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From traditional medicine to personalized medicine

From prehistory, where medicine started began with plants, minerals and parts of animals; until today, medicine has evolved very quickly. Much of the “fault” of his fact is due to genetics, which allows us to talk about personalized medicine. In the following article we discuss this.

THE EVOLUTION OF DISEASES

To talk about medicine, we have first to know diseases. We cannot think that all diseases are genetic, but there are diseases related to anatomical changes, fruit of our evolution.

Chimpanzees are the closest animal to us, humans, with which we share 99% of our genome. Despite this, humans have very particular phenotypic characteristics as the brain most develop, both in size and expansion of the cerebral cortex; hairless sweaty skin, bipedal posture and prolonged dependence on offspring, allowing the transmission of knowledge for longer; among other.

Possibly, the bipedal position was key to the early development of the divergence between the chimpanzee lineage and that of humans; and is also the reason for the appearance of some diseases related to anatomical factors. Among them are hernias, haemorrhoids, varices, disorders of the spine, such as herniated intervertebral discs; osteoarthritis in the knee joint, uterine prolapse and difficulties in childbirth.

The fact that the pelvis was remodelled (Figure 1) and narrower resulted in obstetric problems millions of years later, when the brain expanded. Consequently, the skull as well. The heads of the foetuses were longer and larger, making birth difficult. This explains why the deliveries of humans are longer and longer compared to those of chimpanzees and other animals.

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Figure 1. Comparison between human pelvis and chimpanzee pelvis in bipedal position (Source: Libros maravillosos – La especie elegida (capítulo 5))

The evolution towards modern life has behaved many changes in every way. In comparison to our hunter-gatherer ancestors (Figure 2), our diet has changed a lot and has nothing to do with what other primates eat. For the latter, the fruit represents most of the intake, but for us it is red meat. In addition, we are the only animals that continue to feed us milk after the lactation period.

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Figure 2. Picture of hunter-gatherer humans (Source: Río Verde en la historia

If we add to the sedentary lifestyle and the limited physical activity of modern humans, it can help explain the seriousness and frequency of some modern human diseases.

Lifestyle can also affect us. For example, myopia, which rate is higher in western individuals who read a lot or do activities of near vision, compared to individuals of Aboriginal’s towns.

Another clear example is the alteration in the female reproductive stage. Currently, women have children more and more later. This is also linked to a decrease in the duration of breastfeeding. These changes, which can be considered socially positive, have negative effects on the health of the reproductive organs. It has been shown that the combination of early menarche, limited or no breastfeeding and later menopause are the main risk factors for breast and ovarian cancer.

Humans increasingly live more years and we want the best quality of life. It is easy for more longevity to appear more diseases, by the deterioration of the organism and its cells.

THE EVOLUTION OF MEDICINE

The history of medicine is the history of the struggle of men against disease and since the beginning of this century, is also the history of human effort to maintain health.

We have acquired the scientific knowledge of medicine based on observation and experience, but it has not always been so. Our ancestors experienced sickness and the fear of death before a rational picture could be made of them, and the medicine of that time was immersed in a system of beliefs, myths and rites.

However, in the last years it has been born personalized genomics, which tells you your risk factors. This opens a door to personalized medicine, which adjusts treatments to patients depending on their genome (Figure 3). It uses information from a person’s genes and proteins to prevent, diagnose and treat a disease, all thanks to the sequencing of the human genome.

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Figure 3. Personalized medicine that treats people individually, according to their genome (Source: Indiana Institute of Personalized Medicine)

Molecular methods that make precision medicine possible include tests of gene variation, proteins, and new treatments targeting molecular mechanisms. With the results of these tests and treatments can determine the state of the disease, predict the future state of the disease, the response to the drug and treatment or even the role of the food we eat at certain times, which results of great help to the doctors to individualize the treatment of each patient.

To do this, we have within our reach the nutrigenetics and the nutrigenomics, that like the pharmacogenetics and the pharmacogenomics, they help the advance of a medicine is more and more directed. Therefore, these disciplines are today one of the pillars of personalized medicine since it involves treating each patient individually and tailor-made.

The evolution towards precision medicine is personalized, preventive, predictive and participatory. There is increasing access to information and the patient is more proactive, getting ahead of problems, preventing them or being prepared to deal with them efficiently.

REFERENCES

  • Varki, A. Nothing in medicine makes sense, except in the light of evolution. J Mol Med (2012) 90:481–494
  • Nesse, R. and Williams, C. Evolution and the origins of disease. Sci Am. (1998) 279(5):86-93
  • Mackenbach, J. The origins of human disease: a short story on “where diseases come from”. J Epidemiol Community Health. (2006) 60(1): 81–86
  • Main picture: Todos Somos Uno

MireiaRamos-angles

Anuncis

De la medicina tradicional a la medicina personalizada

Desde la prehistoria, donde la medicina tuvo sus comienzos con plantas, minerales y partes de animales; hasta día de hoy, la medicina ha evolucionado a pasos de gigante. Gran parte de la “culpa” de este hecho se la debemos a la genética, que nos permite hablar de medicina personalizada. De este tipo de medicina es de la que trata el siguiente artículo.

