La Naturaleza Humana

Alimentación y desarrollo encefálico en la evolución del linaje humano

  • Menéame0
Reconstrucción de Homo habilis

Figura 1. Reconstrucción de Homo habilis

Para que unos primates como los del linaje humano hayamos podido desarrollar y mantener un encéfalo tan grande como el nuestro, hemos debido sustituir las fuentes de alimento mayoritarias que utilizaban los primates de los que descendemos, por una dieta con una mayor presencia de carne. La razón es que el tejido encefálico es muy activo metabólicamente, y consume mucha energía.

Hace ocho o nueve millones de años, los homínidos de los que procedemos vivían en entornos selváticos y se alimentaban principalmente de materiales vegetales de difícil digestión y escaso rendimiento calórico. La progresiva pérdida de arbolado que experimentó el medio en que vivían hace unos 6 o 7 millones de años propició la aparición de homínidos cuyo modo de vida dejó de ser exclusivamente arborícola, ya que empezaron a hacer incursiones en el suelo. En esa transición, el espectro alimenticio de los homínidos del bosque seguramente cambió, incorporando productos vegetales propios del suelo como tubérculos, hongos y brotes tiernos.

La aparición del género Homo estuvo asociada a un cambio climático muy marcado, que provocó una importante pérdida de vegetación arbórea y a la extensión de una sabana más seca que la anterior y que los bosques cuyo terreno fue mermando. Las primeras especies del género Homo, H. rudolfensisH. habilis (hace unos 2,4 millones de años), se desenvolvían en un medio más abierto que sus antepasados australopitecinos y que los miembros del género Paranthropus, rama coetánea del linaje hominino que mantuvo la especialización herbívora y que finalmente acabó por extinguirse. Esas primeras especies de Homo eran de pequeño tamaño, pero fueron las que utilizaron los primeros útiles líticos, seguramente para acceder al interior de semillas de cáscara dura y el interior de huesos abandonados por los grandes depredadores. Así, la dieta de estos homininos era seguramente mixta, e incluía los frutos y ciertas hojas de los árboles, aunque también también empezasen a consumir más carne que sus antepasados, muy probablemente en forma de carroña que recuperaban de carcasas abandonadas por los depredadores. Fue seguramente Homo ergaster (hace algo menos de 2 millones de años) la primera especie del linaje humano que se asentó definitivamente en la sabana y que explotó, quizás mediante la técnica de caza de persistencia, los recursos cárnicos abundantes de ese medio. Esa dieta, con una importante proporción de carne, es la que ha prevalecido en el género Homo hasta la revolución del Neolítico, cuando se produjo un aumento importante en la presencia de cereales en la alimentación humana.

Reconstrucción de Homo ergaster

Figura 2. Reconstrucción de Homo ergaster

Hay autores que sostienen que fue esa transición dietaria que se produjo desde los homínidos de la selva y el bosque cerrado hasta los del bosque abierto y la sabana, la que permitió poder desarrollar un encéfalo de mayor tamaño. En algún momento, además, la cocción de los alimentos permitió optimizar la digestibilidad y con ello, mejorar el rendimiento calórico. A esta tesis se abonan los autores de un estudio de reciente publicación en el que se analiza la influencia que ejerce el tamaño corporal y el tiempo dedicado a alimentarse sobre el excedente energético con el que sostener el costoso metabolismo encefálico.

Figura 1

Figura 3. Relación entre la absorción calórica horaria y el tamaño corporal, para un conjunto amplio de especies de primates. La escala es logarítmica; por esa razón la función representada es lineal.

