Fisiologia del bipedismo e della sudorazione (nonché dell’intelligenza, loro imprevisto effetto collaterale)

evoluzione-umana

L’andatura bipede dell’uomo è un sistema di locomozione unico, ma inefficiente. Il meccanismo di sudorazione dell’uomo è un sistema di raffreddamento del corpo altrettanto unico, ma efficientissimo, tale da farci vincere le olimpiadi del regno animale nella categoria “sistemi di raffreddamento”. Altrettanto unica è, nel regno animale, l’intelligenza umana. Niente è casuale. O forse tutto lo è. Per accertare il sorprendente rapporto fra i tre aspetti fondamentali della nascita dell’umanità, indossiamo i panni di un ipotetico Sherlock Holmes pleistocenico e mettiamoci sulle tracce del nostro antenato alle prese con le sue prime passeggiate e conseguenti sudatine sotto il sole equatoriale.

L’andatura bipede dell’uomo, come si diceva, è unica in natura, ben diversa sia dal bipedismo a balzi dei canguri e di pochi altri mammiferi, sia dall’inefficiente camminata eretta di cui, solo per pochi passi, sono capaci le scimmie antropomorfe (peraltro preadattate al bipedismo, visto che scaricano sugli arti posteriori il 60% del peso, contro il 40% scaricato dai quadrupedi, ed infatti cani e cavalli si cimentano nel bipedismo solo nelle esibizioni circensi, mai in natura, come invece fanno talvolta le scimmie antropomorfe). Nell'”Origine dell’uomo” (1871) Charles Darwin individua  nel bipedismo il passo decisivo verso l’umanità, vedendone il vantaggio nella liberazione degli arti superiori dalla bassa manovalanza della locomozione per esser destinati all’utilizzo di strumenti, conseguenza e, al contempo, premessa dello sviluppo dell’intelligenza. Raymond Dart, il primo paleoantropologo ad aver individuato con certezza l’Africa come culla dell’umanità, va oltre, e, con la sua teoria della “scimmia assassina” (espressa per la prima volta nel 1925, nell’articolo “L’uomo-scimmia del Sud-Africa”, e poi precisata definitivamente nel saggio del 1953 “La transizione predatoria dalla scimmia all’uomo”), inquadra la stazione eretta, la produzione di utensili sempre più efficienti, la crescita delle dimensioni del cervello e quella dell’intelligenza, in un circolo di causa-effetto virtuoso negli esiti evolutivi, vizioso nella causa scatenante, da Dart individuata nella feroce competizione per le risorse alimentari.

Il quadro dipinto da Dart è davvero fosco, contrastando con la tranquillizzante idea tradizionale che la civiltà nasca dalla collaborazione per il cibo, invece che dalla competizione, ma appare tanto fondato da entrare perfino nella versione vulgata della genesi dell’umanità, offerta al grande pubblico dalla famosa sequenza iniziale di “2001 : Odissea nello spazio”. Le nostre care ziette pleistoceniche, le australopitecine, “afferravano le loro prede vive con violenza, le percuotevano a morte, ne smembravano i corpi martoriati, spegnendo la loro sete nel sangue caldo delle vittime e divorando avidamente la livida carne fremente. La spaventosa crudeltà dell’uomo verso l’uomo costituisce una delle sue inevitabili, peculiari e distintive caratteristiche ed è spiegabile solo in base alla sua carnivora e cannibalesca origine” (citazione dal saggio del 1953 summenzionato, certo inquadrabile in quella visione negativa dell’essenza della natura umana favorita dalla fresca visione dello scempio della guerra mondiale e che, in tutt’altro ambito, quello letterario, appena un anno dopo William Golding avrebbe portato avanti con “Il signore delle mosche”).

