Correr y ser más listos (II): ¿un vínculo evolutivo?

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.

Una vez formulado el mecanismo, conviene detenerse a comprobar si en la naturaleza hay datos que avalen su existencia. La comparación intraespecífica sugiere que las variaciones poblacionales e individuales en las neurotrofinas y el tamaño encefálico están fuertemente correlacionadas con el desempeño de actividad física aeróbica.

Se ha observado, por ejemplo, que ratas pertenecientes a estirpes en las que los niveles basales de BDNF son más altos, corren durante más tiempo de manera voluntaria. El tamaño encefálico de gerbos adultos está correlacionado positivamente con la capacidad aeróbica máxima (VO2 max). Y en seres humanos se ha encontrado que un polimorfismo en el gen del factor VEGF está relacionado con la capacidad aeróbica máxima (en personas sin entrenar), y con una mejor respuesta metabólica al entrenamiento. Este conjunto de observaciones sugiere que si la selección actuó sobre el desempeño físico aeróbico, es probable que eso diera lugar a cambios en las neurotrofinas y factores de crecimiento circulantes, como consecuencia de lo cual, también habría aumentado el tamaño del encéfalo.

Un estudio interespecífico reciente ha dado sostén a esa hipótesis. Para un rango amplio de taxones de mamíferos, se ha observado correlación significativa entre tamaño encefálico y capacidad aeróbica máxima en animales no entrenados. Lo más probable es que esa correlación esté basada en diferencias en los niveles basales de VEGF, ya que ese factor regula la densidad muscular de capilares, que a su vez es factor determinante de la capacidad aeróbica. El problema es que, como es sabido, los estudios basados en correlaciones, ni son prueba suficiente de que haya relaciones funcionales ni, menos aún, sirven para demostrar la existencia de mecanismos evolutivos.

No obstante, sí se han realizado experimentos cuyos resultados proporcionan un cierto apoyo a la hipótesis formulada. En el primero se seleccionaron dos estirpes de ratas, una con alta capacidad física aeróbica y la otra con baja. Se observó que la selección de alta capacidad está asociada con efectos sobre los factores de crecimiento VEGF e IGF-1, tal y como predice el modelo. Las ratas de alta apacidad tenían mayor densidad de capilares musculares y mayores niveles basales de IGF-1. Pero es que, además, esas ratas dieron mejores resultados en los tests de capacidades cognitivas (memoria espacial) y aprendieron antes que las ratas de baja capacidad. Es importante precisar que las determinaciones se habían realizado en ratas no entrenadas.

En el segundo experimento se seleccionaron ratones de mayor y menor tendencia a correr voluntariamente. Las estirpes que más corrían lo hacían tres veces más que las que tenían menos tendencia. Esos ratones tenían una mayor capacidad aeróbica máxima, mayores niveles de BDNF tras varios días de correr voluntariamente, y en ellos se producía una mayor generación de células en el hipocampo. También era mayor el volumen de determinadas áreas encefálicas en los ratones seleccionados para correr voluntariamente que en los otros ratones. En síntesis, lo que estos experimentos indican es que la selección artificial de la habilidad atlética aeróbica tiene efectos significativos sobre el encéfalo.

Lo dicho en los párrafos anteriores se refiere a roedores, pero los seres humanos son otra cosa. Es evidente que no se puede evaluar la capacidad atlética de nuestros ancestros, pues se extinguieron hace tiempo. Pero en vez de eso, sí se han podido examinar otras variables relacionadas con la capacidad para la carrera de resistencia.

Así, en mamíferos, las presiones selectivas que actúan sobre esa facultad inciden de manera especial en la longitud de las extremidades traseras, pues cuanto mayores son, mayor es la velocidad que se puede desarrollar y menor es el gasto energético que genera la marcha y la carrera. Otra estructura anatómica de la que se considera que puede ser objeto de selección es el sistema de canales semicirculares de los oídos, pues son los órganos que perciben los movimientos de rotación angular de la cabeza, percepción esencial para coordinar los movimientos corporales de los que depende la estabilidad durante la carrera.

Normalmente, el diámetro de los canales está adaptado a la frecuencia de movimientos de la cabeza propia de cada especie, de manera que cuanto mayor es la frecuencia de esos movimientos, mayor suele ser el diámetro de los canales. Las especies del género Homo de las que se dispone de información presentan unos radios de los canales semicirculares anteriores y posteriores mayores que las de los antepasados (Australopithecus) y las de los grandes simios. Y esas diferencias se atribuyen a una mayor agilidad de movimientos de los seres humanos.

Relaciones funcionales

Tomando como punto de partida las consideraciones anteriores, se ha analizado la relación entre los cocientes de encefalización (EQ) y esas dos variables, la longitud de las extremidades posteriores y el radio de los canales semicirculares del oído. El coeficiente de encefalización es la ratio entre el tamaño encefálico de una especie o individuo y el tamaño encefálico esperable para un mamífero estándar del mismo tamaño. Para el análisis, la longitud de las extremidades y el radio de los canales ha de normalizarse para descontar el efecto del tamaño corporal. La correlación entre EQ  y longitud de las piernas fue de 0’93, y entre EQ y el radio de los canales semicirculares fueron de 0’77 para el canal anterior y de 0’66 para el posterior (todas altamente significativas).

En reumen, la evidencia encontrada para la relación evolutiva hipotética entre capacidad cognitiva y capacidad física aeróbica incluye: (1) datos intraespecíficos que vinculan capacidad aeróbica, tamaño encefálico, neurotrofinas y factores de crecimiento; (2) datos interespecíficos que muestran una relación entre la capacidad aeróbica y el tamaño encefálico; y (3) experimentos que ponen de manifiesto que la selección artificial de una mayor capacidad física aeróbica conduce a cambios neurológicos.

