Anatomia e fisiologia

Perché il cervello è nella testa?

Nel regno animale, ovunque vi sia un cervello questo si trova nella testa dell’animale cui appartiene. Data la sua enorme importanza ci si aspetterebbe che l’evoluzione si fosse presa cura meglio di quest’organo al fine di proteggerlo con strutture più resistenti dello stesso cranio. Tuttavia vi sono altre cose del nostro corpo umano che non sembrano altrettanto logiche: respiriamo dalla stessa apertura che usiamo per mangiare, ci crescono più denti di quanti ne possano stare in bocca e il nostro apparato riproduttivo è molto vicino alla nostra “discarica”. Per capire perchè il cervello si trova sempre nella testa bisogna risalire la storia evolutiva che ha portato alla comparsa dei cervelli stessi nel regno animali, questo video di “It’s okay to be smart” e “BrainCraft” ci guida in questo percorso.

I primi animali comparsi sulla Terra non avevano cervelli, teste e nemmeno molte altre componenti che ritroviamo nei nostri corpi. Solo circa 550 milioni di anni fa sono comparsi i primi animali con simmetria bilaterale, distinguendosi da quelli di origine più antica a simmetria radiale. Un animale radiale, come le moderne meduse, possiede solamente due dimensioni: l’asse che separa il corpo dai tentacoli, che corrisponde a quello che separa la nostra schiena dal ventre, e l’asse che determina quanto il corpo cresce al di fuori del suo centro. Gli animali a simmetria bilaterale si trovarono con nuove dimensioni nelle quali potevano svilupparsi: oltre a poter svilupparsi in sopra e sotto e quanto al di fuori del centro potevano crescere potevano anche crescere dalla testa alla coda.

Ogni animale bilaterale utilizza lo stesso gruppo di geni per controllare come si organizza il suo corpo da capo a coda. Questi geni sono chiamati “Homeobox”, in breve “Hox” e possono dirigere l’espressione di centinaia di altri geni durante lo sviluppo dell’organismo, indicando all’embrione di formare la testa in un punto e la coda in un altro. Gli stessi geni Hox sono raggruppati nei cromosomi in una sequenza che segue lo stesso ordine delle parti del corpo che organizzano. Questi geni forniscono il piano organizzatore che viene usato per organizzare l’asse rostro caudale di tutti gli animali bilaterali: nematodi, rane, tardigradi, orsi, uomini, api ecc. Una differenza tra i geni Hox di un insetto, un topo o un uomo è il numero di geni esistenti nel reciproco genoma. Durante il percorso evolutivo alcuni di questi geni si sono duplicati, permettendo alle copie in eccesso di specializzarsi ulteriormente in nuove forme.

Con la nascita dei primi animali bilaterali il sistema nervoso si è modificato da una giungla di cellule ad una matrice più ordinata di neuroni e connessioni in grado di trasmettere informazioni tra gli estremi del corpo. Ancora però non vi era un vero sistema nervoso centrale, nessun cervello, nessun midollo spinale. Uno degli elementi che più ha contribuito alla centralizzazione di un sistema nervoso sono stati gli occhi. Avere gli occhi posizionati nella stessa estremità dalla quale si mangia è un vantaggio non da poco, data l’utilità di questa stessa estremità. L’evoluzione ha quindi portato a concentrare sulla stessa estremità oltre agli occhi anche una serie di altri organi di senso, favorendo l’accumulo di neuroni nella stessa zona processando in questa le informazioni raccolte. Questi eventi segnano l’inizio dell’organizzazione del cervello. Gli stessi occhi si sono evoluti più volte in diversi rami del regno animale. Con il tempo i sistemi nervosi sono diventati via via più complessi e con l’aumento delle capacità e dell’importanza di questi sistemi si sono evoluti animali con strutture in grado di proteggere i loro cervelli: i cordata. Più tardi, in animali nei quali occhi ed altri organi di senso sono diventati più importanti, i loro stessi cervelli sono diventati più potenti, importanti e pertanto era più vantaggioso proteggerli. Sono quindi emersi i craniata, animali dotati di cranio. Con l’irrigidimento dei crani si sono potute evolvere anche mascelle più forti e con mascelle più forti è anche diventato più importante avere estremità del corpo con le quali scappare o difendersi, sono così comparsi gli Gnathostomata. Dai primi animali che sono emersi dalle acque si sono evoluti animali estremamente diversi, dai dinosauri fino a cani e uomini. La loro struttura principale era infatti ormai codificata: Un cervello dentro un cranio posizionato all’estremità dove c’è anche la bocca e gli altri organi sensoriali.

Referenze:
How old are Hox genes?
Hox genes in development: the Hox code
Scientists map the evolutionary relationships for all life on the planet