Sistemas nerviosos: evolución del tamaño encefálico

Hay sistemas nerviosos con unos pocos centenares de neuronas, como los de los nematodos, que tienen alrededor de 300. En el otro extremo están los grandes mamíferos, que llegan a tener del orden de 1011. Pero, ¡ojo! No hemos de pensar que esas diferencias marcan los extremos de una posible evolución lineal desde animales de muy sencilla configuración corporal hasta los mucho más complejos vertebrados. En el curso de la evolución ha habido divergencias que han conducido a sistemas nerviosos muy complejos siguiendo distintas trayectorias. Los cefalópodos, por ejemplo, han desarrollado sistemas nerviosos con números altísimos de neuronas: 108. Esa cifra es superior a la de muchos peces, reptiles y anfibios, como lo es la complejidad de sus circuitos y de su comportamiento.

De hecho, las diferencias numéricas suelen ir acompañadas, además, de diferencias en el grado de complejidad. En general, la circuitería nerviosa es mucho más compleja cuanto mayor es el número de neuronas que tiene un sistema. Pero de lo anterior no debe deducirse que cuantas más neuronas tiene un animal, mayor es su capacidad cognitiva necesariamente. Porque otros factores también inciden en el número de neuronas. Una ballena o un elefante puede tener el doble de neuronas que un ser humano, por la sencilla razón de que sus encéfalos son muy grandes, y no hay base para pensar que sus capacidades cognitivas son superiores a las humanas. Y al contrario, aves de encéfalos muy pequeños y con un número relativamente pequeño de neuronas, como algunos córvidos, por ejemplo, tienen capacidades cognitivas asombrosas.

Tamaño encefálico de algunos mamíferos.

Lo anterior nos conduce a la cuestión del tamaño encefálico. En general el tamaño del encéfalo de los vertebrados es mayor cuanto mayor es el tamaño de un animal, aunque la relación no es lineal, sino potencial (del tipo B = a Wb, donde B es la masa encefálica y W la corporal), con un valor de la potencia b que es inferior a 1, lo que significa que la masa del encéfalo es una proporción menor de la masa corporal en los vertebrados de mayor tamaño.

No obstante lo anterior, hay enormes diferencias entre los tamaños encefálicos de vertebrados de similar masa corporal, de manera que un encéfalo puede ser hasta 30 veces mayor que el de otro animal del mismo tamaño. Peces, anfibios y reptiles los tienen, en general, de pequeño tamaño relativo dentro de los vertebrados, menor, incluso, que el de la mayoría de pulpos y calamares. Los encéfalos más pequeños son los de los agnatos (vertebrados sin mandíbulas) y, en estos, muy especialmente los de las lampreas. Sin embargo, los peces cartilaginosos -tiburones y rayas- los tienen de tamaño similar al de mamíferos y aves de parecidas dimensiones. Por otro lado, los anfibios tienen un tamaño encefálico inferior al de los reptiles, y dentro de aquellos, los de los anuros (ranas) son mayores que los de los urodelos (tritones). Aves y mamíferos tienen encéfalos que son del orden de diez veces mayores que los de reptiles.

En las aves los mayores tamaños encefálicos relativos son los de algunas paseriformes, como pájaros carpinteros y loros, y los menores los de algunas granívoras, como palomas y codornices. Los primates son los mamíferos con encéfalos de mayor tamaño, aunque después del humano el segundo de mayor tamaño es el de los delfines (cetáceos). Los menores son los de monotremas, marsupiales, roedores e insectívoros.

