Primatas Masterchefs

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Primatas Masterchefs

Nos últimos 10 anos o grupo da Neurocientista Suzana Herculano-Houzel, até recentemente Professora associada da UFRJ, tem adquirido um número expressivo de dados sobre o número de neurônios e de outras células que compõem o encéfalo de 39 espécies de mamíferos. Isso constitui uma base de dados gigantesca num formato fácil de usar pelos pesquisadores de qualquer área além do escopo das neurociências. Estudos sendo realizados por ela, que agora está saindo do Brasil para trabalhar como professora e pesquisadora na Universidade Vanderbilt, em Nashville, nos Estados Unidos, são realmente fundamentais para repensarmos sobre nosso encéfalo.

Vamos seguir os caminhos e as hipóteses feitas por ela e seu grupo que resultaram em respostas muito claras e coerentes sobre as mudanças que levaram o nosso encéfalo ser o que é.

Imagine se o encéfalo humano fosse feito da mesma forma que o encéfalo de qualquer outro mamífero como se pensava até a pouco tempo. Segundo estudos de Suzana Herculano-Houzel, se fosse assim, encéfalos de mesmo tamanho deveriam ter o mesmo número de neurônios. Como os neurônios são a unidade funcional da informação, as habilidades cognitivas deveriam ser as mesmas. Encéfalos maiores deveriam ter mais neurônios que encéfalos menores, e quanto maior o tamanho maior as habilidades cognitivas. Existe a noção de que uma massa encefálica maior do que a esperada em relação à massa corporal seria necessária para operacionalizar toda a atividade corporal. Isso resultaria em animais mais encefalizados e, portanto, com habilidades cognitivas mais complexas. Entretanto, esta hipótese de que crescente encefalização correlacionada com melhora das capacidades cognitivas foi recentemente refutada pela noção a favor de que o número absoluto de neurônios corticais e suas conexões são os mais importantes. Se a encefalização fosse o principal determinante das habilidades cognitivas, animais pequenos com grande encefalização (encéfalo maior em relação a massa corporal) como os macacos capuchinhos teriam um desempenho cognitivo melhor que aminias com uma encefalização menor como os gorilas (encéfalo menor em relação a massa corporal). Sabemos que não é isso que acontece. Interessante nisso tudo é que o encéfalo humano (1,2 a 1,5kg) é menor que o de outros mamíferos, como por exemplo o elefante (4-5Kg) ou a baleia (9kg), porém é o que possui a maior habilidade cognitiva (1,2).

Progredindo no estudo, comparando a contagem do número de neurônios de diferentes espécies, roedores e primatas por exemplo, Suzana Herculano-Houzel e seu grupo mostraram que em roedores com encéfalos maiores, a média do tamanho dos neurônios aumenta, fazendo com que o encéfalo aumente mais rápido do que o aumento do número de neurônios. Em primatas, por sua vez, o número de neurônios aumenta também, porém, sem aumentar de tamanho (uma maneira econômica de adicionar neurônios no encéfalo). O resultado é que o encéfalo de primatas sempre terá mais neurônios do que o de um roedor do mesmo tamanho. Outra constatação importante foi que o encéfalo humano tem 86 bilhões de neurônios, sendo 16 bilhões encontrados no córtex cerebral. Um encéfalo de roedor com 86 bilhões de neurônios pesaria 36kg, algo impossível. Já um encéfalo de primata genérico com 86 bilhões de neurônios, considerando o crescimento encefálico proporcional ao número de neurônios, deveria pesar 1,2- 1,5kg com uma massa corporal de 60-70kg, como é o encéfalo humano (1,2).

Portanto seus estudos revelaram que na realidade os encéfalos não são feitos da mesma maneira. O encéfalo humano tem mais neurônios comparado com qualquer outro mamífero, independentemente de seu tamanho, e também não é especial em número de neurônios em relação a outros primatas. Ele é apenas grande encéfalo de primatas. Uma explicação para o encéfalo humano ser notável em suas habilidades cognitivas seria o maior número de neurônios no córtex cerebral, 16 bilhões, que é máximo de neurônios que qualquer córtex possui (1,2).

