Appunti Biologia umana

Scienze biologiche, Unibo - Fmbiologia umana

Introduzione

Individuo o specie → popolazioni (insieme di tanti pool genici). Tassonomia umana: Regno: Animalia → Phylum: Vertebrata → Classe: Mammalia → Ordine: Primates → Famiglia: Hominidae → Genere: Homo → Specie: H. sapiens.

Con evoluzione umana intendiamo il processo di origine ed evoluzione dell’Homo sapiens come specie distinta e la sua diffusione sulla Terra. In senso tassonomico riguarda, oltre al genere Homo, tutte le specie dei sette generi della sottotribù degli Hominina, di cui siamo unici rappresentanti viventi.

Evoluzione e caratteri dei primati

Circa 7 milioni di anni fa c’era il nostro antenato comune che ha “cominciato la sua corsa”, avventurandosi nel mondo dei bipedi. Circa 50 generi e 200 specie, noi siamo una scimmia come tutte le altre. Alcuni dei caratteri diagnostici dei primati sono adattamenti all’ambiente arboreo:

• Abbiamo una maggiore mobilità delle dita e in particolare di alluce e pollice. Grande abilità manuale (opponibili alle altre dita). Nell’uomo l’opponibilità è totale, è l’unico ad avere la presa di precisione ma manca l’opponibilità dell’alluce (perché il piede non ha più funzione di prensione ma solo di sostegno). Le platirrine (meno evolute delle catarrine) hanno scarsa opponibilità del pollice. Abbiamo una modificazione degli artigli (servivano per arrampicarsi) in unghie appiattite, e una riduzione della pelosità delle aree plantari (per favorire il contatto e la precisione). Alcune scimmie sviluppano la coda (vero e proprio quinto arto nelle platirrine americane, con organi sensori); nelle più evolute la coda si trasforma (come in noi umani).
• Vista molto sviluppata (senso prevalente, non è più l’olfatto) → gli organi olfattori si riducono, così come le cavità nasali e le aree cerebrali relative all’olfatto. Se si riduce il senso dell’olfatto, ovviamente non marchiamo più il territorio con l’urina, e sviluppiamo il senso della vista: gli occhi sono più grandi, nella retina abbiamo una zona più ricca di coni (fovea) per migliorare l’acuità visiva. Inoltre, vediamo a colori molto bene per una necessità, ovvero per distinguere i frutti (maturi/immaturi che cambiano colore) sugli alberi. Nei primati (ma anche nei felini) si è verificato il fenomeno dell’anteriorizzazione delle orbite: a differenza di tanti mammiferi che hanno le orbite a lato (visione 360° per vedere i predatori) i primati le hanno davanti e ciò aumenta l’area di sovrapposizione dei due campi visivi. Ciò che si ottiene è la visione 3D (visione stereoscopica), seppur il campo visivo è ridotto; ciò è utile per la valutazione più precisa delle distanze (saltare da un albero all’altro).
• Coordinamento mano-occhio → l’ambiente arboricolo richiede un grande controllo della mobilità degli arti, soprattutto anteriori (raccolgo cibo e porto alla bocca).
• Sviluppo della corteccia cerebrale → si sviluppa sempre di più la parte del cervello deputata alla vista e al coordinamento motorio (cervelletto): abbiamo un’espansione del lobo occipitale (vista), della corteccia e delle circonvoluzioni, ecc. Il cranio si modifica anche da un punto di vista della forma: il neurocranio si espande sempre di più mentre lo splancnocranio si riduce (così come il muso delle scimmie, che si riduce). Lo splancnocranio si dispone sempre più sotto al neurocranio (non ne è più una continuazione, come negli altri mammiferi). Il foro occipitale si è spostato in avanti, facendo sì che il baricentro del capo si sposti (nell’uomo è in corrispondenza della colonna vertebrale). Più il muso della scimmia sporge e più questa sarà primitiva.
• Comportamenti acquisiti, lunghi periodi di dipendenza infantile → i primati hanno una bassa fecondità (solitamente 1 figlio per ogni parto, rari i gemelli) e questo è dovuto al fatto che si vuole una maggiore fitness della specie (prima di affrontare il mondo il genitore aspetta che il figlio sviluppi per esempio la pelliccia, bisogna assicurare le giuste cure parentali perché il cucciolo non è autosufficiente, ecc. per non morire). La riduzione della fecondità permette di dare maggiori cure ai figli (lunga dipendenza). Lo scimpanzè ha un periodo di gestazione molto breve (34 settimane) ma comunque (come anche per tutti gli altri) c’è un periodo di infanzia e di crescita molto lunghi rispetto all’età media massima (40 anni per scimpanzè). L’uomo è la specie più longeva (70 anni circa) ma la femmina dopo una certa età va in menopausa: che senso ha avere una femmina così longeva non più fertile da un punto di vista evolutivo? Il motivo ecologico/evolutivo è il grandmother effect: un maggiore successo riproduttivo se la madre è coadiuvata dalla nonna nella cura della prole, la fitness del nipote è maggiore, aumenta l’aspetto legato all’apprendimento.
• Organizzazione sociale complessa → c’è un’organizzazione sociale gerarchica (soprattutto in ambienti aperti, macachi e babbuini), in altri gruppi c’è un solo capo e gli altri dipendono da lui (gorilla) e in altri ancora i gruppi si suddividono a seconda dell’età e del sesso (scimpanzè). Aspetti importanti dell’organizzazione sociale dei primati:
  • Gerarchie, dominanze e ritualizzazione della sottomissione (Grooming).
  • Struttura sociale e disposizione spaziale dei soggetti (prossemica; etnie umane).
  • Legami madre-figlio.
  • Comunicazione verbale e non verbale.
  Ogni punto è strettamente collegato agli altri, l’uno è conseguenza dell’altro.

