Il cervello di un essere umano è un organo particolarmente dispendioso dal punto di vista energetico. Pur rappresentando appena il 2% del nostro peso corporeo, consuma circa il 20% dell'energia utilizzata dall'intero organismo. È il prezzo da pagare per mantenere in funzione un organo complesso, che ci permette di ragionare, comunicare e gestire relazioni sociali articolate. Eppure, per quanto possa sembrare sorprendente, qualcosa di molto simile accade anche nelle formiche, nonostante abbiano cervelli minuscoli e profondamente diversi dal nostro.
Un nuovo studio condotto dai ricercatori della Boston University e pubblicato sulla rivista PNAS ha infatti scoperto che le formiche destinano al funzionamento del cervello una percentuale di energia sorprendentemente simile alla nostra. Non solo: quando il cibo scarseggia e il loro organismo comincia a risparmiare energia, il cervello continua a funzionare quasi a pieno regime, anche a costo di sacrificare altre funzioni fisiologiche.
I risultati suggeriscono che questa capacità di proteggere il cervello durante i periodi di difficoltà potrebbe essere una caratteristica evolutiva molto più diffusa di quanto si pensasse, presente anche in animali lontanissimi e molto diversi da noi.
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Il cervello delle formiche consuma un quarto di tutta la loro energia
Per capire quanto costa mantenere attivo un cervello così piccolo, i ricercatori guidati da Zachary Coto hanno studiato alcune formiche operaie appartenenti alla specie Tetramorium immigrans, molto diffusa in Nord America anche negli ambienti urbani. Gli scienziati hanno misurato sia il metabolismo dell'intero organismo sia quello del cervello, confrontando poi i risultati con i dati disponibili per gli esseri umani e altri mammiferi.
È emerso che il cervello di queste formiche rappresenta circa il 5% del loro peso corporeo, ma consuma ben il 25% dell'energia complessiva. Una proporzione molto vicina a quella osservata negli esseri umani, dove il cervello pesa relativamente meno, ma richiede comunque circa un quinto delle risorse energetiche disponibili. La somiglianza è particolarmente interessante perché il cervello di una formica contiene molti meno neuroni rispetto a quello umano ed è organizzato in maniera profondamente diversa.
Eppure, in rapporto alle dimensioni dell'organismo, il suo funzionamento comporta un investimento energetico altrettanto importante. I ricercatori hanno anche utilizzato un modello matematico basato sul metabolismo cerebrale dei mammiferi per stimare quanta energia consumerebbe il cervello di un ipotetico mammifero grande quanto una formica. La previsione corrispondeva sorprendentemente ai valori misurati negli insetti, suggerendo che il costo energetico del tessuto nervoso potrebbe seguire principi biologici simili in gruppi animali anche molto diversi.
Quando manca il cibo, il cervello di una formica continua a funzionare
La scoperta più interessante è arrivata quando però i ricercatori hanno sottoposto le formiche a condizioni di carenza alimentare, osservando come cambiava la distribuzione dell'energia all'interno del loro organismo. Durante il digiuno prolungato, il metabolismo complessivo delle operaie diminuiva sensibilmente e il corpo cominciava a consumare meno energia per far fronte alla scarsità di risorse. Il cervello, tuttavia, conservava un consumo sostanzialmente stabile, anche quando le condizioni fisiologiche degli animali erano ormai molto compromesse.
Di conseguenza, la percentuale di energia destinata al cervello arrivava quasi a raddoppiare. È un fenomeno che ricorda la cosiddetta teoria del selfish brain, letteralmente "cervello egoista", secondo cui il sistema nervoso centrale tende ad avere accesso prioritario alle risorse energetiche anche quando queste diventano insufficienti per soddisfare tutte le necessità dell'organismo. Ma c'è un altro aspetto particolarmente interessante.
I ricercatori hanno verificato se le formiche affamate fossero ancora capaci di svolgere alcuni compiti fondamentali per la vita sociale della colonia, come riconoscere le compagne e reagire a potenziali minacce. Anche quando si trovavano a pochi giorni dalla morte, le formiche continuavano a svolgere questi compiti con prestazioni paragonabili a quelle delle operaie che avevano mangiato regolarmente. Il loro organismo era quindi fortemente debilitato, ma il cervello conservava abbastanza energia per sostenere comportamenti essenziali alla vita del formicaio.
I cervelli di formiche e umani rimangono profondamente diversi
Le formiche sono infatti insetti eusociali e vivono in società molto complesse, dove le operaie devono riconoscersi, comunicare, individuare il cibo, difendere il formicaio e coordinare continuamente le proprie attività. Mantenere efficiente il sistema nervoso è quindi fondamentale non soltanto per la sopravvivenza individuale, ma anche per il funzionamento dell'intera colonia. Ogni individuo a talmente dipendente da gli altri che si comporta quasi come se fosse una singola cellula distaccata di un unico "super organismo".
Questo non significa naturalmente che il cervello delle formiche funzioni esattamente come il nostro, né che i due sistemi nervosi abbiano capacità cognitive equivalenti. A essere più precisi, sistema nervoso delle formiche non è neppure racchiuso in un unico grande organo centrale come il nostro, ma è segmentato e distribuito lungo il corpo in diversi gangli. La somiglianza riguarda quindi soprattutto il modo in cui l'organismo distribuisce le proprie risorse energetiche e protegge le funzioni nervose quando il cibo scarseggia.
Lo studio suggerisce quindi che anche un cervello minuscolo come quello di un insetto può essere estremamente costoso da mantenere e che la necessità di proteggerne il funzionamento potrebbe rappresentare un principio biologico analogo o persino condiviso da animali separati da centinaia di milioni di anni di evoluzione.