LA EVOLUCIÓN DE LAS ENFERMEDADES

Para hablar de medicina debemos conocer primero las enfermedades. Pero no podemos pensar que todas las enfermedades son genéticas, sino que existen enfermedades relacionadas con cambios anatómicos, fruto de nuestra evolución.

El chimpancé es el animal actual más cercano a nosotros, los humanos, con el que compartimos el 99% de nuestro genoma. A pesar de esto, los humanos tenemos características fenotípicas muy particulares como el cerebro más desarrollo, tanto a tamaño como a expansión de la corteza cerebral; piel sudorosa sin pelo, postura bípeda y dependencia prolongada de las crías, que permite la transmisión de conocimientos durante más tiempo; entre otras.

Posiblemente, la postura bípeda fue clave para que se produjera pronto la divergencia entre el linaje de chimpancé y el de humanos; y también es la razón de la aparición de algunas enfermedades relacionadas con factores anatómicos. Entre ellas encontramos hernias, hemorroides, varices, desórdenes de la columna, como hernias de los discos intervertebrales; osteoartritis en la articulación de la rodilla, prolapso uterino y dificultades en el parto.

El hecho de que la pelvis se remodelara (Figura 1) y fuera más estrecha resultó en problemas obstétricos millones de años después, cuando el cerebro se expandió y, por consecuencia, el cráneo también. Las cabezas de los fetos eran más largas y grandes dificultando el parto. Esto explica porque los partos de los humanos son más largos y prolongados en comparación con los de los chimpancés y otros animales.

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Figura 1. Comparación de la pelvis en humanos y chimpancés en postura bípeda (Fuente: Libros maravillosos – La especie elegida (capítulo 5))

La evolución hacia la vida moderna nos ha comportado muchos cambios en todos los sentidos. En comparación con nuestros antepasados cazadores y recolectores (Figura 2), nuestra dieta ha cambiado mucho y no tiene nada que ver con lo que comen el resto de primates. Para estos últimos, la fruta representa la mayoría de la ingesta, pero para nosotros lo es la carne roja. Además, somos los únicos animales que seguimos alimentándonos de leche pasado el período de lactancia.

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Figura 2. Imagen de humanos cazadores y recolectores (Fuente: Río Verde en la historia)

Si al cambio en la dieta le añadimos el sedentarismo y la poca actividad física de los humanos modernos, puede ayudar a explicar la gravedad y frecuencia de algunas enfermedades humanas modernas.

El estilo de vida también puede producirnos afectaciones. Por ejemplo la miopía, que su tasa es mayor en individuos occidentales que leen mucho o hacen actividades de visión cercana, en comparación a individuos de pueblos aborígenes.

Otro ejemplo claro es la alteración en la etapa reproductiva femenina. Actualmente las mujeres tienen hijos cada vez más tarde. Esto también va ligado a una disminución de la duración de la lactancia materna. Estos cambios, que socialmente se pueden considerar positivos, tienen efectos negativos sobre la salud de los órganos reproductivos. Está demostrado que la combinación de menarquia precoz, la lactancia limitada o inexistente y una menopausia más tardía son los principales factores de riesgo para cáncer de mama y ovario.

Los seres humanos cada vez vivimos más años y queremos la mejor calidad de vida. Es fácil que a mayor longevidad aparezcan más enfermedades, por el deterioro del organismo y de sus células.

LA EVOLUCIÓN DE LA MEDICINA

La historia de la medicina es la historia de la lucha de los hombres contra la enfermedad y, desde comienzos de este siglo, también es la historia del esfuerzo humano por mantener la salud.

Los conocimientos científicos de la medicina los hemos adquirido basándonos en la observación y en la experiencia, pero no siempre ha sido así. Nuestros antepasados experimentaron las enfermedades y el temor a la muerte antes de poderse hacer una imagen racional de ellas, y la medicina de entonces se hallaba inmersa en un sistema de creencias, mitos y ritos.

Pero en los últimos años ha nacido la genómica personalizada, que te dice tus factores de riesgo. Esto abre una puerta a la medicina personalizada, que ajusta los tratamientos a los pacientes dependiendo de su genoma (Figura 3). Utiliza la información de los genes y proteínas de una persona para prevenir, diagnosticar y tratar una enfermedad, y todo gracias a la secuenciación del genoma humano.