Caratteristiche fisiche e adattamenti

Catarrine → naso stretto, alto e con le narici rivolte verso l’alto. Gli arti anteriori dei primati sono estremamente sviluppati e ciò è dovuto al fatto che l’ambiente arboricolo richiede grande controllo della mobilità degli arti, soprattutto anteriori (cibo raccolto, lo porto alla bocca). I primati più antichi sono insettivori, la maggior parte sono erbivori e solo più di recente (scimpanzè in poi) si diventa onnivori. Nei primati abbiamo una modificazione della dentatura: la formula dentaria originaria è 3 incisivi, 1 canino, 4 premolari, 3 molari (per ogni arcata). Nelle platirrine l’organizzazione dentale è 2:1:3:3. Dalle catarrine in poi abbiamo 2:1:2:3. I canini sono grossi e sporgenti nell’arcata superiore e sono utilizzati per difesa e aggressione. Per masticare il cibo con i molari bisogna effettuare l’occlusione dentale (canini che occupano il buchino). Lo spazio fra il canino e il primo premolare dell’arcata inferiore è per l’inserimento del canino superiore nell’occlusione (diastemia).

Hominoidea

Hominoidea è una superfamiglia che comprende le scimmie antropomorfe e l’uomo. Le caratteristiche generali degli Hominoidea sono:

• Molari con 5 cuspidi.
• Postura più ortograda.
• Cinto scapolare e arto anteriore molto mobili.
• Assenza della coda.
• Encefalo grande e complesso.

Rispetto agli altri primati sono più intelligenti e più dipendenti per la sopravvivenza da comportamenti appresi. Siamo dipendenti dai genitori per più tempo (abbiamo bisogno di cure parentali per più di tempo). Questa superfamiglia comprende 4 famiglie:

• Hylobatidae (gibbone e siamang) (Asia sud-orientale)
• Pongidae (orango) (Asia sud-orientale)
• Panidae (gorilla, scimpanzè e bonobo) (Africa)
• Hominidae (uomo)

Pongidi

Pongidi è l’unica dei Pongidi, con areale limitato alle foreste del Borneo e di Sumatra, in Indonesia. La specie Pongo pygmaeus. L’orango è stato per primo una specie di scimmia aperta, per poi tornare ad essere arboricola (arrampicatore non specializzato). È uno dei primati più solitari: il maschio vive isolato all’interno della foresta (va a trovare le sue molteplici femmine solo nella stagione riproduttiva). È una delle più grandi e rare delle scimmie asiatiche. È una specie quadrumana, distribuisce il suo peso sugli alberi sempre con almeno 3 prese mentre barcolla da un albero all’altro. Le femmine sono pesanti e sfruttano il loro peso per piegare i rami e spostarsi da un albero all’altro. Anche l’orango pratica il fishing di insetti (bastoncino nel formicaio).

