Psicobiologia - evoluzione del sistema nervoso nei vertebrati

VERTEBRATI

I primi vertebrati, gli agnati (un tipo primitivo di pesci) sono comparsi nel Cambirano 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.

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 ad 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 la 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 di usa l'indice di

encefalizzazione (o fattore di encefalizzazione: peso del cervello/(peso corporeo)^0,69).

Le 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 simili

posizionati sotto il tronco. Il collo e il capo sono allineate con la colonna o in posizione elevata. I

mammiferi sono omeotermi (forse già alcuni grandi rettili lo erano). E questo permetto 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 duo 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 un un luogo protetto e trasportare con se 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 se l'evoluzione del comportamento sociale che è

pressochè assente nei rettili (anche se si è evoluto parallelamente in molti altri gruppi come nei

pesci teleostei).

L'altro grande gruppo che si evolve dai rettili è quello degli uccelli. Ha anch'esso 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 si anni fa compare un nuovo ordina 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. I tratti che caratterizzano in generale i primati

sono quelli che permettono la vita sugli alberi: zampe adatte alla prensione e alla manipolazione;

assenza di artigli (unghie tegolate), alcuni primati hanno evoluto una presa di precisione; occi posti

frontalmente (visione stereoscopica, profondità); visione a colori; padiglioni auricolari non mobili e

quindi bassa sensibilità alle frequenze; rinario ed epitelio olfattivo ridotto; riduzione nella

numerosità della prole (un figlio alla volta) e allungamento del periodo delle cure parentali.

I primi primati, come la maggior parte dei mammiferi avevano abitudini prevalentemente notturne e

si nutrivano di insetti e piccoli vertebrati. In seguito comparvero i primati con abitudini diurne che

si nutrivano prevalentemente di foglie e frutti. I progenitori di tutti i primati attuali erano dei piccoli

mammiferi poco specializzati che vivevano sugli alberi nutrendosi di insetti. Esiste oggi un gruppo

di mammiferi, le tupaie che sono filogeneticamente vicini ai primati (tanto che qualcuno ve li

include) e le cui caratteristiche sono probabilmente simili a quelle dei progenitori dei primati.

Le proscimmie attuali sono tutte arboricole ma conservano molti dei tratti caratteristici degli altri

mammiferi. Molte sono notturne e l'olfatto è ancora un senso molto importante. Alcune hanno

mantenuto una dieta prevalentemente insettivora, come il tarsio altre hanno assunto una dieta a base

di vegetali (lemuri).

Le scimmie del nuovo mondo o platirrine sono distribuite nel Centro e Sud America. Sono tutte

arboricole. La caratteristica esterna più evidente è la coda prensile che viene utilizzata come un

quinto arto. Hanno spesso abitudini alimentari di tipo vegetariano (frutti, semi, foglie) ma molte

integrano la dieta con animali.

Le scimmie del vecchio mondo o catarrine sono il gruppo di scimmie più numeroso. La maggior

parte vive sugli alberi ed ha abitudini alimentari di tipo vegetariano. Diverse specie (babbuini,

cercopitechi etc) hanno assunto abitudini prevalentemente terricole (conquistando anche l'ambiente

della savana) e sono diventate onnivore, nutrendosi non di rado anche di piccoli vertebrati e di

giovani delle specie più grandi (es gazzelle). La struttura sociale, specie nelle scimmie terricole, è

spesso molto complessa.

I pongidi o scimmie antropomorfe sono le scimmie più grandi e quelle con lo sviluppo cerebrale

più marcato. Dal punto di vista filogenetico sono molto vicine alla specie umana. Lo scimpanzé e il

gorilla condividono con l'uomo più del 90% dei geni. Strettamente parlando il gibbone non è un

pongide ma un ilobatide, anche se i due gruppi hanno molti tratti in comune. Il gibbone è un

primate arboricolo asiatico che si nutre prevalentemente di vegetali, è monogamo e territoriale.

Quando si sposta sugli alberi lo fa appendendosi sotto ai rami con gli arti superiori. Questo tipo di

locomozione si chiama brachiazione. Tutti i pongidi derivano da progenitori brachiatori ed hanno

gli arti inferiori più corti degli arti superiori. Quando si sposta sul terreno il gibbone lo fa sui due

arti inferiori bilanciandosi con i lunghi arti superiori. La maggior parte degli autori ritiene che i

primi ominidi derivino da antenati brachiatori, che pertanto possedevano un pre-adattamento alla

locomozione bipede. L'orango vive nel Borneo e a Sumatra. È arboricolo e pur essendo molto più

grande di un gibbone riesce ad utilizzare la brachiazione per spostarsi tra gli alberi. Il gorilla abita

nella foresta pluviale. A causa delle dimensioni è divenuto terricolo. Mostra uno spiccato

dimorfismo sessuale (i maschi sono molto più grandi delle femmine). Data la mole, solo gli

esemplari giovani si arrampicano sui rami, usando la brachiazione. A terra assumono spesso una

posizione seduta con il busto eretto e la colonna vertebrale perpendicolare al terreno. Quando

camminano, a causa della differente lunghezza degli arti, il loro tronco è parzialmente eretto. Gli

scimpanzé vivono in grandi gruppi in Africa in ambienti che vanno dalla foresta pluviale alla

savana alberata. Si nutrono di una grande varietà di cibi e sono in grado di cacciare in gruppo prede

come scimmie o giovani gazzelle. L'indice di encefalizzazione è elevato e le capacità cognitive sono

le più sviluppare dopo quelle dell'uomo. Ci sono evidenze molto chiare che gli scimpanzé

riconoscono se stessi allo specchio. Per quanto è dato sapere gli scimpanzé sono gli unici tra i

primati oltre all'uomo in grado di usare strumenti e di costruire utensili, l'apprendimento necesario

per la pesca delle termiti (inclusa l'abilità di preparare lo strumento) richiede 3-4 anni. Da una

decina d'anni i biologi riconoscono l'esistenza di due distinte specie, lo scimpanzé comune e lo

scimpanzé pigmeo (o bonobo) di dimensioni più contenute, hanno una struttura sociale diversa,

sono una specie poco aggressiva, la società è dominata dalle femmine e hanno un'attività sessuale

più sviluppata. Passando quindi dalle proscimmie alle scimmie e poi all'uomo si osserva un

aumento della dimensione relativa dell'encefalo. Non tutte le parti aumentano nella stessa

proporzione. La neocorteccia aumenta in modo molto maggiore rispetto ad altre parti come il

cervelletto o il tronco dell'encefalo.

Tappe nell'evoluzione degli ominidi → La linea che ha portato i pongidi agli ominidi si è staccata

dalle scimmie del vecchio mondo circa 35 milioni di anni fa. I fossili più antichi relativi alla linea

che ha portato agli ominidi si riferisce ad un pongide, Ramapitecus vissuto 8-10 milioni di anni fa

in Asia che presenta alcune caratteristiche in comune con la linea degli ominidi. I suoi discendenti

devono essersi in seguito diffusi anche nel continente africano. Nel Miocene il clima africano

subisce profonde mutazioni e soprattutto nell'Africa australe le foreste si contraggono per lasciar

posto alla savana. In questo periodo un gruppo di primati deve essersi adattato alla vita della savana

con meno alberi, e quindi terricola. I fossili più antichi di ominidi che ci sono noti appartengono alla

specie Australopithecus Afarensis e sono vissuti a part