E brave le ziette, altro che arsenico e vecchi merletti! Solo che Dart sbagliava. Negli anni ’70 gli scavi a Laetoli, in Kenya, e in siti coevi in Etiopia, avrebbero dimostrato che la più evoluta delle austrolopitecine, l’Australopithecus Afarensis (la Lucy di Mary Leakey, tanto per capirsi), bipede già 3,7 milioni di anni fa, cominciò ad usare strumenti litici solo 2,4 milioni di anni fa, senza peraltro che detto uso si accompagni ad un aumento delle dimensioni del cervello, per il quale bisognerà attendere altri 700.000 anni, con la comparsa dell’Homo Habilis, 1,7 milioni di anni fa. Ed allora, se il nesso causa-effetto bipedismo-uso di strumenti-dimensioni encefalo-intelligenza non è confermato  nella sua circolarità, resta il problema di stabilire quale sia stato il vantaggio competitivo che spinse gli ominidi ad adottare un sistema di locomozione tanto instabile come il bipedismo (si pensi a quanto le cadute son più frequenti in un bipede piuttosto che in un quadrupede), ed inoltre pure energeticamente inefficiente (senza scomodare i veri quadrupedi, perfino il nostro parente più prossimo, lo scimpanzé, per spostarsi sulle quattro mani impiega il 25% di energia in meno, ed è più agile e più veloce dell’uomo), tanto più che il nuovo sistema di locomozione comportò non facili adattamenti scheletrico-muscolari (testa non più sorretta da potenti muscoli del collo, ma in equilibrio su una spina dorsale a sua volta incurvatasi per fungere da ammortizzatore, pelvi più ampie, braccia più corte, gambe più lunghe e con femori ruotati verso l’interno per tenere il ginocchio sotto il corpo invece che di lato, piedi conformati come leve propulsive invece che come appendici prensili).

La risposta più convincente è quella esposta nel 1986 da Sinclair, Leakey e Norton-Griffiths, in “Migration and hominid Bipedalism”, ottenuta non con scavi, ma semplicemente osservando ciò che ancora oggi accade nelle pianure dell’Africa orientale, il cui ecosistema, fortunatamente, negli ultimi 4 milioni di anni non è sostanzialmente mutato. Ancora oggi la principale fonte di proteine è costituite da immense mandrie di erbivori, che presentano il più alto tasso di mortalità durante l’epoca delle migrazioni, peraltro per il 70% dovuto non ad attacchi di predatori, ma a morti naturali favorite dallo stress della migrazione. Le carogne, dunque, sono la vera principale fonte di proteine, ma i carnivori non possono approfittarne, impediti a percorrere i 10-20 km. al giorno percorsi dagli erbivori migranti perché hanno cuccioli che crescono lentamente e non possono stare al passo con gli adulti, che, da parte loro, possono spostarli tenendoli tra le fauci solo per brevissimi percorsi.

Siamo allora indotti a pensare che l’antenato dell’uomo sviluppò il bipedismo non per liberare gli arti superiori in modo da poterli usare per maneggiare strumenti di morte in una feroce lotta nell’ambito di una accresciuta competizione per il cibo, ma, al contrario, per poter portare i piccoli con sé, sostenuti dalle braccia materne, in una maniera che fosse abbastanza facile da coprire senza soverchie difficoltà i 10-20 km. necessari per seguire le mandrie con più efficacia dei carnivori. Pertanto, l’evoluzione del bipedismo non avrebbe  a che fare con la crescita dell’intelligenza, bensì con l’adattamento al nomadismo per poter sfruttare una ricca fonte di cibo in una situazione di ridotta (e non aumentata) competizione alimentare, arrivando prima dell’ora di punta al supermercato della carne (e, per giunta, carne di facile sfruttamento, trattandosi di carogne facilmente “catturabili” anche da una specie, come l’A.Afarensis, ancora priva delle capacità intellettive necessarie per elaborare adeguati strumenti e tecniche di caccia).