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Figura 3. La medicina personalizada pretende tratar a las personas individualmente, según su genoma (Fuente: Indiana Institute of Personalized Medicine)

Los métodos moleculares que hacen posible la medicina de precisión, incluyen pruebas de variación de genes, proteínas y nuevos tratamientos dirigidos a mecanismos moleculares. Con los resultados de estas pruebas y tratamientos se puede determinar el estado de la enfermedad, predecir el estado futuro de la misma, la respuesta al medicamento y el tratamiento o, incluso, el papel de los alimentos que ingerimos en determinados momentos, lo que resulta de gran ayuda a los médicos a individualizar el tratamiento de cada paciente.

Para ello tenemos a nuestro alcance la nutrigenética y la nutrigenómica, que al igual que la farmacogenética y la farmacogenómica, ayudan al avance de una medicina cada vez más dirigida. Por lo tanto, estas disciplinas son hoy en día uno de los pilares de la medicina personalizada, ya que supone tratar cada paciente de forma individualizada y a medida.

La evolución hacia la medicina de precisión es personalizada, preventiva, predictiva y participativa. Cada vez hay más acceso a la información y el paciente es más proactivo, adelantándose a los problemas, previniéndolos o estar preparados para enfrentarlos eficientemente.

REFERENCIAS

  • Varki, A. Nothing in medicine makes sense, except in the light of evolution. J Mol Med (2012) 90:481–494

  • Nesse, R. and Williams, C. Evolution and the origins of disease. Sci Am. (1998) 279(5):86-93

  • Mackenbach, J. The origins of human disease: a short story on “where diseases come from”. J Epidemiol Community Health. (2006) 60(1): 81–86
  • Foto portada: Todos Somos Uno

MireiaRamos-castella

De la medicina tradicional a la medicina personalitzada

Des de la prehistòria, on la medicina va tenir els seus començaments amb plantes, minerals i parts d’animals; fins a dia d’avui, la medicina ha evolucionat a passos de gegant. Gran part de la “culpa” d’aquest fet li devem a la genètica, que ens permet parlar de medicina personalitzada. D’aquest tipus de medicina és del què tracta el següent article.

L’EVOLUCIÓ DE LES MALALTIES

Per parlar de medicina hem de conèixer primer les malalties. Però no podem pensar que totes les malalties són genètiques, sinó que existeixen malalties relacionades amb canvis anatòmics, fruit de la nostra evolució.

El ximpanzè és l’animal actual més proper a nosaltres, els humans, amb el que compartim el 99% del nostre genoma. Malgrat tot, els humans tenim característiques fenotípiques molt particulars com el cervell més desenvolupat, tan a mida com a expansió de l’escorça cerebral; pell que sua sense pèl, postura bípeda i dependència prolongada de les cries, que permet la transmissió de coneixements durant més temps; entre d’altres.

Possiblement, la postura bípeda va ser clau perquè es produís aviat la divergència entre el llinatge del ximpanzé i el d’humans; i també és la raó de l’aparició d’algunes malalties relacionades amb factors anatòmics. Entre ells trobem hèrnies, morenes, varius, desordres de la columna, com hèrnies dels discos intervertebrals; osteoartritis en l’articulació del genoll, prolapse uterí i dificultats en el part.

El fet de que la pelvis es remodelés (Figura 1) i fos més estreta va resultar en problemes obstètrics milions d’anys després, quan el cervell es va expandir i, per conseqüència, el crani també. Els caps dels fetus eren més llargs i gran, cosa que produïa dificultats en el part. Això explica perquè els parts dels humans són és llargs i prolongats en comparació amb el dels ximpanzés i altres animals.

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Figura 1. Comparació de la pelvis en humans i ximpanzès en postura bípeda (Font: Libros maravillosos – La especie elegida (capítulo 5))

L’evolució cap a la vida moderna ens ha comportat molts canvis en tots els sentits. En comparació amb els nostres avantpassats caçadors i recol·lectors (Figura 2), la nostra dieta ha canviat molt i no té res a veure amb el que mengen la resta de primats. Per aquests últims, la fruita representa la majoria de la ingesta, però per nosaltres ho és la carn vermella. A més, som els únics animals que seguim alimentant-nos de llet passat el període de lactància.

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Figura 2. Imatge d’humans caçadors i recol·lectors (Font: Río Verde en la historia)

Si al canvi en la dieta li afegim el sedentarisme i la poca activitat física dels humans moderns, pot ajudar a explicar la gravetat i la freqüència d’algunes malalties humanes modernes.

L’estil de vida també pot produir-nos afectacions. Per exemple la miopia, que la seva taxa és major en individus occidentals que llegeixen molt o fan activitats de visió de prop, en comparació amb individus de pobles aborígens.

Un altre exemple clar és l’alteració en l’etapa reproductiva femenina. Actualment les dones tenen fills cada vegada més tard. Això també va lligat a una disminució de la duració de la lactància materna. Aquests canvis, que socialment es poden considerar positius, tenen efectes negatius sobre la salut dels òrgans reproductius. Està demostrat que la combinació de menarquia precoç, la lactància limitada o inexistent i una menopausa més tardana són els principals factors de risc pel càncer de mama i ovari.

