INFANTS’ FLEXIBLE HEADS STRETCH BACK MILLIONS OF YEARS (comentado)

It isn’t easy being born. Human babies have big heads, which makes their passage through the birth canal a challenge for both them and their mothers. Fortunately, an infant’s skull can change shape as it squeezes through because its cranial bones don’t entirely fuse together for at least 2 years after birth. A new study shows that this delayed fusion was also a feature of early humans who lived nearly 3 million years ago, even though their heads were much smaller than ours. One possible explanation is that walking upright created new obstetrical challenges even for small-brained human ancestors.

Looking for closure. By comparing CT scans of a 3-million-year-old hominin (center) with chimps (left) and modern humans (right), researchers found that its skull sutures fuse relatively late like today’s humans.

For chimpanzees and other primates, childbirth is relatively easy. The brain of a newborn chimp is roughly 155 cubic centimeters (cc) in volume, less than half that of a newborn human baby, although the overall size of the birth canal is about the same as in humans. Yet there is a big difference in shape between chimp and human pelvises. While the human pelvis has widened considerably over the course of evolution, the demands of upright walking have put constraints on how wide it can be. Bipedalism has also led to a marked vertical shortening of the pelvis, leading to what researchers call the “obstetric dilemma”—the difficult tradeoff between the demands of bipedalism and having babies.

Still, thanks to those unfused skull bones, the baby’s head can not only be molded to fit through the pelvic canal, but can also accommodate the explosive brain growth that takes place after birth: In the first few years of life, the human brain doubles in size from about 400 cc to 800 cc, and ultimately reaches an adult average of about 1400 cc.

To see how far back in human evolution this delayed fusion goes, a team led by anthropologist Dean Falk of the School for Advanced Research in Santa Fe, New Mexico, looked at a key marker of skull fusion in a large number of fossil early humans, modern humans, chimpanzees, and bonobos. The centerpiece of the study was a new analysis of the nearly 3-million-year-old Taung child, an australopithecine roughly 4 years old at death discovered in South Africa in 1924 by the legendary anthropologist Raymond Dart. The specimen, which Dart assigned to the species Australopithecus africanus, includes a face, lower jaw, and a natural “endocast” of the skull made up of the rocky material that filled it. The endocast preserved many of the skull’s features, including the sutures between its bones.

Falk, together with anthropologists Christoph Zollikofer and Marcia Ponce de León of the University of Zurich in Switzerland, used computerize tomography scans of the Taung endocast to closely examine the child’s metopic suture (MS), which forms the joint between the cranium’s two frontal bones. In human children, the MS begins to fuse on the end closest to the nose, closing like a zipper until it reaches the anterior fontanelle, the baby’s “soft spot” (see illustration). The team found that the Taung child’s MS was unfused, even though its brain was only about 400 cc and the brain of adult A. africanus is only about 460 cc.

The researchers compared the Taung child’s MS to that of several hundred chimps and bonobos, more than 1000 modern humans, and 62 hominins, or ancient humans, including australopithecines, Homo erectus, and Neandertals. A clear pattern emerged: The MS of chimps and bonobos fuses very shortly after birth; whereas, like the Taung child, the MS of both early and later hominins tends to fuse only after the eruption of the first molars, at 2 years of age or later. The results are reported online this week in the Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

So why do the skulls of early, small-brained hominins already show the fusion patterns of later, big-brained species? Falk and her colleagues propose three possibilities. First is the “obstetric dilemma,” which may have already been a problem for early hominins as they began to walk upright. Thus the brain of an adult A. africanus, while small by modern human standards, is still about 22% larger than that of a chimp. Second, the team suggests, the delayed fusion might have been necessary for accelerated brain growth after birth, which might already have been a feature in early hominins. Finally, changes in the organization of the australopithecine brain, such as an apparent widening of the frontal lobes, might also have made the trip through the birth canal more difficult, even if the overall size of the brain remained relatively small.

“All of these are strong possibilities,” says Owen Lovejoy, an anthropologist at Kent State University in Kent, Ohio, who edited the paper for PNAS. “There is now reasonable evidence that [australopithecine] brains were to some degree enlarged over those of living chimpanzees, and it is reasonably certain that they were reorganized.”