Ma forse il lavoro dei nostri antenati era ancora più semplice. Gli ominidi, a differenza dei carnivori, non sono adattati ad una dieta prevalentemente carnea, anzi, come osserva J.D.Seath (“Early hominid hunting and scavenging : the role of meath in energy source”, 1989), partendo dallo studio della dieta dei massimi mangiatori di carne contemporanei, gli Eschimesi, una dieta prolungata con apporto di carne magra  superiore al 50% del fabbisogno calorico giornaliero sovraffaticherebbe il fegato, portando addirittura alla morte in poche settimane se quasi esclusiva. Gli Eschimesi risolvono il problema preferendo spesso alla carne magra il grasso, ben più digeribile, ed è probabile che altrettanto facessero gli ominidi africani, sviluppando il bipedismo ed il nomadismo più per accedere alla fonte di grasso contenuta nelle ossa delle carogne che non alla carne magra, che probabilmente lasciavano di buon grado ai carnivori, riducendo ulteriormente le pericolose interferenze nella sfera alimentare, tanto più che nulla impediva ai nostri antenati di continuare a cercare le proteine di cui avevano bisogno raccogliendo, come ancora oggi fanno i San in Namibia, radici, tuberi, legumi e frutta secca, il cui apporto proteico è in grado di non far rimpiangere la carenza di carne magra nella dieta. Ed anche in questo caso tornavano utili bipedismo e nomadismo, consentendo un più ampio raggio d’azione, tale da poter sfruttare meglio le variazioni stagionali offerte dal mondo vegetale.

Certo un bel passo indietro rispetto all’immagine iniziale dei nostri antenati come feroci predatori dominanti, ed invece ce li ritroviamo opportunisti mangiatori di tuberi, noci e carogne, ma tocca accontentarsi. E qualcuno lo fece ancor più, forse troppo. 2,5 milioni di anni fa dovette accadere qualcosa che accelerò la spinta evolutiva, forse un inaridimento climatico. Dopo un milione e mezzo di anni di sostanziale stabilità evolutiva l’Australopithecus Afarensis è affiancato da una nuova specie più massiccia, l’A. Robustus, il cui potente apparato masticatorio rivela un totale adattamento ad una dieta esclusivamente basata su frutta dura, come è quella autoctona africana, con poca polpa protetta da robusti gusci o baccelli. Sul breve la specializzazione pagò, portando ad una notevole diffusione della specie, che però poi, a causa forse di un cambiamento ecologico, si estinse tra 1,5 e 1 milione di anni fa, vittima della sua eccessiva specializzazione. L’Afarensis invece comincia ad usare i primi strumenti litici, 2,4 milioni di anni fa (circa la stessa epoca della comparsa del cugino erbivoro, a conferma di un momento di forte pressione evolutiva, con risposte differenti), ma anche qui appare più logico pensare ad un loro utilizzo per scavare tuberi, triturare frutta secca, scarnificare carogne o spaccare ossa,  quindi niente grande cacciatore o scimmia assassina, gli utensili dovevano essere diretti alla preparazione del cibo più che alla sua acquisizione, per la quale la risorsa principale restava il nomadismo.  Ed inoltre, resta sempre il fatto che la creazione di utensili, cioè la nascita della “cultura”,  appare semplice effetto collaterale del bipedismo, il cui effetto primario, come detto, era invece l’adattamento al nomadismo, e non si accompagna ad una crescita del cervello, per la quale bisognerà attendere l’avvento dell’Homo Habilis, 1,8-1,7 milioni di anni fa, quasi contemporaneamente accompagnato, e rapidamente sostituito, dall’Homo Erectus, che se ne distingue per una maggior statura, simile a quella dell’uomo moderno, e per una miglior efficienza scheletrica ai fini della deambulazione, quindi con un’ulteriore miglior predisposizione al nomadismo (non a caso sarà, in breve tempo, il primo colonizzatore dell’Asia e dell’Europa).

