Non solo geni: il microbiota nell’evoluzione del cervello umano

Foto: Shawn Day/Unsplash

Tra il cervello e l’intestino c’è un filo diretto: un sistema di comunicazione basato su un linguaggio di segnali biochimici, attraverso cui questi due organi si influenzano a vicenda fin dalle prime fasi dello sviluppo dell’individuo. Studi preliminari hanno mostrato che il microbiota intestinale – l’insieme variegato di microrganismi che abita permanentemente il tratto intestinale umano – è centrale non solo per la funzionalità del nostro sistema digerente, ma anche per il corretto sviluppo del sistema immunitario e, non ultimo, del sistema nervoso.

Se il nostro ecosistema interno ricopre nel normale sviluppo di alcune funzioni vitali primarie, si apre una nuova domanda di ricerca: è possibile che il microbiota intestinale abbia contribuito all’evoluzione del cervello umano, con tutte le peculiarità che hanno probabilmente determinato il successo biologico della nostra specie?

A questa domanda prova a rispondere, con una ricerca pilota, un gruppo di ricercatrici e ricercatori statunitensi, guidati dalla biologa Katherine Amato della Northwestern University. In un articolo pubblicato sulla rivista scientifica PNAS a gennaio 2026, il gruppo di ricerca presenta i risultati di uno studio definito il primo nel suo genere: gli studiosi hanno trapiantato il microbiota intestinale da specie all'altra e hanno osservato cosa succedeva al cervello degli organismi riceventi.

Come il microbiota influisce sul cervello

I ricercatori hanno confrontato tre specie di primati molto diverse tra loro per quanto riguarda lo sviluppo del cervello: l’essere umano, che ha un cervello “eccezionalmente grande per la sua taglia corporea”; il macaco, che è evolutivamente vicino alla nostra specie ma ha un cervello di dimensioni ridotte; e il saimiri boliviano (anche detto scimmia scoiattolo), una piccola scimmia sudamericana che, rispetto alla sua stazza, ha un cervello piuttosto sviluppato. Gli scienziati hanno prelevato campioni del loro microbiota intestinale e li hanno trapiantati in topi sterili (cioè allevati in laboratorio in modo da non essere colonizzati da alcun microrganismo), per osservare in che modo le tre diverse colonie microbiche influiscono sulla struttura del cervello di questi animali.

I risultati mostrano che i topi che hanno ricevuto il microbiota intestinale proveniente dalle tre specie “esibiscono differenze visibili nell’espressione genica cerebrale”. In particolare, queste differenze emergono nell’area della corteccia frontale, che negli umani è quella più recente dal punto di vista evolutivo. In più, i topi che hanno ricevuto i microbi delle tre specie presentano le stesse differenze cerebrali che si riscontrano tra i “veri” rappresentanti dei primati.

I ricercatori osservano anche un altro risultato interessante: i pattern di espressione genica cerebrale sono simili nei topi che hanno ricevuto il microbiota umano e quello del saimiri boliviano, ed entrambi questi modelli mostrano una chiara distanza dai topi con microbiota di macaco. Questo dato conferma la predizione avanzata dai ricercatori, che si aspettavano di trovare strutture simili tra umani e saimiri, poiché entrambe le specie presentano un cervello molto grande rispetto alle dimensioni corporee complessive. Dato che in entrambe le specie sono maggiormente espressi i geni legati a caratteristiche essenziali per sostenere un cervello di grandi dimensioni, secondo i ricercatori saremmo di fronte a un caso di evoluzione convergente: di fronte a una stessa necessità o pressione selettiva (in questo caso: un cervello più energivoro), due specie diverse sviluppano caratteristiche simili partendo da percorsi biologici indipendenti.

Cervelli energivori

In particolare, i cervelli dei topi il cui intestino ha accolto il microbiota degli umani e delle scimmie scoiattolo presentano un incremento dell’espressione di geni coinvolti nella fosforilazione ossidativa (la fase della respirazione cellulare in cui si produce ATP, essenziale per l’immagazzinamento dell’energia), nel metabolismo del glucosio, che il cervello consuma in abbondanza, e nella plasticità sinaptica, cioè il costante rimodellamento delle connessioni tra i neuroni in base alle interazioni con il mondo esterno. Queste osservazioni rafforzano l’idea che ci sia una correlazione tra il microbiota delle varie specie e le caratteristiche specifiche indotte nei cervelli dei topi sottoposti all’esperimento: un cervello più grande richiede più energia, e funzioni più complesse dipendono da una maggiore capacità di modificare plasticamente i tessuti in base alle esigenze. Lo studio suggerisce che il lento cambiamento nella composizione del microbiota intestinale potrebbe aver contribuito a supportare, nel corso dell’evoluzione, le richieste energetiche e morfologiche di un cervello in espansione.

Un ruolo anche nello sviluppo di un cervello 'tipico'?

Un’altra differenza rilevante osservata nei cervelli murini analizzati riguarda l’espressione di alcuni geni di cui è nota, negli umani, l’associazione con alcune condizioni psichiatriche e del neurosviluppo, come l’ADHD, il disturbo bipolare, la schizofrenia e le manifestazioni dello spettro autistico. Nei topi che avevano ricevuto microbiota umano, l’espressione di questi geni era sottoregolata (cioè ridotta); al contrario, gli stessi geni risultavano sovraespressi nei topi con microbiota di macaco. Questi geni, scrivono gli autori, “sono tipicamente intolleranti alle mutazioni”: significa che, nel corso dell’evoluzione, la selezione naturale ha eliminato le mutazioni e ne ha conservato la struttura. Il microbiota umano potrebbe contribuire a influenzare la regolazione di geni essenziali per una sana funzionalità del cervello.

Si guarda al futuro

I dati ottenuti da questo studio non sono conclusivi, come ammette lo stesso gruppo di ricerca: in primo luogo, per validare queste prove sarà necessario ripetere gli esperimenti includendo altre specie di primati non umani, così da ricostruire in modo più completo la storia del processo di espansione del cervello umano. Inoltre, i dati raccolti non dimostrano una relazione di causalità tra il microbiota intestinale e l’evoluzione del cervello umano; tuttavia, secondo i ricercatori si tratta di correlazioni difficili da considerare casuali, e che indicano che il microbiota intestinale potrebbe aver avuto grande importanza – in concomitanza con molti altri fattori ambientali, comportamentali e sociali – nell’encefalizzazione di alcuni primati.

Se, come i ricercatori sperano, questi risultati saranno confermati da studi futuri, dovremo rivedere un’idea piuttosto radicata: che l’evoluzione sia una storia scritta soltanto dai nostri geni, e dalla loro interazione con l’ambiente e con le sue pressioni selettive. Invece potrebbe essere, almeno in parte, anche una storia scritta dai microbi che, da sempre, vivono con noi, e che potrebbero aver contribuito a farci diventare ciò che siamo oggi.