Por qué los cerebros de mamíferos y aves son más grandes, según un estudio

El enigma de por qué algunos vertebrados, como mamíferos y aves, desarrollaron cerebros proporcionalmente grandes, mientras que otros, como peces y anfibios, presentan cerebros mucho más pequeños, intrigó a la biología evolutiva durante décadas.

Un estudio internacional liderado por el Max Planck Institute of Animal Behavior y publicado en Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) aporta una explicación integral: la capacidad de mantener una temperatura corporal elevada y la producción de crías grandes son los factores clave que permitieron la encefalización en ciertos linajes de vertebrados.

La variabilidad en el tamaño cerebral entre vertebrados es notable. Según la Max Planck Society, incluso entre especies de tamaño corporal similar, el tamaño del cerebro puede variar hasta cien veces. Mamíferos y aves encabezan la lista con los cerebros más grandes en relación con su cuerpo, seguidos por tiburones y reptiles, mientras que anfibios y la mayoría de los peces óseos se sitúan en el extremo opuesto, con los cerebros más pequeños.

Esta disparidad no se explica únicamente por diferencias en la complejidad social o ecológica, ya que, como señala el estudio, incluso aves y mamíferos con dietas y estructuras sociales simples superan ampliamente en tamaño cerebral a peces con sistemas sociales complejos.

La llamada hipótesis del cerebro costoso fue central para entender estas diferencias. De acuerdo las investigaciones, el cerebro es un órgano que demanda energía de forma constante, sin posibilidad de reducir su consumo durante el sueño o el ayuno.

Por tanto, el crecimiento cerebral solo es viable si el organismo puede generar la energía adicional necesaria o si el aumento de capacidad cognitiva compensa con creces el coste energético, permitiendo sobrevivir y reproducirse aunque sea a un ritmo más lento. Esta hipótesis se confirmó en varios grupos: por ejemplo, los primates que no enfrentan periodos de escasez alimentaria tienden a tener cerebros más grandes, y las aves sedentarias superan en tamaño cerebral a las migratorias.

El estudio evaluó dos predicciones principales de la hipótesis del cerebro costoso en una muestra de 2.600 especies de vertebrados. En primer lugar, analizó el papel de la inversión parental, especialmente la producción de crías grandes y el cuidado antes y después del nacimiento.

Los resultados muestran que la protección y provisión parental, tanto en la fase de huevo como en la de embrión, se asocian con la evolución de crías de mayor tamaño, lo que a su vez permite el desarrollo de cerebros más grandes en la adultez. Este patrón se observa de forma clara en mamíferos, aves y peces cartilaginosos (como los tiburones), pero no en reptiles, anfibios ni la mayoría de los peces óseos.

En segundo lugar, el estudio examinó la influencia de la temperatura corporal. Según la Max Planck Society, las especies capaces de mantener una temperatura corporal elevada y estable pueden permitirse cerebros más grandes, ya que el rendimiento cerebral mejora en ambientes cálidos.

Esta relación positiva entre temperatura corporal y tamaño cerebral se confirmó en todos los grupos analizados, aunque solo alcanzó significación estadística en los linajes más encefalizados: mamíferos, aves y peces cartilaginosos. Además, el análisis conjunto reveló un efecto sinérgico: la combinación de crías grandes y temperatura corporal alta potencia el desarrollo de cerebros grandes.

La endotermia, es decir, la capacidad de generar y mantener el calor corporal independientemente del ambiente, emerge así como un factor decisivo. Mamíferos y aves, ambos endotermos, presentan cerebros aproximadamente diez veces más grandes que los de los ectotermos (animales cuya temperatura depende del entorno) de tamaño similar.

Sin embargo, la endotermia por sí sola no basta para explicar todas las diferencias: la inversión parental es igualmente crucial. Por ejemplo, los tiburones, aunque son ectotermos, pueden mantener temperaturas corporales elevadas gracias a adaptaciones fisiológicas y comportamentales, y además producen crías grandes, lo que explica su tamaño cerebral comparable al de aves y mamíferos.

El caso de los tiburones ilustra cómo ciertas excepciones confirman la regla general. Según la Max Planck Society, muchos tiburones viven en aguas cálidas y presentan crías grandes, lo que les permite desarrollar cerebros de tamaño similar a los de los vertebrados endotermos.

En estos peces cartilaginosos, la temperatura corporal puede superar en hasta 20 ℃ (68 ℉) la del agua circundante, gracias a mecanismos como la producción muscular de calor y la circulación sanguínea contracorriente.

Por el contrario, reptiles y peces óseos, aunque en algunos casos pueden elevar su temperatura corporal mediante el comportamiento (como el asoleo en reptiles), suelen estar limitados por la variabilidad ambiental y la falta de cuidado parental intensivo, lo que restringe su encefalización.

La evolución de la endotermia probablemente no se debió originalmente a la necesidad de cerebros grandes, sino a otras ventajas adaptativas, como la actividad nocturna en mamíferos o el vuelo sostenido en aves.

Solo posteriormente estas innovaciones fisiológicas abrieron la puerta al crecimiento cerebral. Además, la investigación destaca que la evolución de crías grandes está facilitada por la fertilización interna, una condición presente en los linajes más encefalizados.

El profesor Carel von Schaik, del Max Planck Institute of Animal Behavior, resume la importancia de estos hallazgos: “Los humanos tuvimos la suerte de ser de sangre caliente. Además, nuestros bebés son grandes y reciben alimento durante años. Esto permitió la evolución de uno de los cerebros más grandes de todos los vertebrados en relación con el peso”.

A pesar de la solidez de los resultados, los autores reconocen ciertas limitaciones, como la escasez de datos sobre el cuidado postnatal en ectotermos y sobre las temperaturas corporales en algunos grupos. Sin embargo, tanto Max Planck Society, en el estudio publicado en PNAS, afirma que la combinación de inversión parental y temperatura corporal elevada explica de forma coherente la distribución del tamaño cerebral en los vertebrados.

En última instancia, la investigación publicada en PNAS concluye que la encefalización solo pudo prosperar cuando los padres lograron invertir más en cada cría y mantener temperaturas corporales elevadas. Estas innovaciones independientes permitieron a los organismos aprovechar los beneficios cognitivos y sensoriomotores de cerebros más grandes, desencadenando procesos coevolutivos que hicieron posible la aparición de linajes con cerebros excepcionalmente desarrollados, como el humano.