Con la comparsa del genere Homo si assiste anche al passaggio dall’utilizzo di strumenti litici così come sono raccolti, o appena sbozzati, alla loro fabbricazione. Le maggiori dimensioni del cervello (dai poco più di 400 centimetri cubici dell’Afarensis ai 750 dell’Habilis ai 1000 dell’Erectus) consentono la nascita dell’immaginazione, della capacità di vedere qualcosa che ancora non esiste, ma che può esser creato (si pensi all’immagine di un bifacciale che si forma nella mente di un uomo che osserva una pietra ancora da lavorare, alla scelta della pietra adatta, alla previsione dei passaggi della lavorazione, al continuo confronto tra lo stato dell’opera e l’immagine mentale del prodotto finito, alla pianificazione di percorsi di ricerca a distanza di tipi di pietra non disponibili sul posto, all’ideazione di relazione intermedie di scambio per accorciare questi percorsi). Un’evoluzione che proseguirà con l’uomo moderno, l’Homo Sapiens Sapiens, che inizia la sua evoluzione in Africa forse 400.000 anni fa, affiancando e poi sostituendo il cugino tra 200.000 e 130.000 anni fa (anche se un discendente del cugino, il Neanderthalensis, sopravviverà adattandosi alla fredda nicchia europea fino forse a 35.000 anni fa), grazie ad una variazione del cervello non solo dimensionale (1300 cc.), ma anche e soprattutto morfologica, con un ingrandimento dei lobi frontali (quelli dell’immaginazione e della parola) a scapito degli occipitali (quelli della memoria), che lo “costringe” a contare più sull’elaborazione di nuovi dati che sul riutilizzo di quelli già noti. Variazione forse nata da una forma di infantilismo mentale, sviluppatasi, come spesso fanno le variazioni genetiche, da una caratteristica potenzialmente handicappante che, in particolari situazioni (ad esempio, nel caso, l’adattamento ad un momento di rapido mutamento ambientale, dove la “fantasia infantile” finisce per esser premiante rispetto alla “sapienza adulta”), avvantaggia evolutivamente i soggetti, all’inizio pochissimi, che ne sono “affetti”.

Ma un cervello più grande richiede adattamenti fisiologici per sopportarne il costo “culturale”(tempi più lunghi per il suo pieno sviluppo, e quindi maggior dispendio di energia nella cura di figli prima che diventino autosufficienti) e, fattore più attinente al tema di questo articolo, “fisiologico”, perché il cervello è un tessuto costoso, pur rappresentando nell’uomo solo il 2% del peso corporeo, assorbe il 16% dell’energia assimilata attraverso il cibo. Da qui l’importanza del nomadismo come opportunità di ricerca di cibo ed ancor più di acqua, fattore ancor più importante per un buon funzionamento del cervello (tutti sanno che il primo sintomo della disidratazione è proprio la perdita della lucidità mentale).

E qui entra in scena l’altro fattore fisiologico fondamentale per la nascita dell’intelligenza : il sistema di raffreddamento corporeo. Certo, sembra assurdo che una sostanza tanto vile come il sudore possa esser strettamente connessa all’intelligenza umana, ma, in effetti, è proprio così, come dimostra il fisiologo Pete Wheeler in vari studi, tra cui cito l’articolo “Stand tall and stay cool” (“New Science” del 12 maggio 1988).

Il clima caldo e la forte insolazione delle savane africane che hanno visto l’evoluzione dell’uomo esigono un’efficiente sudorazione per tenere il cervello ad una temperatura di diversi gradi inferiore a quella del corpo. Gli erbivori della savana risolvono il problema con due accorgimenti fisiologici. Il primo è un muso allungato che funge da radiatore, favorendo l’evaporazione del calore attraverso le mucose delle lunghe fosse nasali, e raffreddando il sangue che irrora dette mucose e poi, relativamente più fresco, si raccoglie nel seno giugulare alla base dell’encefalo, sottraendone parte del calore. Ma , in questo seno, questo sangue più fresco incontra un secondo adattamento fisiologico, uno scambiatore di calore costituito dalla rete carotidea, una fitta rete di piccoli vasi sanguigni in cui si disperde, intorno al seno paranasale, il “caldo” sangue arterioso proveniente dalla carotide. Lo scambio di calore tra sangue arterioso e sangue venoso, più fresco, contribuisce anch’esso a mantenere accettabile la temperatura dell’encefalo anche quando il corpo è surriscaldato.