Els éssers humans cada vegada vivim més anys i volem la millor qualitat de vida. És fàcil que a major longevitat apareguin més malalties, pel deteriorament de l’organisme i de les seves cèl·lules.

L’EVOLUCIÓ DE LA MEDICINA

La història de la medicina és la història de la lluita dels homes contra les malalties i, des de començaments d’aquest segle, també és la història de l’esforç humà per mantenir la salut.

Els coneixements científics de la medicina els hem adquirit basant-nos en l’observació i en l’experiència, però no sempre ha sigut així. Els nostres avantpassats van experimentar les malalties i la por a la mort abans de poder-se fer una imatge racional d’elles, i la medicina de llavors es trobava immersa en un sistema de creences, mites i rituals.

Però en els últims anys ha nascut la genòmica personalitzada, que et diu els teus factors de risc. Això obre una porta a la medicina personalitzada, que ajusta els tractaments als pacients depenent del seu genoma (Figura 3). Utilitza la informació dels gens i proteïnes d’una persona per prevenir, diagnosticar i tractar una malaltia, i tot gràcies a la seqüenciació del genoma humà.

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Figura 3. La medicina personalitzada pretèn tractar a les persones individualment, segons el seu genoma (Font: Indiana Institute of Personalized Medicine)

Els mètodes moleculars que fan possible la medicina de precisió, inclouen proves de variació de gens, proteïnes i nous tractaments dirigits a mecanismes moleculars. Amb els resultats d’aquests proves i tractaments es pot determinar l’estat de la malaltia, predir l’estat futur d’aquesta mateixa, la resposta al medicament i el tractament o, inclús, el paper dels aliments que ingerim en determinats moments, el que resulta de gran ajuda als metges a individualitzar el tractament de cada pacient.

Per això tenim al nostre abast la nutrigenètica i la nutrigenòmica, que a l’igual que la farmacogenètica i la farmacogenòmica, ajuden a l’avenç d’una medicina cada vegada més dirigida. Per tant, aquestes disciplines són avui en dia un dels pilars de la medicina personalitzada, ja que suposa tractar cada pacient de forma individualitzada i a mida.

L’evolució cap a la medicina de precisió és personalitzada, preventiva, predictiva i participativa. Cada vegada hi ha més accés a la informació i el pacient és més proactiu, avançant-se als problemes, prevenint-los i estant preparats per enfrontar-los eficientment.

REFERÈNCIES

  • Varki, A. Nothing in medicine makes sense, except in the light of evolution. J Mol Med (2012) 90:481–494
  • Nesse, R. and Williams, C. Evolution and the origins of disease. Sci Am. (1998) 279(5):86-93
  • Mackenbach, J. The origins of human disease: a short story on “where diseases come from”. J Epidemiol Community Health. (2006) 60(1): 81–86
  • Foto portada: Todos Somos Uno

MireiaRamos-catala

Manos libres en el Plioceno

En el artículo anterior descubrimos los cambios anatómicos asociados al bipedismo en los primeros homínidos y la posible relación de la selección de esta característica con un cambio climático. ¿Es el bipedismo un rasgo que nos hace humanos? ¿Qué ventajas supone respecto a otros animales cuadrúpedos?

¿QUÉ ES EL PLIOCENO?

Desde el origen de nuestro planeta, los geólogos han dividido el tiempo en distintas divisiones en millones de años: los eones (Arcaico, Proterozoico y Fanerozoico), que a su vez se dividen en distintas eras.  El Fanerozoico (desde 542 M.a hasta la actualidad) se divide en tres eras, de más antigua a más moderna: Paleozoico, Mesozoico y Cenozoico. En este enlace puedes ver con más detalle todas las épocas y los principales hitos biológicos.

cenozoicoDetalle del Cenozoico. (Fuente: Granada Natural)

El Mioceno es la época en la que aparecen los hominoideos, siendo Proconsul el género más conocido y no es hasta el Plioceno cuando aparecen, entre otros, los Australopithecus. Homo sapiens no aparecemos hasta el Holoceno, un pestañeo en la historia del planeta, como suele decirse.

Habitualmente los cambios climáticos que se han ido sucediendo a lo largo de la historia del Tierra, suponen la extinción, diversificación y aparición de nuevas especies, y lo mismo sucede con nuestra rama evolutiva: muchos autores relacionan las fluctuaciones climáticas con hitos evolutivos en los homininos. Si es de tu interés en este interactivo podrás profundizar en este tema.