Panidi

Gorilla gorilla: è il vero re della foresta. Abbiamo 3 sottospecie: gorilla di montagna, di pianura e della costa. Il maschio ha una cresta ossea occipitale (testa massiccia) e dei grandi canini. Alto 1,80 m, forte dismorfismo sessuale (femmine 100 kg mentre maschi fino a 250 kg). Hanno andatura particolare, poggiano sulle nocche (non sui palmi) e usano tutte e 4 le zampe (quadrupedi per il peso). Sono vegetariani, sono timidi e pacifici purché un maschio, anche umano, non si avvicini al suo territorio. C’è un rito di passaggio: maschio dominante quando entra giovane maschio si alza in piedi e inizia a fare il matto con delle cariche verso il territorio; il giovane maschio supera il rito se non scappa (se scappa il gorilla lo insegue e morde il culo).

Pan troglodytes: 160 cm per 50 kg, sono quadrupedi e hanno un’andatura sulle nocche. Il loro habitat comprende foreste tropicali e savane limitrofe in Africa centro-occidentale. Hanno una grande intelligenza, una personalità gradevole. I maschi sono tendenzialmente più aggressivi delle femmine e sono anche più carnivori (organizzano occasionalmente battute di caccia). La loro dieta è però prevalentemente vegetariana. Le femmine si spostano da una comunità all’altra mentre i maschi difendono in gruppo il territorio comune; stabiliscono alleanze temporanee nel competere per la dominanza. Hanno una sessualità sfrenata (no rapporti monogamici).

Pan paniscus: il bonobo è il più evoluto tra gli scimpanzè. La struttura fisica è indice del loro essere molto evoluti. Sono poco più bassi ma gli arti inferiori sono più lunghi e i tronchi più sottili. Il pelo è più nero e hanno ciuffi ai lati della faccia. La struttura sociale è simile a quella degli scimpanzè ma sono meno aggressivi. Vengono fatte alleanze tra maschi e femmine per la dominanza del territorio. Le femmine anziane spesso diventano i leader del gruppo. Sessualità sfrenata e continuativa (non vincolata alla riproduzione, frequenti lungo tutto l’anno), sono gli unici a praticare la posizione del missionario. Il loro areale di vita è limitato alle foreste meridionali del fiume Zaire nell’Africa centro-occidentale.

I primati hanno un osso in più, l’osso penico o baculum, assente nell’uomo e nella scimmia ragno. In generale, diversi ordini dei mammiferi presentano l’osso penico nel maschio e quello clitorideo nella femmina, oltre ai primati li troviamo nei roditori (tranne che nei conigli), nei carnivori, pinnipedi, procionidi, mustelidi (lontre).

Comparazione uomo-primati: locomozione

Abbiamo un baricentro in posizione arretrata in relazione all’ambiente arboreo (se fosse avanzato ci sbilancerebbe). I primati hanno 6 tipi diversi di locomozione, l’ultimo è il bipedismo.

• Quadrupedismo primitivo (scimmiette che camminano a 4 zampe sui rami) → hanno 2 dita lunghe e flessibili che le permettono di aggrapparsi al ramo. La coda serve per mantenere l’equilibrio sul ramo.
• Brachiazione primitiva → comporta l’uso dell’arto anteriore per muoversi, quello posteriore serve per il bilanciamento. Ci si lancia di ramo in ramo in maniera diversa, abbiamo forti modificazioni strutturali a livello dell’articolazione del cinto-braccio anteriore.
• Brachiazione specializzata → si perde la coda perché non ha più neanche la funzione di bilanciamento.
• Quadrupedsmo terrangolo babbuini e patas. Sviluppo corteccia cerebrale, struttura sociale complessa.
• Brachiazione modificata → uso delle nocche delle dita per la locomozione, perdita della coda (gorilla).
• Bipedismo → noi siamo bipedi a passi alternati (Homo), la nostra colonna vertebrale è eretta. Il cambiamento della funzione di una struttura/arto comporta un cambiamento della sua anatomia. Il perno di tutto è la colonna vertebrale, nel passare dal quadrupedismo al bipedismo la colonna subisce modificazioni (da colonna orizzontale ad eretta).

Evoluzione del rachide

Il rachide di un quadrupede è più flessibile (per aggiungere una spinta propulsiva supplementare): abbiamo uno sviluppo dei dischi intervertebrali (ammortizzatori), da una parte della vertebra abbiamo i processi spinosi che sono brevi e omogenei. La regione toracica del rachide è irrigidita dalla gabbia toracica mentre le regioni cervicali e lombari sono più flessibili. Da questa condizione di rachide flessibile, si passa ad un rachide più rigido per consentire la postura eretta: il corpo vertebrale aumenta di dimensione in relazione all’aumento del carico di compressione. Vengono compressi i dischi intervertebrali e tutto il peso (alto → basso) viene scaricato sulla pelvi, abbiamo per questo una sacralizzazione di un maggior numero di vertebre. Negli hominini la colonna vertebrale rigida invece che formare una trave orizzontale forma una colonna verticale portante.

