, simplemente. Por todo y por nada.

Subotai Ba'aturSubotai Ba'atur

Lo de que el “hombre”, saliese de la zona del Valle del Rift y que los mejores corredores de fondo sean etíopes (o de la zona), es simple casualidad, no?

MIGUELMIGUEL

Hola,yo no entiendo mucho de esto ,pero creo que cuando el hombre dejo de correr (huir), empezo a pensar (o se lo comian),pero pudo ser al contrario,cuando empezo a pensar,dejo de correr,
y los demas animales empezaron a correr (huir) lejos de el, o se los comian.
En la naturaleza el que domina no corre, es el dominado el que corre .
Lo que esta claro es que el hombre dejo de correr.
Un saludo y gracias.

semaolvidaosemaolvidao

No estoy de acuerdo: ¿el guepardo no corre? ¿los leones (leonas) no corren? De hecho, tienen que correr más que el que huye.

En el caso de hombre sucedería lo mismo: al no poder correr más rápido, pues no es nuestro fuerte, tendría que correr más tiempo. Y eso sí que se nos da bien.

juanjuan

jejeje, está bien lo del guepardo y el león… pero eso no coincide con la forma de caza de los humanos primigenios,… que lo hacían más en forma “hiena” “lobo” y otros depredadores en grupo… es decir correr en grupo “como amenaza importante ya que el individuo no tendría éxito como en el caso de un león”…. pero la fisiología de un guepardo o un león no es de correr larga distancia, es más de carrera rapidísima por cosa máxima de un minuto… así que no es el mismo modelo.

finalmente, lo interesante es que una vez que esta hipótesis fuera real, ¿luego qué pasó?: El humano corre, se hace más inteligente y entonces desarrolla la ganadería para no tener que correr?? :-).

el paso intermedio sería que persiguiendo a los grandes herbívoros, primero se hizo dependiente de las estaciones y especie migratoria (persiguiendo sus presas) …luego aprendería que estar en un lugar por el cual pasaran las migraciones de herbívoros dos veces al año… sería suficiente para mantenerse….

pero, que tipo de presión del entorno y selección actúa para que un factor que no es genético, como es hacer ejercicio e hipertrofiar los músculos o generar BDNF para el sistema nervioso pasa a la descendencia?
en la siguiente parte de este tema se habla de que la correlación entre dos factores no tiene que significar causalidad…
como se expresa anteriormente por otro participante “pocosé” y en la segunda parte, son demasiados factores para apuntar a uno solo.
salud

MIGUELMIGUEL

Hola,semaolvidao,el guepardo corre no piensa (confia solo en sus genes),la leona espera (a que su

presa este cerca) y piensa ,colaboran con otras leonas,(menor gasto de energia,mas rendimiento).

El hombre espera (a su presa) y piensa,colabora con otros hombres,(menos gasto de energia,mas
rendimiento).

El hombre caza a otro hombre,espera (la guerrilla les tendió una emboscada).

El pensamiento no es un esfuerzo fisico,sino mental (que puede agotar mas que el fisico)
pero sus resultados son mucho mejores.
Un saludo y gracias por hacerme pensar.

juanjuan

quién te ha dicho que el guepardo no piensa? conoce sus recursos y los explota. La estrategia de correr a tope en corto tiempo le funciona… de otra forma estaría extinguido ya…
El movimiento del guepardo, el de la leona y el del humano lo ordena el cerebro, sin cerebro, o mejor dicho, sistema nervioso no hay movimiento voluntario que responda a estímulos externos.
Por tanto, el hecho de que el origen del movimiento sea el propio sistema nervioso hace pensar que quizás, por eso, generar movimiento sea beneficioso para el propio sistema, antes que la actividad muscular aparece la actividad neuronal, cosa que quizás hay que tener en cuenta en la hipótesis que aquí se propone sobre ejercicio y cerebro. El ejercicio se inicia y termina en el cerebro.