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Disposición de los continentes en el Mioceno después del choque de la placa Índica con la Euroasiática. (Foto de The Burgess Shale)

Uno de esos cambios climáticos (causado por el choque de las placas tectónicas Índica y Euroasiática, dando lugar al Himalaya y modificando las corrientes de viento) fue el responsable de la desaparición de grandes extensiones de bosques húmedos, dando paso a un paisaje más arbustivo o de sabana. Los hominoideos que se quedaron en el bosque, dieron lugar a los simios no humanos actuales, mientras que los que ocuparon el mosaico de sabana-árboles dieron lugar a los homininos, nuestro linaje.  ¿Qué supone ser bípedo en ese paisaje?

VENTAJAS DEL BIPEDISMO

  • Manos libres: al no necesitar dos extremidades para desplazarse, se pueden utilizar para transportar alimentos y las crías. Se pueden alcanzar frutos de los árboles sin subirse a ellos y más adelante, permitirá la manipulación de utensilios, la caza y las manifestaciones culturales.
  • Menos calor: el hecho de no ofrecer toda la superficie de la espalda al sol, y al separar el cuerpo del suelo caliente, permite sobrellevar mejor las altas temperaturas y sobrevivir con menos agua.
  • Más energía: andar sobre dos patas consume menos energía que hacerlo a cuatro. Unido a la ventaja anterior, permite recorrer distancias más largas con menos alimento, algo importante en un entorno en el que constantemente hay que huir o buscar comida. Tenemos una gran resistencia para andar o correr muchos kilómetros en comparación con los cuadrúpedos.
  • Mejor campo visual: al tener los ojos en una posición más elevada, pueden detectarse antes posibles depredadores por encima de los arbustos o ahuyentarlos con piedras en caso de necesidad. También es más fácil divisar fuentes de alimento.
  • Apariencia intimidatoria: la postura erguida aumenta aparentemente el tamaño corporal y puede evitar enfrentamientos con ciertos depredadores.
  • Mejor comunicación: la inserción del cráneo con la columna, deja suficiente espacio para que las cuerdas vocales permitan, con el paso del tiempo, la aparición del lenguaje articulado. Aunque el resto de simios actuales tuvieran la misma capacidad cerebral para hablar que nosotros, morfológicamente les es imposible por la estructura de su aparato fonador.
Algunas ventajas del bipedismo. (Ilustración de Karen Carr Studios)
Algunas ventajas del bipedismo. (Ilustración de Karen Carr Studios)

DESVENTAJAS DEL BIPEDISMO

  • Menor velocidad: en distancias cortas, correr a dos patas es más lento que a cuatro, en caso de un ataque inesperado por un depredador, disminuyen las probabilidades de escapar.
  • Dolor de espalda: las tensiones a las que está sometida la columna y piernas a lo largo de la vida debido a la postura erguida es la causa más probable de los dolores de espalda, rodilla, cadera y pies que padece una gran parte de la población mundial.
  • Peligro en el parto: el estrechamiento del canal de parto debido a la estructura de nuestra pelvis, unido al gran tamaño del cráneo de las crías, provoca más dolor y complicaciones en los partos humanos en comparación con otros mamíferos cuadrúpedos.
Canal del parto en una mujer (izquierda) y una chimpancé (derecha). Foto tomada de Jose Mª Bermúdez de Castro
Canal del parto en una mujer (izquierda) y una chimpancé (derecha). Foto tomada de Jose Mª Bermúdez de Castro

Así pues, a pesar de las desventajas, en un ambiente cálido, más bien árido y con pocos árboles para refugiarse de los depredadores, sobrevivieron los hominoideos que eran bípedos. Podemos considerar nuestro bipedismo como un rasgo que nos hace humanos, ya que es exclusivo entre los animales: sólo las aves son totalmente bípedas -como algunos dinosaurios extintos-, y exceptuando el pingüino -de andares torpes-,  su columna vertebral no es perpendicular al suelo, como la nuestra.

REFERENCIAS

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Hands-free in the Pliocene

In the previous post we discovered the anatomical changes associated with bipedalism in early hominids and the relationship of the selection of this feature with climate change. Is bipedalism a trait that makes us human? What are the advantages over other quadruped animals?

WHAT IS THE PLIOCENE?

Since the origin of our planet, geologists have divided time into different divisions of millions of years: the eons (Archean, Proterozoic and Phanerozoic), which in turn are divided into different eras. The Phanerozoic (from 542 Ma to present) is divided into three eras, from oldest to newest: Paleozoic, Mesozoic and Cenozoic. In this link you can see  the major biological milestones for each epoch.

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Cenozoic detail. Full image

The Miocene is the time when the hominoids appear, (Proconsul is the most famous genus) and in the Pliocene appears, among others, Australopithecus. Homo sapiens do not appear until the Holocene, a blink in the planet’s history, as they say.

Usually the climate changes that have been happening throughout the history of Earth, represent extinction, diversification and new species, and so does our evolutionary branch: many authors relate climatic fluctuations with milestones of hominins. If you are interested in this interactive you can investigate this issue.