Outro fato importante levantado em suas pesquisas é que quanto maior a massa corporal, maior o volume do encéfalo. Correto, se compararmos um elefante e uma baleia com um humano, mas entre os primatas isso não é bem assim. Gorilas por exemplo, são 2 a 3 vezes maiores (125-210 kg) que os humanos (60-70 kg) mas o seu encéfalo pesa apenas 0,5kg. Portanto, o encéfalo humano é 3 vezes maior que o encéfalo do gorila e sete vezes maior do que seria esperado para o tamanho do nosso corpo (1,2).

Em primatas a massa encefálica cresce linearmente com o número de neurônios, isso implica em que o metabolismo total do encéfalo cresça linearmente com o volume ou com a massa encefálica. Portanto, este custo metabólico é o fator limitante para a expansão do encéfalo. Segundo Suzana Herculano-Houzel não é o tamanho do encéfalo, mas o número absoluto de neurônios que impõe uma restrição metabólica ao aumento do encéfalo durante a evolução. Isso porque indivíduos com maior número de neurônios têm que ser capazes de sustentar essa necessidade metabólica proporcionalmente maior para manter a função encefálica. O encéfalo humano tem o número esperado de células (neuronais e não neuronais) para um encéfalo de primata com 1,5 Kg (2% da massa corporal), com a mesma distribuição de neurônios entre córtex cerebral e cerebelo como outras espécies, apesar de ter um córtex cerebral maior do que outros primatas e mamíferos em geral, como comentado acima. O alto custo energético para tanto é o esperado para manter esta quantidade de neurônios funcionando. São necessárias 6kcal/dia para cada 1 bilhão de neurônios, portanto 516kcal/dia, considerando os 86 bilhões de neurônios no encéfalo humano, o que corresponde a 25% de toda a energia corporal diária que é em torno de 2000 kcal/d. Quanto maior for o número de neurónios, maior será o consumo calórico total do encéfalo para manter suas funções. Como adquirimos esta energia nos alimentando, é necessário mais tempo despendido para a alimentação (1,2).

Se comêssemos como os demais primatas, para ter esse número de neurônios e manter sua função, com uma massa corporal de 60-70Kg, nós humanos deveríamos permanecer nos alimentando durante mais de 9 horas por dia todos os dias. Algo realmente impraticável e incompatível com as necessidades diárias de atividade e de sono (1,2).

Importante notar que encéfalos maiores tem um custo metabólicos muito maior do que corpos maiores. Por isso grandes símios não conseguem ter grande massa corporal e grande número de neurônios. Como vimos, o encéfalo de um gorila pesa cerca de 0,4% (0,5Kg) de seu peso corporal (aproximadamente 125Kg). Para um gorila ter um encéfalo semelhante a do humano, que corresponda a 2% de sua massa corporal (124,7 Kg no máximo pelo tempo que passam comendo por dia) com 122 bilhões de neurônios, custaria ao animal um extra de 733 kcal/dia e um acréscimo de 2,12h/d usadas para a alimentação. Lembrando que um gorila já gasta 80% (8,8h/dia-33,4 kcal/h) do seu tempo de 12h do dia apenas comendo. Torna-se inviável para um gorila passar se alimentando mais de 10h/d. O período de 9h/d parece ser o limite para um primata passar comendo. Este grande símio comendo 8,5h/dia, o custo metabólico permite um encéfalo com apenas 33,4 bilhões de neurônios com um encéfalo pesando em torno de 0,5Kg apenas (2).