Eur J Appl Physiol. 2003 Oct;90(3-4):411-9. Epub 2003 Jul 19.
Exercise starts and ends in the brain.
Kayser B.
Source
Faculty of Medicine, University of Geneva, Switzerland. bengt.kayser@medecine.unige.ch
Abstract
Classically the limit to endurance of exercise is explained in terms of metabolic capacity. Cardio-respiratory capacity and muscle fatigue are thought to set the limit and the majority of studies on factors limiting endurance exercise discuss issues such as maximal oxygen uptake (VO2max), aerobic enzyme capacity, cardiac output, glycogen stores, etc. However, this paradigm does not explain the limitation to endurance exercise with large muscle groups at altitude, when at exhaustion exercise is ended without limb locomotor muscle fatigue and with sub-maximal cardiac output. A simple fact provides a basis for an explanation. Voluntary exercise starts and ends in the brain. It starts with spatial and temporal recruitment of motor units and ends with their de-recruitment. A conscious decision precedes a voluntary effort. The end of effort is again volitional and a forced conscious decision to stop precedes it, but it is unknown what forces the off-switch of recruitment at exhaustion although sensation of exertion certainly plays a role. An alternative model explaining the limitation of exercise endurance thus proposes that the central nervous system integrates input from various sources all related to the exercise and limits the intensity and duration of recruitment of limb skeletal muscle to prevent jeopardizing the integrity of the organism. This model acknowledges the cardio-respiratory and muscle metabolic capacities as prime actors on the performance scene, while crediting the central nervous system for its pivotal role as the ultimate site where exercise starts and ends.

MIGUELMIGUEL

Hola juan,que parte del guepardo es instinto,aprendido de sus padres o de cosecha propia,eligen al mas
pequeño,debil o herido,saben cuando tienen que empezar a correr y cuando parar,saben que animal pueden
cazar y cual no,tiene cerebro (no es un contrapeso para la cola),luego tiene inteligencia y puede aprender.
Un amigo hace muebles para Arabia Saudi,y me comento que un cliente tiene como animal de compañia un guepardo,
seria tonto por mi parte pensar que no piensan (lo tienen todo para poder pensar).
Pueden un animal especializado solo en su velocidad para sobrevivir, con su inteligencia y su pensamiento,
sobrevivir a un cambio muy brusco del medio donde vive,por ejemplo en la selva amazonica.
Le seria mas facil a un hombre,sin casi instinto,poca velocidad,poca fuerza,no especializado en nada pero
con una gran capacidad (rapidez) de adaptarse al medio y lo que es mejor,adaptar el medio a el.
Juan,yo no se ingles (mi capacidad de adaptarme es pequeña,seguro me extingo),pero lo traducire con
elmundo.estraductor.
Un saludo y gracias

Ramona Hickman

Veo a mucha gente perdida con estos temas. Correr no aumenta la celulitis, puede que no la disminuya si no se entrena correctamente, pero por supuesto que no la aumenta. Cuando iniciamos una actividad deportiva nuestros musculos se adapata, y normalmente suelen crecer, es posible que la primera semana incluso se suba de peso, ya que la fibra muscular pesa mucho mas que la grasa, despues de tonificar los musculos las primeras semanas se empieza a perder mas grasa, ya que la masa muscular ha crecido y necesita mas energia. Es importante cuando se entrena para perder grasa corporal no pasar los umbrales de esfuerzo, para que la grasa se metaboliza es necesario oxigeno, si estamos corriendo y no respiramos correctamente y vamos muy subidos de pulsaciones puede que no perdamos ni un gramo de grasa, aumentara nuestra capacidad aerobica pero no perderemos nada. Es mejor caminar si no se esta en forma que correr, y lo importante es el tiempo que se esta no la intensidad, es mejor la baja intesidad y estar mas de 30 minutos, que correr 12 a todo lo que da uno. Y otra cosa que he leido por ahi y que se dice mucho, es que el musculo se convierte en grasa. Los musculos no se convierten en nada, simplemente ante la falta de ejercicio los musculos pierden fibras y el acumulo de grasa crece, pero no son las fibras las que se convierten en grasa. Y otra cosa muy muy importante es no dejar de comer, si nos saltamos comidas nuestro metabolismo se ralentizara y esto implica menos consumo energetico y que se reserve mas energia. Hay que tener en cuenta que cuando comemos tambien gastamos energia al digerir los alimentos. Mi ultimo consejo es la constancia, es un trabajo de a largo plazo y diario, hay que hacer del ejercicio al rutinario y la buena alimentacion algo comun, no solo una dieta para adelgazar.