El análisis parte de la base de que la incorporación, -vía absorción-, de alimento es una función del tamaño corporal, pero no una función lineal, sino potencial. Y lo mismo ocurre con el gasto metabólico. Veamos esto con cierto detalle. La incorporación (absorción) de energía por hora de los primates aumenta con el tamaño corporal según una relación potencial del tipo EIN = a x Mb en la que EIN es la absorción calórica horaria (Kcal/h) y M la masa (Kg) del primate. La relación en cuestión es EIN = 25,35 x M0,526. Si se considera un tiempo de 10 h/día como el máximo que dedica una de estas especies a comer (es el tiempo máximo que destinan los gorilas, por ejemplo), la máxima absorción diaria de energía sería EIN = 253,5 x M0,526, y a otros tiempos corresponderían otros valores de absorción máximos diarios. Lo importante de esa relación es que la potencia (0,526), es inferior a la que relaciona el metabolismo (HBD) con la masa corporal (0,75), en una ecuación de la misma naturaleza (potencial): HBD = a x M0,75 [HBD en Kcal/día y M en Kg]. Todo esto quiere decir que la absorción de energía aumenta con el tamaño de los primates, pero aumenta en menor medida que el gasto metabólico. Y por ello, a partir de un cierto tamaño, el gasto (HBD) sería superior a la absorción (EIN) por lo que ese sería el tamaño máximo alcanzable por las especies de este grupo. El tamaño máximo alcanzable de un animal que destinase 10 h diarias a comer sería 313 Kg, y 116 Kg si dedicase 8 horas diarias a esa tarea. Se asume, lógicamente, que la disponibilidad de alimento no es un factor limitante o que, si lo es, se traduciría en diferentes tiempos de alimentación.

Para avanzar en el tratamiento de esta cuestión, los autores del trabajo dividen el gasto metabólico del organismo en su conjunto en dos componentes, el gasto corporal (HBD) por un lado, y el gasto del encéfalo (HBR) por el otro. Como es un órgano muy activo, el encéfalo gasta, en proporción, bastante más energía que el resto de los tejidos, y de acuerdo con estudios recientes, ese gasto es estrictamente proporcional al número de neuronas que contiene. De hecho, han concluido que la relación entre el gasto metabólico encefálico (HBR) y el número de neuronas (N) es la siguiente: HBR = 6 x 10-9 x N. Y por otro lado, el gasto metabólico del cuerpo es HBD = 70 x M0,75. La suma de esos dos términos (HBR+ HBD) es el gasto metabólico total. Cuando el balance energético está equilibrado, la suma HBR+ HBD ha de ser igual a EIN, por lo que HBR = EIN – HBD. A partir de esa igualdad, y considerando diferentes tiempos de alimentación para calcular EIN y sustituyendo en las ecuaciones de EIN y HBD los valores de masa que nos interesen, podemos estimar el número de neuronas que puede mantener un primate de una determinada masa a partir de la cantidad de horas que dedica a comer al día.

El efecto del tamaño (masa) corporal sobre el número de neuronas que puede mantener un primate es complejo. Cuando los primates son muy pequeños, el número máximo de neuronas que se pueden mantener aumenta rápidamente al elevarse el tamaño, pero una vez alcanzado un valor crítico, el aumento en el tamaño del primate hace que los incrementos de masa den lugar a números máximos de neuronas decrecientes. Esto puede parecer paradójico, pero tiene una lógica clara. El balance entre la absorción y el gasto de energía aumenta con el tamaño de los animales muy rápidamente hasta que se alcanza un máximo y, a partir de ese máximo, empieza a disminuir; eso es una consecuencia del modo en que dependen la absorción de energía y el gasto metabólico del tamaño corporal (tal y como hemos visto antes). Dado que las neuronas son altamente demandantes de energía metabólica, cuanto mayor es el excedente energético de un animal (la diferencia entre absorción y gasto de energía), mayor será el número de neuronas que puede mantener. Y por lo tanto, ese número máximo variará exactamente igual a como varía el balance energético.

Pero esa relación se ve afectada por la absorción de energía, absorción que depende, a su vez, del tiempo que dedica un primate a alimentarse. En general, cuanto mayor es el tiempo de alimentación, mayor es el número máximo de neuronas que puede mantener un primate; pero ese efecto es mucho más acusado cuanto mayor es el tamaño corporal.