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Position of the continents in the Miocene after the collision between the Eurasian and Indica plates. (Photo by The Burgess Shale)

One of these climatic changes (caused by the collision of the Eurasian and Indica tectonic plates,  giving rise to the Himalayas and changing wind currents) was responsible for the disappearance of large tracts of rainforest, giving way to a landscape shrub or savanna. Hominoids who stayed in the forest, led to the current nonhuman apes, while those who occupied the savannatrees mosaic led to hominins, our lineage. What are the advantatges of bipedalism in that landscape?

ADVANTATGES OF BIPEDALISM

  • Handsfree: the two free limbs can be used to transport food and offspring. You can reach fruit trees without stepping on them and later, will allow the manipulation of tools, hunting and cultural events.
  • Less heat: without offering the entire back surface to the sun, and separating the body from the hot ground, it allows cope better with high temperatures and survive with less water.
  • More energy: walking on two legs consumes less energy than walking on four. This allow walking longer distances with less food, which is important in an environment where you have to flee or find food constantly. We have a great strength to walk or run many kilometers compared with quadrupeds.
  • Best visual field: the eyes have a higher position and can detect potential predators over shrubs or drive them away with stones if necessary. It is also easier to spot food sources.
  • Intimidating appearance: upright posture appears to increase body size and can avoid confrontations with certain predators.
  • Better communication: the insertion of the skull with the spine, leaving enough space for the vocal cords allow, over time, the appearance of articulate speech. Although other apes had the same brain capacity to talk, morphologically it is impossible because of the structure of their vocal apparatus.
Algunas ventajas del bipedismo. (Ilustración de Karen Carr Studios)
Some advantatges of bipedalism. (Illustration by Karen Carr Studios)

DISADVANTAGES OF BIPEDALISM

  • Low speed: for short distances, running on two legs is slower than four, in case of an unexpected attack by a predator, the chance to escape decreases.
  • Back pain: the stress that suffers our spine and legs throughout life due to upright posture, is the most likely cause of back pain, knees, hips and feet that suffer a large part of the world population.
  • Birth complications: our birth canal is narrower due to the structure of our pelvis, plus the large size of the skull of the young, it causes more pain and complications in human births compared to other mammalian quadrupeds.
Canal del parto en una mujer (izquierda) y una chimpancé (derecha). Foto tomada de Jose Mª Bermúdez de Castro
Birth canal in a woman (left) and a chimpanzee (right). (Photo taken of Jose Mª Bermúdez de Castro)

Thus, despite the disadvantages, in a warm environment, rather arid and with few trees for shelter from predators, who survived were bipedal hominoids. We consider our bipedalism as a trait that makes us human, as it is unique among animals: only birds are fully bipedal -like some extinguished dinosaurs, and except the penguin -with clumsy gait, their spine is not perpendicular to the ground, like ours.

REFERENCES

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Mans lliures al Pliocè

A l’article anterior vam descobrir els canvis anatòmics associats al bipedisme en els primers homínids i la possible relació de la selecció d’aquesta característica amb un canvi climàtic. És el bipedisme un tret que ens fa humans? Quins avantatges suposa respecte d’altres animals quadrúpedes?

¿QUÈ ÉS EL PLIOCÈ?

Des de l’origen del nostre planeta, els geòlegs han dividit el temps en diferents divisions en milions d’anys: els eons (Arcaic, Proterozoic i Fanerozoic), que al seu torn es divideixen en diferents eres. El Fanerozoic (des 542 M.a fins a l’actualitat) es divideix en tres eres, de més antiga a més moderna: Paleozoic, Mesozoic i Cenozoic. En aquest enllaç pots veure amb més detall totes les èpoques i les principals fites biològiques.

cenozoicoDetall del Cenozoic. (Font: Granada Natural)

El Miocè es l’època en la que apareixen els hominoïdeus, essent Proconsul el gènere més conegut i no és fins el Pliocè quan apareixen, entre d’altres, els Australopithecus. Homo sapiens no apareixem fins l’Holocè, un parpelleig en la història del planeta, com se sol dir.

Habitualment els canvis climàtics que s’han anat succeint al llarg de la història del Terra, suposen l’extinció, diversificació i aparició de noves espècies, i el mateix passa amb la nostra branca evolutiva: molts autors relacionen les fluctuacions climàtiques amb fites evolutives en els hominins. Si és del teu interès en aquest interactiu podràs profunditzar en aquest tema.

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Disposició dels continents en el Miocè després del xoc de la placa Índica amb la Euroasiàtica.(Foto de The Burgess Shale)

Un d’aquests canvis climàtics (causat pel xoc de les plaques tectòniques Índica i Euroasiàtica, donant lloc a l’Himàlaia i modificant els corrents de vent) va ser el responsable de la desaparició de grans extensions de boscos humits, donant pas a un paisatge més arbustiu o de sabana. Els hominoïdeus que es van quedar al bosc, van donar lloc als simis no humans actuals, mentre que els que van ocupar el mosaic de sabanaarbres van donar lloc als hominins, el nostre llinatge. Què suposa ser bípede en aquest paisatge?