But Robert Martin, an anthropologist at the Field Museum in Chicago, Illinois, urges caution about interpreting the results. He says that the team has placed too much emphasis on both the Taung child endocast as its key specimen and the MS itself, whose age of closure is “notoriously variable” in modern humans. Martin thinks the team would have done better to concentrate on the closure of the anterior fontanelle “soft spot,” which he says might be a more reliable indicator of when overall skull fusion takes place.

Fonte: Science Now

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Resenha do autor

Os rebentos humanos têm a cabeça grande. Isso é um dilema para a espécie humana e sua evolução.

Por essa razão diz-se que o parto humano é um parto assistindo. Isso porque o ser humano por si só não consegue dar a luz a sua prole, ele necessita obrigatoriamente de uma parteira, salvo alguns casos.

Nascer e uma tarefa dura na espécie humana, uma mãe geralmente não consegue dar a luz sozinha, pois além das contrações para empurra o filho através do canal vaginal alguém precisa puxa o bebe que desliza pelo canal fazendo um movimento de rotação.

Essa é uma tarefa que não pode ser feita unicamente pela mãe, pois se a mãe tentar curvar seu corpo para puxar a criança pode matar o bebe entortando sua coluna.

O ser humano tem uma série de adaptações obstétricas para facilitar o parto. Isso quer dizer que o osso de sua pelve tem certa flexibilidade embora hoje, graças a tecnologia podemos fazer cesarianas.

O que torna a passagem pelo canal do parto um desafio é justamente esse dilema obstétrico, o estreitamento do osso da pelve e a cabeça grande dos bebes. Como a evolução pôde ponderar isso?

O crânio de uma criança pode mudar de forma, essa flexibilidade do crânio auxilia o parto, pois esses ossos não se fundem completamente durante os 2 primeiros anos de vida do rebento.

Um novo estudo aponta um atraso da fusão dos ossos que compõem o crânio. Isso foi uma característica dos primeiros hominídeos que viveram cerca de 3 milhões de anos atrás, apesar de suas cabeças serem muito menores que a nossa.

Uma possível explicação é justamente a adaptação da pelve em relação ao andar bípede. A posição ereta criou novos desafios obstétricos, mesmo para os ancestrais humanos de cérebro pequeno.

Para os chimpanzés e outros primatas o parto é relativamente fácil. O cérebro de um chimpanzé recém-nascido tem cerca de 155 centímetros cúbicos de volume. Isso é menos da metade do volume de um recém-nascido humano, embora a dimensão global do canal de parto é aproximadamente a mesma que nos seres humanos.

O que há de diferente é justamente o formato da pelve de chimpanzés e de humanos.

A pelve humana aumentou consideravelmente ao longo do tempo. O andar ereto impôs restrições ao tamanho dos humanos, levou ao encurtamento vertical criando esse dilema obstétrico.

Embora a cabeça do bebê não tenha sido moldada para encaixar pelo canal pélvico a solução obstétrica que a evolução tomou foi impedir a fusão das suturas do crânio. Isso permitiu não só o nascimento mas o crescimento e desenvolvimento do sistema nervoso após o nascimento.

Nos primeiros anos de vida, o cérebro humano dobra em tamanho de cerca de 400 cc para 800 cc.

Para descobrir como isso ocorreu ao longo da evolução humana uma equipe de antropólogos da Escola de Pesquisas Avançadas em Santa Fé, Novo México, usou um marcador chave da fusão crânio em um grande número de fósseis humanos primitivos, de seres humanos modernos, chimpanzés e bonobos.

A peça central do estudo foi uma nova análise da criança Taung datada em quase 3 milhões de anos. É um Australopiteco africanus de cerca de 4 anos de idade que teve preservado até mesmo seu “endocast”, ou seja, preservou na porção interna do crânio as características do sistema nervoso e das suturas entre os ossos.

Com o uso da tomografia computadorizada foi possível estudar o endocast de Taung e a medida da sutura metópica.

Essa sutura faz a articulação entre dois ossos frontais do crânio. Em crianças humanas, a sutura metópica começa a se fundir na extremidade mais próxima do nariz, fechando como um zíper até atingir a moleira.

A equipe descobriu que sutura metópica da criança de Taung se formava, ou melhor, se fundida mesmo em cabeças ainda pequenas de apenas 400 cc. São medidas pequenas já que o cérebro do adulto de A. africanus é apenas cerca de 460 cc o do ser humano que nasce com 400 cc chega a 1.400 nos adultos.