AitorAitor

Siento que todo esto expresa una arcaica visión Lamarcquiana de la evolución. Parecemos olvidar que la evolución se da por mutaciones accidentales y al azar que de pura casualidad benefician al portador ayudandole a sobrevivir mejor en su medio y por ello se transmiten a las siguientes generaciones. No es al revés. Primero desarrollamos el encéfalo más grande por una mutación accidental y dadas las condiciones ambientales eso ayudó a sobrevivir y por eso lo heredamos.

De la forma que lo ponen aquí parece al revés, que las condiciones ambientales fueron las que llevaron al desarrollo del encéfalo sin mencionar el mecanismo de selección natural como verdadero catalizador de ello. Como si el correr detrás de un elefante para cazarlo hiciera que el ADN mutara por arte de magia exactamente como debe para mejorar la cacería y asi se transmitio a la siguiente generación. Y esa visión de la evolución murió con el descubrimiento de Mendel.

juanjuan

Aitor, creo que tienes parte de razón. Y apuntas a lo mismo que yo expreso arriba en otra de mis intervenciones. Pero, además es que quizás la clave para tu cuestión está en la segunda parte de este artículo. Ya que se explica que el comportamiento de la caza de resistencia no es un factor determinante entre los muchos posibles para la evolución en nuestra especie, ni siquiera es algo de transmisión genética (eso es imposible). Es una transmisión por aprendizaje (cosa que caracteriza también a nuestra especie aunque pasa en también otras), algo cultural, de manera que esa mejora de acceso a alimentos refuerza la supervivencia de los individuos y las sociedades que la desarrollasen. Siendo por tanto una presión positiva para la consolidación de estos individuos. Ahora bien, claramente lo que un individuo aprende no es transferible genéticamente, como no lo es la masa muscular ganada en el gimnasio, o las neuronas generadas en etapa adulta o las conexiones sinápticas, en un individuo determinado no garantizan que su descendencia sufra el mismo fenómeno.
Posterior a la caza y recolección que requería altos niveles de ejercicio físico, llegó la agricultura y ganadería, y el humano siguió evolucionando. Y la agricultura y la ganadería no se transmiten genéticamente, se transmiten culturalmente y se estabilizan, y los grupos que las desarrollan prevalecen sobre los recolectores y cazadores.
En resumen, es posible que algunos factores que suponen una presión evolutiva sean culturales en vez de genéticos (aunque la base genética que determina las estructuras cerebrales y sus cambios y mejoras es necesaria!). en ese sentido, como muy bien expone V Ramachandran la genética nos provee de neuronas espejo que quizás estén ligadas a una capacidad de aprendizaje mayor y por tanto un desarrollo cultural y transmisión de conocimiento mayor. Pero la transmisión de conocimiento no es genética, y sin embargo es clave para la evolución humana. Bueno, espero qeu el vídeo te lo aclare más, pues Ramachandran llega a proponer que es un factor lamarckiano.
salud!!

http://www.ted.com/talks/vs_ramachan...zation.html

2 Trackbacks

[…] En la primera parte de esta anotación se presentó la hipótesis en virtud de la cual existe un vínculo evolutivo entre la adquisición de la capacidad para correr grandes distancias y el desarrollo encefálico y cognitivo propio de la especie humana. También se presentó el mecanismo que, hipotéticamente, habría permitido la existencia del vínculo entre actividad física aeróbica y desarrollo encefálico. […]

Deja un comentario

Tu email nunca será mostrado o compartido. No olvides rellenar los campos obligatorios.

Obligatorio
Obligatorio

Puedes usar las siguientes etiquetas y atributos HTML: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>