AVANTATGES DEL BIPEDISME

  • Mans lliures: en no necessitar dues extremitats per desplaçar-se, es poden utilitzar per transportar aliments i les cries. Es poden aconseguir fruits dels arbres sense pujar a ells i més endavant, permetrà la manipulació d’estris, la caça i les manifestacions culturals.
  • Menys calor: el fet de no oferir tota la superfície de l’esquena al sol, i en separar el cos del sòl calent, permet suportar millor les altes temperatures i sobreviure amb menys aigua.
  • Més energia: caminar sobre dues potes consum menys energia que fer-ho a quatre. Unit a l’avantatge anterior, permet recórrer distàncies més llargues amb menys aliment, cosa important en un entorn en el qual constantment cal fugir o cercar menjar. Tenim una gran resistència per caminar o córrer molts quilòmetres en comparació amb els quadrúpedes.
  • Millor camp visual: en tenir els ulls en una posició més elevada, es poden detectar abans possibles depredadors per sobre dels arbusts o foragitar-los amb pedres en cas de necessitat. També és més fàcil albirar fonts d’aliment.
  • Apariència intimidatòria: la postura alçada augmenta aparentment la mida corporal i pot evitar enfrontaments amb certs depredadors.
  • Millor comunicació: la inserció del crani amb la columna deixa suficient espai perquè les cordes vocals permetin, amb el pas del temps, l’aparició del llenguatge articulat. Encara que la resta de simis actuals tinguessin la mateixa capacitat cerebral per parlar que nosaltres, morfològicament els és impossible per l’estructura del seu aparell fonador.
Algunas ventajas del bipedismo. (Ilustración de Karen Carr Studios)
Alguns avantatges del bipedisme. (Il·lustració de Karen Carr Studios)

DESAVANTATGES DEL BIPEDISME

  • Menys velocitat: en distàncies curtes, córrer a dues potes és més lent que a quatre. En cas de l’atac inesperat d’un depredador, disminueixen les probabilitats d’escapar.
  • Mal d’esquena: les tensions a les quals està sotmesa la columna i cames al llarg de la vida a causa de la postura alçada és la causa més probable dels dolors d’esquena, genoll, maluc i peus que pateix una gran part de la població mundial.
  • Perill durant el part: l’estrenyiment del canal de part a causa de l’estructura de la nostra pelvis, unit al gran mida del crani de les cries, provoca més dolor i complicacions en els parts humans en comparació amb d’altres mamífers quadrúpedes.
Canal del parto en una mujer (izquierda) y una chimpancé (derecha). Foto tomada de Jose Mª Bermúdez de Castro
Canal del part en una dona(esquerra) i una ximpanzé(dreta). Foto presa de Jose Mª Bermúdez de Castro

Així doncs, tot i els desavantatges, en un ambient càlid, més aviat àrid i amb pocs arbres per refugiar-se dels depredadors, van sobreviure els hominoïdeus que eren bípedes. Podem considerar el nostre bipedisme com un tret que ens fa humans, ja que és exclusiu entre els animals: només les aus són totalment bípedes -com alguns dinosaures extingits-, i exceptuant el pingüí -de caminars maldestres, la seva columna vertebral no és perpendicular al terra, com la nostra.

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Lucy en el suelo con diamantes

Seguramente uno de los responsables de que estés leyendo este post fue el cambio climático que tuvo lugar hace unos 6 millones de años. El levantamiento del Valle del Rift provocó un enfriamiento y sequedad del África subsahariana, que favoreció la extensión de la sabana en detrimento de los bosques y la evolución de los primeros homininos que ya caminaban de pie. El más famoso de todos ellos es sin duda, Lucy. Te animamos a conocer a Australopithecus afarensis y la anatomía asociada al bipedismo.

¿QUIÉN ERA LUCY?

Hace poco más de 40 años, Donald Johanson descubrió un esqueleto parcial (AL-288-1) de 3,2 millones de antigüedad en Hadar, Etiopía. Era la especie más antigua de hominino descubierta y desconocida hasta el momento. Por la noche, mientras celebraba el hallazgo con su equipo, sonaba la canción de los Beatles Lucy in the Sky with Diamonds, que dio el apodo a esos restos fósiles. Pertenecen a la especie Australopithecus afarensis (mono meridional de Afar).

Reproducción de Lucy del Museum national d'histoire naturelle, Paris. (Foto: autor desconocido, Wikimedia)
Reproducción de Lucy en el Museum National d'Histoire Naturelle, Paris. (Foto: autor desconocido, Wikimedia)

Actualmente A. afarensis es uno de los homininos tempranos mejor conocidos, ya que se han hallado restos de centenares de individuos, machos, hembras y crías.