Il gorilla rappresenta la condizione intermedia (tra quadrupedi e uomini bipedi): i pesi vengono parzialmente scaricati sull’arto posteriore ma anche sull’arto anteriore. Il rachide, nei primati, non si presenta molto differente rispetto a quanto si può riscontrare negli altri mammiferi. Ha un andamento rettilineo e leggermente arcuato a convessità dorsale. Nell’uomo, le vertebre hanno forme diverse: le prime (atlante ed epistrofeo) sono molto mobili e si arriva alle ultime che si saldano (sacro).

Noi uomini abbiamo due curvature caratteristiche che ci consentono di distribuire meglio i pesi e di ammortizzare il peso corporeo (quando camminiamo, muoviamo tutto: braccia, gambe, rachide). Queste curvature sono due a concavità posteriore (tratto cervicale e lombare) e due a convessità posteriore (tratto toracico e sacrale). Per lo stesso motivo di ammortizzare, i dischi intervertebrali tendono ad essere più spessi rispetto agli altri primati. Una delle patologie più frequenti nell’essere umano è il mal di schiena (protrusione dei dischi fino a schiacciare i nervi) → ci fa capire che l’evoluzione non ha ancora “finito” con noi, siamo bipedi da 2 milioni di anni ma lei è lenta! Quindi, il nostro adattamento al bipedismo non è ancora completo. I sistemi di curve danno al rachide una struttura elicoidale e consentono una reazione elastica alle sollecitazioni: permettono di scaricare orizzontalmente una parte dell’energia cinetica, dissipandola attraverso le formazioni tendinee e ossee del tronco, facendo sì che la risultante non sia rigorosamente perpendicolare ai corpi vertebrali.

Evoluzione del rachide (riassunto)

Il rachide era inizialmente flessibile per:

• Sviluppo dei dischi intervertebrali (ammortizzatori)
• Processi spinosi brevi ed omogenei
• Regione toracica del rachide irrigidita dalla gabbia toracica
• Regioni cervicale e lombare più flessibili

Si sono verificate nel corso dell’evoluzione delle modificazioni a questa struttura in modo da consentire la postura eretta:

• Aumento delle dimensioni del corpo vertebrale in relazione all’aumento del carico di compressione
• Il maggior peso scaricato sulla pelvi porta alla sacralizzazione
• Abbiamo 7 vertebre cervicali, 12 dorsali, 12 lombari, poi abbiamo il sacro (5 vertebre sacrali fuse) e infine il coccige

Il passaggio da una postura quadrupede o semieretta ad una eretta ha influito sulle vertebre cervicali (perché hanno la funzione di rotazione), sulla posizione della testa sul rachide e sulla sua muscolatura dorsale. Anche la testa sul rachide si comporta come un sistema di leve: il braccio di potenza sono i muscoli che tirano, il forame occipitale sul cranio è spostato indietro; il braccio di resistenza (bocca e muso) è più lungo → la leva è sconveniente. Nell’uomo la leva è favorevole e ciò è dovuto al fatto che abbiamo un’anteriorizzazione del forame magno e una riduzione dello splancnocranio. Oltre a questo, abbiamo anche una riduzione del prognatismo e un aumento dell’encefalo. I muscoli nucali si riducono di conseguenza.

Nell’homo erectus (immagine B) l’inserzione dei muscoli nucali era ancora grandicella perché il loro andamento non era ancora totalmente bipede. Se trovo un pezzettino di occipitale, in base allo sviluppo delle aree di inserzione dei muscoli nucali ci permette di capire che locomozione aveva. L’uomo, che vede bene ma ha un campo visivo anteriore e ristretto, per guardarsi attorno deve girare la testa di lato. I muscoli che ci permettono di avere una visione circolare sono quelli sterno-cleido-mastoidei: l’inserzione superiore si trova dietro l’orecchio, quella inferiore invece si inserisce sulla clavicola e sullo sterno. Abbiamo quindi un allungamento delle mastodi e un maggiore sviluppo dei muscoli sterno-cleido-mastoidei.

Coda

Ai primati assicura l’equilibrio nel salto e sposta posteriormente il baricentro. La coda nelle Platirrine diventa un vero e proprio quinto arto (con sensori anche).