Se ha especulado mucho acerca de la base de esas diferencias. Tenemos, por un lado, la hipótesis del tejido caro. El tejido nervioso es muy caro, porque debe mantener de forma permanente los gradientes iónicos que permiten la transmisión de los impulsos nerviosos y porque ha de producir, transportar, liberar y recuperar neurotransmisores, también de forma permanente. Por eso, cuanto mayor es el encéfalo, más hay que gastar en esas costosas actividades. Por otro lado, el hígado y el tracto gastrointestinal son también órganos muy activos y caros de mantener. Se da la circunstancia de que los animales que se alimentan de productos de baja calidad nutricional tienen sistemas digestivos de mayor tamaño (disponen así de más recursos y de más tiempo para la digestión). Esas diferencias permiten explicar por qué los carnívoros tienen, normalmente, mayores encéfalos y menores sistemas digestivos que los herbívoros. Y si esa hipótesis es correcta, habría que pensar que los animales que han podido acceder a dietas de alta calidad han desarrollado encéfalos más grandes. Aunque también podría valer la interpretación en sentido opuesto: los animales de mayor tamaño encefálico disponen de mayor capacidad para encontrar alimentos de mayor calidad y se habrían especializado, por ello, en dietas carnívoras. Sea como fuere, lo cierto es que encéfalos grandes suelen asociarse a digestivos pequeños, y estos solo pueden serlo si el alimento es de alta calidad, o sea, si proporciona mucha energía y nutrientes por unidad de esfuerzo dedicado a la digestión y absorción.

Una variante de la hipótesis anterior -apropiada solo para los seres humanos- incluye la cocción de los alimentos en la ecuación, ya que cocinando los alimentos los nutrientes se hacen mucho más fácilmente digeribles, lo que amplia mucho las dietas que pueden utilizarse sin necesidad de disponer de un sistema digestivo de gran tamaño.

Y finalmente, no quiero dejar sin citar la hipótesis de Robin Dunbar, que liga el tamaño encefálico con la socialidad y, más en concreto, con los requerimientos cognitivos que impone la vida en el seno de grupos relativamente grandes de individuos. Dunbar propone que, con carácter general, las especies monógamas tienen requerimientos cognitivos superiores a las demás especies. Y encéfalos de mayor tamaño habrían evolucionado bajo esa presión selectiva, porque se supone que dentro de un mismo linaje, un mayor tamaño encefálico está asociado a mayor capacidad cognitiva. Sería, por lo tanto, un factor cualitativo, cual es el tipo de vínculo reproductivo, el responsable de las diferencias en tamaños encefálicos. Lo que habría conducido a que los primates sean los mamíferos con encéfalos de mayor tamaño relativo es que estos habrían generalizado a las relaciones sociales ciertas características de las relaciones propias del vínculo de pareja; y como consecuencia de esa generalización, el encéfalo habría alcanzado el gran tamaño relativo que tiene en este grupo. Los partidarios de esta hipótesis sostienen que el tamaño encefálico evoluciona en respuesta a las presiones selectivas que imponen las relaciones –de pareja y sociales- de los individuos de los diferentes linajes, pero que son factores dietéticos los que habrían posibilitado el cambio evolutivo. Todo demasiado especulativo.

Fuentes:

Robin I Dunbar (2009): The Social Brain Hypothesis and its Implications for Social Evolution, Annals of Human Biology 36 (5): 562-572, doi: 10.1080/03014460902960289

Lauralee Sherwood, Hillar Klandorf y Paul h. Yancey (2005): “Chapter 5: Nervous Systems”, Animal Physiology: From Genes to Organisms, Brooks/Cole, Belmont.

Georg Striedter (2005): “Chapter 4: Evolutionary Changes in Overall Brain Size”, Principles of Brain Evolution, Sinauer Associates, Massachusetts.

Sobre el autor: Juan Ignacio Pérez (@Uhandrea) es catedrático de Fisiología y coordinador de la Cátedra de Cultura Científica de la UPV/EHU

2 Comentarios

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RawandiRawandi

Hace poco leí un dato sorprendente. La mayoría de nuestras neuronas encefálicas pertenece al cerebelo y no al cerebro.

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Me gusta curiosear sobre cosas del cerebro, porque lo considero, que fue mi origen en el mundo del laboratorio.. Pues, al leer tu entrada, me gustaria decirte que, me ha gustado mucho. Gracias..

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