A partir de esos indicios los autores proponen una hipótesis según la cual, la neurobiología humana se vio afectada por nuestra adaptación a la carrera de resistencia ligada, a su vez, a la caza de persistencia. Con esto no pretenden que este fuese el único factor que determinó la emergencia de capacidades cognitivas sobresalientes. Con toda seguridad, presiones selectivas de naturaleza social y ecológica habrían jugado un rol esencial en la evolución de la neurobiología humana; pero es muy posible que la adaptación a la carrera de resistencia hubiese actuado favoreciendo esa evolución a través de mecanismos independientes.

La convergencia de diferentes mecanimos no supone que el proceso que condujo a la mejora de la actividad física aeróbica fuese adaptativo en lo que se refiere a las capacidades cognitivas. Pero muy probablemente sí fueron presiones que, en conjunto, seleccionaron una mayor capacidad para obtener alimento y, en consecuencia, elevaron el valor reproductivo de los individuos.

A estas alturas, y ante tantas y tantas explicaciones posibles de lo bien que le ha ido a nuestro cerebro, de lo muy capaces que somos de discurrir, y de demás portentos cognitivos, no tengo por menos que reconocer que a Irreductible no le falta razón. Hablando en serio, sospecho que es fútil la pretensión de atribuir a uno u otro factor o condicionante el modo en que ha evolucionado un órgano como el encéfalo; me inclino a pensar que más de un factor, de formas diversas y en ocasiones de modo sinérgico, ha ejercido su influencia en ese proceso.

Pero en todo caso me resulta sugerente la idea de que una parte de la neurobiología humana haya podido evolucionar como un subproducto de una capacidad física. Resulta irónica.

Fuentes:

D. A. Raichlen y A. D. Gordon (2011) “Relationship between exercise capacity and brain size in Mammals” PLoS ONE 6, e20601 (doi:10.1371/journal.pone.0020601)

D. A. Raichlen and 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)

J. Wikgren, G. G. Mertikas, P. Raussi, R. Tirkkonen, L. Ayravainen, M. Pelto-Huikko, L. G. Koch, S. L. Britton, H. Kainulainen (2012) “Selective breeding for endurance running capacity affects cognitive but not motor learning in rats. Physiol. Behav. 106: 95-100 (doi:10.1016/j.physbeh.2012.01.011)

5 Comentarios

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azzurroazzurro

A ver, no recuerdo el nombre, pero leí en un libro de Marvin Harris una teoría sobre la pérdida de neuronas en condiciones extremas (i.e.: la apnea de los cetáceos…y la carrera al sol de mediodía de los humanos). De esta manera, encéfalos mayores “en configuración de cluster” pueden permitirse excesos que encéfalos pequeños no pueden.

Nota para los no informáticos: un cluster en un conjunto de servidores que corren aplicaciones de manera que si uno de ellos falla, la aplicación sigue funcionando en otro.

Herpes simplexHerpes simplex

Buena entrada y muy bien explicado, incluyendo la crítica a la burbuja neurobiológica made Irreductible. Solo quiero añadir que la neurobiología es una ciencia y no un conjunto de habilidades cerebrales. Por eso creo que la frase “la neurobiología humana se vio afectada por nuestra adaptación a la carrera de resistencia ligada” y otras no son correctas. Creo que habría que decir: “Las capacidades cerebrales humanas se vieron afectadas (…)”. Y no tengo nada más que decir.

Juan Ignacio Pérez

Yo creo que esa es una interpretación muy restrictiva del significado del término “neurobiología humana”. ¿Dirías lo mismo de “la fisiología humana”? o ¿”La genética humana”? Según mi criterio, que puede ser erróneo, en todos esos casos el término (neurobiología, fisiología, genética, u otros) denomina tanto una disciplina como un conjunto de fenómenos propios del específico ámbito de estudio. En todo caso, gracias por la sugerencia.

juanjuan

Interesante, justo el razonamiento opuesto para mantener una hipótesis que se expuso en el encéfalo de las aves. Aunque ahí también se dijo que los mamíferos migratorios tienen menor tamaño de encéfalo (aunque migrar suponga un gran trabajo aeróbico y por tanto produzca posiblemente BDNF etc). La migración al mismo tiempo que es un gran gasto energético, como bien se ha descrito, es un gran estimulante de la actividad del encéfalo dado que se necesita gran memoria e integración sensorial (olfativa principalmente) para realizarla adecuadamente. Y se supone que factores como ejercicio aeróbico, desarrollo de memoria (espacial y temporal para la migración) e integración sensorial deberían repercutir en un encéfalo de mayor tamaño.
Quizás en unas especies hace una cosa el ejercicio aeróbico y la necesidad de recordar rutas etc…y en otras especies, hace otra cosa.
En el mismo texto sobre encéfalo de aves, se cuenta que las sedentarias tienen mayor encéfalo… entonces es posible que en el humano la agricultura y ganadería que mejoraron la alimentación, la reproducción y el desarrollo de herramientas y tecnología (de la época, claro) fueran en realidad los motores del tamaño del encéfalo. Y no así el ejercicio aeróbico por la caza por persecución?
Difícil cuestión, pues todo son hipótesis que igual sirven para explicar diferentes tamaños de encéfalo bajo condiciones parecidas.
salud y algo de vino tinto para pensar mejor! :-)

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