I primati, evolutisi in ambiente forestale relativamente fresco, avendo minori esigenze di raffreddamento, hanno perso questi adattamenti (muso lungo) o non li hanno mai avuti (rete carotidea), infatti lo scimpanzé, ad esempio, quasi mai si avventura negli spazi aperti, e soffre più di noi i 40 gradi. I nostri antenati, però, pur fisiologicamente simili allo scimpanzé, per via delle loro abitudini nomadi, richieste dalla ricerca del cibo necessario, tra l’altro, a mantenere un cervello più grosso, erano costretti a muoversi sotto il sole, in spazi aperti, anche nelle ore più calde. Qual era, allora, il sistema di raffreddamento che consentiva il nomadismo? La stazione eretta, ancora una volta, e la scarsità di peli, che favorisce la traspirazione attraverso quasi tutta la superficie corporea ed è una conseguenza della stazione eretta. Ma vediamo come funziona il meccanismo.

Nel quadrupede la percentuale di superficie corporea esposta all’irraggiamento diretto del sole rimane al 20% dal sorgere dal sole al suo tramontare, nel bipede, scende nelle ore centrali, tra l’altro proprio le più calde, grazie alla stazione eretta che offre meno superficie ai raggi solari verticali, fino al minimo del 7% a mezzogiorno. Inoltre, dato che allontanandosi dal terreno la velocità del vento aumenta, la temperatura dell’aria diminuisce, come pure l’umidità emessa dalla vegetazione, Wheeler ha stimato al 33% la quantità di calore che il bipede perde in più rispetto al quadrupede per la maggior lontananza dal terreno del suo baricentro corporeo. Quanto alla quasi totale nudità dell’uomo, i quadupedi, esponendo una parte maggiore del loro corpo all’irraggiamento solare diretto, su questa parte non possono fare a meno del pelo, che esercita una funzione dermoprotettiva suppletiva rispetto alla melatonina contenuta nella pelle, che, da sola, non sarebbe sufficiente a prevenire disidratazione ed ustione nelle parti esposte. L’uomo, grazie all’esposizione diretta al sole di una parte molto ridotta del corpo, dovuta alla postura eretta, ha potuto permettersi di conservare il pelo solo sulle poche parti esposte, la testa e, sempre meno nel corso dell’evoluzione, le spalle. Infine, rispetto, ad esempio, allo scimpanzé, i peli dell’uomo, pur quantitativamente, nelle parti coperte, gli stessi per centimetro quadrato, sono più corti e sottili, favorendo, insieme all’alto numero di ghiandole sudorifere, una traspirazione di 700 watt per metro di pelle, record assoluto nel regno animale. Last, but not least, è noto che gli animali più grossi, pur necessitando proporzionalmente di più acqua, grazie al miglior rapporto massa-superficie corporee, godono di una diminuzione più che proporzionale della disidratazione, quindi, secondo i calcoli di Wheeler, il raddoppio di massa corporea nell’evoluzione dall’Afarensis al Sapiens Sapiens avrebbe aumentato di più del doppio (da 11,5 a 25 km.) la capacità di muoversi da una fonte di acqua all’altra, e di 4,73 volte l’area giornaliera utilizzabile per la ricerca di cibo.