Então os pesquisadores compararam a sutura metópica da criança de Taung e cruzaram com as medidas de vários chimpanzés, bonobos, de mil seres humanos modernos, 62 hominídeos incluindo os Australopitecos, o Homo erectus, e neandertais.

A resposta foi imediata. A sutura metópica de chimpanzés e bonobos se funde logo após o nascimento e a sutura da criança de Taung, dos hominídeos primitivos tendeu a se fundir mais tarde. De fato, se fundiam exatamente após a erupção dos primeiros molares, aos 2 anos de idade ou mais tarde.

Os resultados são relatados em linha esta semana na revista Proceedings of National Academy of Sciences (PNAS).

Era de esperar que isso acontecesse. Mamíferos são extremamente sociais, primatas são ainda mais e puramente visuais. Isso quer dizer que seus sentidos são as principais características e adaptações, em especial a visão.

Os estímulos visuais e sensoriais de uma forma geral permitem constantemente uma remodelação do volume cortical, permitindo que ele aumente e favorece mudanças neuroanatomicas. Vejamos um exemplo, o lobo frontal ocupa em geral 36,3% da superfície cortical nos mamíferos. A média em primatas é de 30,5% e 21,4% no gibão.

O volume do lobo frontal no homem corresponde a cerca de 38,3% e dos chimpanzés cerca de 39%. Alguns estudos afirmam que o lobo frontal dos humanos e entre os primatas em geral é relativamente mais largo.

Em humanos, esse aumento está relacionado com sua jornada evolutiva, diversos eventos genéticos explicam isso (veja A VISÃO REDUCIONISTA DA EVOLUÇÃO HUMANA. FALANDO SOBRE A FALA).

Se olharmos em outros primatas perceberemos que o lobo frontal dos orangotangos é relativamente menor do que o dos chimpanzés, mostrando grandes diferenças no volume. Pesquisadores utilizam cálculos do tamanho do cérebro em relação a massa corpórea para ter uma idéia sobre o grau de inteligência de primatas extintos.

Os cérebros largos não representam apenas versões grandes de cérebros pequenos, existe uma interação muito intensa entre os neurônios e o ambiente na qual se vive. O cérebro constantemente sofre mudanças. Quando deixamos de engatinhar e tomamos uma postura ereta ainda na infância destruímos diversos neurônios que são repostos por novas células após a adoção desta nova postura. É essa plasticidade que confere a sobrevivência.

Ao analisar esse padrão de sutura metópica nos hominídeos vemos que mesmo os crânios já mostram os padrões de fusão tardia em relação aquelas com dimensões maiores. Existem três hipoteses para isso.

A primeira é justamente o dilema obstétrico, que foi um problema para hominídeos primitivos quando eles adotaram a postura ereta. O cérebro de um Australopithecus africanus adulto ou de um humano moderno é cerca de 22% maior do que a de um chimpanzé. Por si só isso já evidencia um aumento do encéfalo na linhagem que culmina nos humanos.

Em segundo lugar, a equipe sugere que a fusão atrasada pode ter sido necessária para o crescimento acelerado do cérebro após o nascimento, o que já poderia ter sido uma característica em hominídeos primitivos. A supressão do fechamento imediato da moleira e o aumento da flexibilidade dos ossos da pélvis pode ter permitido o nascimento de uma prole com exacerbado desenvolvimento do sistema nervoso central. A terceira hipótese é de que as alterações na organização do cérebro dos australopitecinos (como o aumento dos lobos frontais) poderia ter dificultado a passagem da prole através do canal vaginal mesmo se o tamanho do cérebro permaneceu relativamente pequeno.

Mesmo assim, o estudo foi importante porque agora existem evidências fortes de que os Australopithecus tinham cérebros maiores que o de chimpanzés e isso desencadeou uma reorganização anatômica ao longo de toda a linhagem que culmino no homem moderno.

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Scritto da Rossetti

Palavra chave: NetNature, Rossetti, Sistema nervoso, Parto, Sutura Metópica, Chimapanzés, Bonobos, Orangotangos, Homem, Australopithecus africanus, Evolução humana.

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