Con las ecuaciones presentadas antes los autores del trabajo han realizado una serie de simulaciones, cuyas conclusiones se comentan a continuación.

Figura 2

Figura 4.

Las curvas de la figura 4 representan la variación del número de neuronas que puede mantener un primate en función del tamaño corporal, para diferentes tiempos dedicados a alimentarse. La figura indica bien a las claras que, por ejemplo, para que un primate de 120 kg pueda mantener neuronas, debe dedicar a alimentarse al menos 8 h diarias; con un tiempo menor no obtendría un excedente energético de la suficiente magnitud.

Figura 3

Figura 5.

Las curvas de la figura 5 indican cómo varía, en función del tamaño corporal, el tiempo que han de dedicar los primates a alimentarse para poder mantener los números de neuronas que se indican junto a cada curva [120 B quiere decir 120.000 millones de neuronas]. Las líneas de trazos abarcan el rango de tamaños de las especies que se señalan, y están colocados en la curva que corresponde al número de neuronas que tienen sus encéfalos en realidad. Los tiempos de alimentación que se estiman para papión, orangután y gorila son realistas y concuerdan con las observaciones en la naturaleza. Los seres humanos, sin embargo, no dedicamos a comer tiempos tan prolongados. Por ello, puesto que los seres humanos dedicamos a comer muchas menos horas y, a pesar de ello, mantenemos un número enorme de neuronas (alrededor de 90.000 millones), del análisis se deduce fácilmente que el valor o rendimiento calórico de lo que comemos es muy superior al valor o rendimiento de los alimentos que ingieren el resto de primates.

Figura 4

Figura 6.

Las curvas de la figura 6, como las de la figura 4, representan la variación del número de neuronas que puede mantener un primate en función del tamaño corporal, para diferentes tiempos dedicados a alimentarse [la diferente apariencia de las figuras 4 y 6 se debe a que la escala de masas corporales son diferentes]. En esta figura se han insertado los puntos correspondientes a los diferentes grandes simios (en gris), y ocupan posiciones realistas, acordes a las observaciones realizadas en la naturaleza. También se han insertado (en negro) los puntos que corresponden a diferentes especies de homininos pertenecientes a los géneros Australopithecus, Paranthropus y Homo (salvo Homo sapiens, en el resto, los valores de número de neuronas y masa corporal son estimaciones). Como se puede observar, los tiempos de alimentación estimados a partir de las ecuaciones son muy prolongados para todos ellos, y muy especialmente para las especies posteriores a Homo ergaster (no incluida esta última en la figura), que fue la que, presumiblemente, completó la transición a la dieta rica en carne propia de la vida en la sabana. No parece muy verosímil que Homo erectus, H. heidelbergensis y H. neanderthalensis dedicasen a alimentarse tiempos tan prolongados como los que se estiman de los modelos. Y de Homo sapiens, más que sospecharlo, lo sabemos con seguridad.

En conclusión, lo que indican los resultados obtenidos de las simulaciones de este trabajo es que solo gracias al mayor rendimiento energético de los alimentos cárnicos que incluyeron las especies del género Homo en su dieta fue posible que obtuviesen excedentes energéticos de tal magnitud que les permitiesen mantener números de neuronas tan altos como han mantenido las especies anteriores a la nuestra y mantenemos los individuos de nuestra especie. Se podría decir, por lo tanto, que la dieta mixta con una presencia importante de elementos cárnicos, fue la que nos permitió desarrollar encéfalos de gran tamaño, con todo lo que ello ha supuesto para nuestra especie.

Fuente: Karina Fonseca-Azevedo y Suzana Herculano-Houzel (2012): “Metabolic constraint imposes tradeoff between body size and number of brain neurons in human evolution” PNAS 109 (45): 18571-18576

5 thoughts on “Alimentación y desarrollo encefálico en la evolución del linaje humano

  1. sergio alberto

    Excelente informe, de muy buen nivel cientifico, pero a la vez de divulgacion cientifica que es lo importante, debo leerlo mas detenidamente poder preguntar, gracias

  2. macgyver

    El cerebro humano es excesivamente grande y muy costoso en su funcionamiento, ya que consume el 18% de nuestro gasto de energía. Desde una perspectiva evolucionista, esto sugiere que debe haber habido importantes ventajas inmediatas por poseer un cerebro más grande que contrarrestó dicho gasto.