Nesta mesma linha, baseado na massa encefálica estimada pela capacidade do crânio, Suzana Herculano-Houzel e seu grupo previram que o número total de neurônios aumentou de 27 a 35 bilhões nas espécies Australopithecus e Paranthropus para 50-60 bilhões nas espécies Homo (Homo rudolfensisHomo antecessor) para 62 bilhões em Homo erectus e para 76-90 bilhões em Homo heidelbergensis e Homo neanderthalensis o que está na variação média encontrada no Homo sapiens moderno. Para adicionar 60 bilhões de neurônios no encéfalo de um hominídeo ancestral com o tamanho de um orangotango por exemplo, para formar um encéfalo de Homo sapiens moderno seria necessário um adicional de 360 kcal/d, o que provavelmente não estaria disponível na dieta dos grandes símios (2).

É muito caro, portanto, ter um grande número de neurônios no encéfalo e comer como primatas não-humanos. Assim sendo, não se pode ter ambos, grande massa corporal e grande número de neurônios. A ausência de fósseis com ambos, um encéfalo muito grande (como os humanos) e um corpo muito grande (como os grandes símios) é consistente com a possibilidade de que não é possível metabolicamente se ter ambos (1,2).

Segundo Suzana Herculano-Houzel o que existe é uma “negociação energética” entre número de neurônios no encéfalo e tamanho do corpo. Esta restrição metabólica impõe um juste entre o tamanho do corpo e o número de neurônios na evolução humana. O metabolismo, portanto, é o real fator fisiologicamente limitante para a combinação entre tamanho de massa corporal e encefálica (2).

O encéfalo humano, um encéfalo de primata, tem mais neurônios no córtex cerebral do que qualquer outro animal independentemente do tamanho, como foi visto, e não passamos comento o tempo todo. Para ter um encefalo com estas características o aporte energético dos alimentos deve ser muito maior do que o adquirido por uma alimentação como os primatas com alimentos crus. Uma alternativa é adquirir mais energia da alimentação pelo cozimento. O fogo (descoberto há mais de 1,5 milhões de anos) usado para o cozimento dos alimentos aumenta enormemente o rendimento energético dos alimentos e a rapidez de consumo e de absorção em relação aos alimentos crus. Comendo alimentos cozidos obtermos mais energia em menos tempo. Isso pode ter sido o salto crucial que permitiu o rápido aumento do encéfalo pelo rápido aumento do número de neurônios. Cerca de menos de 1,0Kg no Homo habilis (40 bilhões de neurônios) e Homo erectus (62 bilhões) para 1,5kg no Homo sapiens (86 bilhões). E isso explica porque grandes símios possuem um encéfalo pequeno em relação a sua grande massa corporal (1,2).

Esta limitação metabólica foi provavelmente superada pelo Homo erectus com a mudança dos hábitos alimentares, passando a consumir alimentos cozidos. Sem ter a obrigação de passar a maior parte de horas disponíveis buscando comendo. De acordo com as pesquisas de Suzana Herculano-Houzel e seu grupo, esta combinação de tempo livre para vida social e atividades mais cognitivas com o aumento do número de neurônios, agora acessíveis pela introdução desta dieta com alimentos cozidos, pode ter sido o maior impulsionador para o rápido aumento do encéfalo nos humanos desde o Homo erectus (1,2).

Mudando a alimentação de uma dieta com alimentos crus para uma dieta com alimentos cozidos nos permitiu ter e manter este número de neurônios, possivelmente responsáveis pela grande habilidade cognitiva (1,2). Nenhuma outra animal cozinha por isso somos o que somos porque cozinhamos.


 Prof. Maria Elisa Calcagnotto

Referências:

1- Herculano-Houzel S. The remarkable, yet not extraordinary, human brain as a scaled-up primate brain and its associated cost. Proc Natl Acad Sci U S A. 2012 Jun 26;109 Suppl 1:10661-8. doi: 10.1073/pnas.1201895109

2- Fonseca-Azevedo K1, Herculano-Houzel S. Metabolic constraint imposes tradeoff between body size and number of brain neurons in human evolution. Proc Natl Acad Sci U S A. 2012 Nov 6;109(45):18571-6. doi: 10.1073/pnas.1206390109

 

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