Sebbene la stazione eretta e la pelle nuda consentissero al nostro antenato di muoversi nelle savane africane in ore, a temperature e per distanze impossibili per qualsiasi altro mammifero, in termini fisiologici non furono che elementi funzionali di un efficientissimo meccanismo di termoregolazione, vòlto a proteggere il cervello dallo stress da calore e non a favorirne lo sviluppo dimensionale e cognitivo. Questo ne fu solo un effetto collaterale, come nel caso dell’utilizzo di strumenti consentito da qualcosa, il bipedismo, nato con altro obiettivo evolutivo, quello di favorire il nomadismo. In pratica il sistema umano di termoregolazione consente di bypassare l’utilizzo di quei meccanismi adottati dagli erbivori (seno giugulare e rete carotidea) che hanno il limite, per funzionare bene, di dover accrescere la loro dimensione in rapporto alla crescita di quella del cervello (l’intero diametro del nostro collo non sarebbe sufficiente per accogliere un apparato tale da esser in grado di rinfrescare un cervello grande come il nostro). Il nostro meccanismo di termoregolazione, invece, pur non essendo la causa diretta della nostra intelligenza, rimuove i limiti fisiologici che ne impedirebbero lo sviluppo. E, a sua volta, l’accresciuta intelligenza consentì al nostro antenato di selezionare i cibi più nutrienti, come i ricchi nuclei riproduttivi di altri organismi (semi, noci, tuberi, uova), integrati da moderate quantità di proteine di origine carnea, privilegiando la qualità del cibo alla quantità, quindi eliminando i complessi apparati digestivi che stanno dietro le grandi pance di altri primati, riducendo il tempo e le energie da questi sprecate per la masticazione e la digestione, e guadagnandolo per le attività di interazione sociale alla base dello sviluppo culturale.

Infine, il linguaggio. Il tratto vocale dell’uomo differisce da quello di ogni altro mammifero. Grazie allo spazio guadagnato per l’assenza del sistema di raffreddamento tipico degli erbivori, la laringe può svilupparsi maggiormente in lunghezza e profondità nel collo, il palato è più alto, la lingua più rotonda, il cavo orale a forma di cubo e aperto verso la gola. Non potendo isolare la laringe dalla faringe, l’uomo è l’unico mammifero che non può bere e respirare contemporaneamente, e che rischia di soffocare mangiando, ma questi vantaggi sono ampiamente compensati dalla possibilità che ha, mentre emette suoni, di poter chiudere l’apertura tra palato e naso. Pertanto, solo l’uomo può produrre suoni non nasali, compresi dall’interlocutore nella misura media del 95% contro il 60% di quelli nasali, e solo la forma a cubo del cavo orale consente l’articolazione dei suoni A, I, U, K, G, B, P, D, T., forse i primi che il bambino apprende. Pertanto, nella nascita del linguaggio, componente primario della civiltà, l’evoluzione fisiologica, partita da una salutare passeggiata in cerca di cibo e da una bella sudata per rinfrescarsi dall’afa equatoriale, ha avuto, nella genesi dello strumento di fonazione, un ruolo parallelo ed altrettanto importante dello sviluppo della corteccia cerebrale, sede del meccanismo di dideazione e decrittazione dei fonemi.

In conclusione, possiamo dire che nel processo evolutivo che ha portato alla nascita dell’uomo, ci sono molti eventi casuali, che, ad un fortunato antropologo cui una macchina del tempo avesse consentito di esser presente mentre si verificavano, mai avrebbero fatto prevedere gli esiti finali. Ma questi esiti, nel loro verificarsi, non possono affatto dirsi casuali, tutte le tessere del puzzle essendosi alla fine inserite al loro posto, con la loro specifica funzione. Chiudendo con le parole di Wheeler, “Non è una coincidenza che il mammifero con il cervello e il comportamento sociale più sviluppati sia oggi proprio quello che possiede il più elaborato sistema di raffreddamento”. 

Annunci

Rispondi

Inserisci i tuoi dati qui sotto o clicca su un'icona per effettuare l'accesso:

Logo WordPress.com

Stai commentando usando il tuo account WordPress.com. Chiudi sessione / Modifica )

Foto Twitter

Stai commentando usando il tuo account Twitter. Chiudi sessione / Modifica )

Foto di Facebook

Stai commentando usando il tuo account Facebook. Chiudi sessione / Modifica )

Google+ photo

Stai commentando usando il tuo account Google+. Chiudi sessione / Modifica )

Connessione a %s...