Psicobiologia - evoluzione del sistema nervoso nei vertebrati

Psicobiologia: l'evoluzione del sistema nervoso nei vertebrati

I primi vertebrati, gli agnati (un tipo primitivo di pesci), sono comparsi nel Cambriano più di 500 milioni di anni fa. Da questi progenitori sono derivate le diverse classi di vertebrati: pesci cartilaginei, pesci teleostei, anfibi, rettili, uccelli e mammiferi. I mammiferi sono derivati da un gruppo primitivo di rettili circa 225 milioni di anni fa, molto prima che comparissero i dinosauri.

Struttura dell'encefalo nei vertebrati

L'encefalo nei vertebrati ha conservato in tutte le classi la stessa struttura di base che oggi possiamo ancora osservare nell'embrione. Negli uccelli, ma soprattutto nei mammiferi, il proencefalo, e in particolare il telencefalo, si sviluppa proporzionalmente molto di più delle altre parti. Passando da un ratto a un primate e infine all'uomo, la dimensione dell'encefalo aumenta ma conserva la stessa struttura di base. Le differenze nelle proporzioni delle varie parti dell'encefalo hanno spiegazioni funzionali: sistema limbico → risposte immediate, corteccia → apprendimento, immaginazione, etc.

L'ippocampo è la principale struttura coinvolta nella memoria spaziale. Alcune specie di uccelli nascondono singolarmente migliaia di semi durante l'estate e li consumano d'inverno. A parità di volume cerebrale, gli uccelli che fanno riserve di cibo hanno l'ippocampo di dimensioni proporzionalmente più grandi. Per poter confrontare correttamente le dimensioni cerebrali occorre tener conto della massa corporea. A parità di peso corporeo, uccelli e mammiferi hanno cervelli più grandi dei vertebrati a sangue freddo; tra i mammiferi, i primati hanno cervelli mediamente più grandi. Per confrontare la dimensione del cervello di specie diverse si usa l'indice di encefalizzazione (peso del cervello/(peso corporeo)^0,69).

Linee evolutive dei mammiferi

La maggior parte dei mammiferi attuali ha la stessa struttura anatomica generale che caratterizza i primi mammiferi e che era già in parte presente nei loro progenitori rettiliani. La colonna vertebrale è parallela al terreno, sostenuta da quattro arti similiposizionati sotto il tronco. Il collo e il capo sono allineati con la colonna o in posizione elevata.

I mammiferi sono omeotermi (forse già alcuni grandi rettili lo erano). Questo permette loro di non dipendere dalla temperatura e dalla radiazione esterna per il pieno funzionamento del loro sistema nervoso e per la locomozione. L'omeotermia comporta alti costi metabolici ma consente di essere attivi durante le ore notturne. L'evoluzione dell'omeotermia porta come conseguenza un aumento del metabolismo e una forte dipendenza da un apporto continuo di energia. Un serpente può fare un pasto ogni due o tre settimane mentre un toporagno mangia ogni giorno una quantità pari al suo peso di insetti e muore dopo poche ore di digiuno.

Grazie a questa caratteristica, tuttavia, i mammiferi possono essere attivi anche nelle ore notturne quando gli altri vertebrati sono inermi, portandoli a conquistare nuove nicchie ecologiche. La minor dipendenza dalla temperatura porta anche a occupare ambienti con climi estremi. La maggior parte dei mammiferi attuali ha ancora organi di senso che sono adatti alla vita crepuscolare o notturna, che porta allo sviluppo di modalità sensoriali come il tatto, l'udito e l'olfatto ed una riduzione dell'importanza della visione.

Secondariamente, i mammiferi evolvono altre caratteristiche come la viviparità e l'allattamento, che consentono di tenere in un luogo protetto e trasportare con sé i piccoli mentre la madre cerca nutrimento. Nella maggior parte dei rettili ancora oggi le uova vengono deposte e lasciate sviluppare. I neonati devono essere autosufficienti dalla nascita. L'evoluzione delle cure parentali e la lunga dipendenza dalla madre porta con sé l'evoluzione del comportamento sociale che è pressoché assente nei rettili (anche se si è evoluto parallelamente in molti altri gruppi come nei pesci teleostei).

Uccelli e l'evoluzione del volo

L'altro grande gruppo che si evolve dai rettili è quello degli uccelli. Anch'esso ha evoluto l'omeotermia e le cure parentali, ma a differenza dei mammiferi ha privilegiato la vita diurna. La conquista di nuove nicchie ecologiche negli uccelli è legata all'evoluzione del volo.

Evoluzione dei primati

Circa 80 milioni di anni fa compare un nuovo ordine di mammiferi, quello dei primati, che è rappresentato oggi da circa trecento specie tra scimmie e proscimmie e che include anche la specie umana. Dal punto di vista ecologico, la caratteristica più saliente dei primati è quella di aver conquistato l'ambiente arboricolo.