    Así llegamos a la pregunta: ¿por qué tenemos que ser tan inteligentes? Las respuestas a esta pregunta son muchas y variadas:

    1- Como bien has dicho, quiza para desarrollar una dieta rica en proteinas y variada, que a su vez requiere la capacidad de lenguaje y de una gran capacidad de memoria.

    2- La hipótesis por la que mas me inclino es que era que una preferencia sexual por los rasgos juveniles, y que nos llevó a la retención prolongada de estas características (neotenia) que a su vez permitió el desarrollo de un cerebro más grande, como un efecto secundario de un período más largo de crecimiento.

    3- Una idea influyente en los últimos años se conoce como la hipótesis de maquiavélica, que tiene sus orígenes en la obra de Richard Alexander. Sugirió que la principal presión evolutiva de los seres humanos para aumentar la inteligencia era la competencia con otras personas, en particular, la competencia sexual entre personas del mismo sexo. El argumento es por lo tanto, la función principal de comunicación animal para poder manipular a los demás, no sólo para difundir información, la capacidad para engañar y para detectar el engaño en los demás es muy importante para muchos animales sociales. Por lo que es razonable suponer que este principio subyace en la evolución de nuestra capacidad muy desarrollada de comunicación. Lo que es más, con el fin de ser realmente convincentes para los demás en nuestro engaño se hizo necesario desarrollar la capacidad para que las personas se autoengañen.

    Robert Trivers ha argumentado que este es el motivo por el que desarrollamos un subconsciente. En una línea similar Nicholas Humphrey sostuvo que la necesidad de adivinar las probables acciones de otras personas nos obligó a desarrollar la capacidad de imaginar lo que ocurre en la mente de los demás, una teoría de la mente, lo cual fue un factor clave en el desarrollo de la autoconciencia .

  3. Ricardo

    Y esta supuesta “evolución” nos ha llevado a acabar con todo en el planeta……somo el ser menos evolucionado porque no puede convivir ni con el mismo de su especie, menos con las demás, y luego lloramos por la sequía, inundaciones, y en general lo consecuente de un cambio climático generado por nuestros patrones actuales de consumo y producción, por continuar con esas estúpidas teorías de que somos el ser mas evolucionado por desarrollar un lenguaje propio que desconoce el lenguaje de la madre tierra.

  4. Luis

    Entonces, uno esperaría ver a un carnivoro o al menos otro omnivoro con gran masa encefalica o mayor neocortex por consumir mas carne y ser mas eficiente. Pero NO. En contraposición los grandes mamíferos herbívoros incluidos todos los grandes simios, tienen una gran masa encefálica y mas desarrollo de neocortex.. Contra todo esfuerzo, por explicar la moderna dieta carnívora existe tan solo, una solida evidencia fisiológica de la dieta predominantemente vegetariana e insectívora del homo sapiens . Es contraevidente el ejercicio especulativo de este articulo. que ese escuda en gráficas y estadísticas, Una ecuacion no es necesariamente ciencia o que conduzca a una conclusión. Puede ser solo un hallazgo pero en verdad no prueba NADA. Lo que esta claro es que somos en mandibulas, dientes , intestinos…. y endocrinologicamente herbívoros y que todas las civilizacione crecieron alrededor de un cereal. Solo muy recientemente (evolutivamente introdujimos la carne y aun no hacemos adaptación a esta dieta)) Las especies hominidas que mas se adaptaron a la dieta carnivora fueron extinguidas. Por ineficientes. Recuerda Cain mato a Abel

Deja un comentario

Tu dirección de correo electrónico no será publicada. Los campos necesarios están marcados *

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>