ANATOMÍA

La media de altura y peso de A. afarensis era de 1,05 m y 29 kg para las hembras y 1,51 m  y 42 kg para los machos, bastante más pequeños comparado con nosotros. El volumen cerebral también era pequeño, de 387 a 550 cm cúbicos (parecido a un chimpancé actual).  Los brazos y dedos eran más largos que los nuestros, cosa que les permitía un buen desplazamiento por los árboles, y las piernas, aunque más cortas, ya presentaban características que les permitían un bipedismo (caminar sobre dos pies) completo. La frente era estrecha y las mandíbulas estaban situadas hacia delante (prognatismo) , con un gran espacio para músculos masticadores. Su dieta era principalmente herbívora.

Representación de Lucy por Elisabeth Daynès, con las huellas de Laetoli, en CosmoCaixa Barcelona. (Foto: Mireia Querol)
Representación de Lucy por Elisabeth Daynès, con las huellas de Laetoli, en CosmoCaixa Barcelona. (Foto: Mireia Querol)

RASGOS ANATÓMICOS DEL BIPEDISMO

A. afarensis ya presentaba las adaptaciones necesarias para andar como nosotros, aunque quizá no es hominino bípedo más antiguo: Orrorin tugenensis (6,2-5,6 m.a) es el aspirante a ser unos de los primeros miembros del linaje humano que caminaron erguidos.

Comparativa entre los esqueletos de un humano actual (Homo sapiens), un A. afarensis y un chimpancé (Pan troglodytes). (Foto: H. sapiens autor desconocido, A. afarensis John C. Phillips/Arizona State University Research Magazine, chimpancé Udo M. Savalli).
Comparativa entre los esqueletos de un humano actual (Homo sapiens), un A. afarensis y un chimpancé (Pan troglodytes). (Foto: H. sapiens autor desconocido, A. afarensis John C. Phillips, chimpancé Udo M. Savalli).
  • Foramen magnum: la médula espinal pasa a través de una abertura en el cráneo, el foramen magnum. En el chimpancé está situada en la parte posterior del cráneo, mientras que en A. afarensis ya se encuentra en la base, cosa que permite asentar una columna vertical.
  • Columna vertebral: la zona lumbar y cervical de la columna humana són más curvas, tenemos una columna en forma de S. El centro de gravedad del cuerpo queda en la línea media de los pies y permite una flexión de la columna al andar, por esta razón cuando los chimpancés andan sobre dos pies, se tambalean para mantener el equilibrio al tener una columna más recta.
  • Caja torácica: A. afarensis aún presenta un tórax bastante cónico para albergar un mayor sistema digestivo debido a la dieta hervíbora y una mejor movilidad de los hombros para trepar. H. sapiens la tenemos con forma de barril, que facilita el balanceo de los brazos para un mejor equilibrio al caminar y una mejor flexión del torso.
  • Pelvis: la pelvis humana es más corta y ancha que la de otros primates, para permitir mejor una movilidad con la base de la columna, pero el canal de parto se estrecha.
  • Pies: el dedo gordo de A. afarensis, como el nuestro, está alineado con el resto, la planta es arqueada y el amplio talón permite al pie impulsarse mediante los dedos y absorber los impactos al caminar.
  • Fémur: debido al bipedismo la superficie de las articulaciones es amplia y se halla en ángulo hacia el centro de gravedad del cuerpo. En el chimpancé son más cortos, menos inclinados y con unas articulaciones menores.

LAS HUELLAS DE LAETOLI

Huellas de Laetoli, Tanzania. (Foto: Science Library)
Huellas de Laetoli, Tanzania. (Foto: Sciencephoto Library)

Más de 2.000 kms al sur donde fue encontrada Lucy, en Laetoli (Tanzania), Mary Leakey descubrió en 1978 el rastro bípedo más antiguo conocido (3,6 millones de años) de probablemente 4 homininos que caminaban por la sabana abierta, junto con las huellas de otros animales como el extinto caballo Hipparion, un ave, un babuino y un ciempiés. Las huellas quedaron fijadas en las cenizas del volcán Sadiman y se atribuyen a A. afarensis. Hay 69 huellas, algunas superpuestas a otras intencionalmente, quizá como estrategia para no dejar rastro. El dedo gordo es paralelo al resto y de huella profunda y el talón está bien marcado, cosa que confirma un paso completamente bípedo.

¿Pero por qué ha sido tan importante el bipedismo en el proceso de hominización, hacia la aparición de Homo sapiensEntra aquí para descubrirlo.

Representación de A. afarensis por John Gurche. (Foto: Chip Clark)

Representación de A. afarensis por John Gurche. (Foto: Chip Clark)

 

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