Credit: ILLUSTRATION BY PHIL DISLEY

A lo largo de millones de años, los seres humanos evolucionaron a partir de simios arborícolas hasta convertirse en Homo sapiens, capaces de un atletismo de élite1. En pocas palabras, evolucionamos para correr. Mientras los primeros homínidos experimentaban intensos cambios esqueléticos y metabólicos, también se produjeron importantes cambios en sus cerebros2. Proponemos que estos cambios nos han hecho dependientes del ejercicio físico y mental para mantener la salud cerebral. El ejercicio no sólo ayuda a los músculos: activa nuestro cerebro, sobre todo a través de una vía que contribuye a aumentar el número de conexiones neuronales.

Most humans today do not live in an environment where they must chase down meat.

Most humans today do not live in an environment where they must exercise regularly to chase down meat. For many, exercise is no longer an integral part of daily life, leading to a host of modern ailments.

In short, we think that exercise is not just important for general health — it is essential to the molecular memory of who we are. Without it, we are at risk of being obese and diabetic, and of developing diseases linked to brain function, such as psychiatric disorders, dementia and even violent behaviour.

Cool and sweaty

Los antepasados de los humanos modernos eran simios omnívoros con cuerpos más aptos para vivir en los árboles que para cazar en hábitats abiertos. En los últimos millones de años, el clima sufrió cambios drásticos y África pasó de ser un ecosistema mayoritariamente boscoso a una sabana más abierta. Nuestros antepasados, atrapados en el borde de los bosques en retirada, se adaptaron menos a trepar a los árboles. Hace 2 millones de años, habían desarrollado un esqueleto que les permitía caminar y correr, en parte para poder cazar persiguiendo animales durante horas

For more than 1 million years, there were no weapons other than stones or sharpened sticks. The best weapon was endurance. The predators had to outlast their prey, and so had many adaptations that enabled them to walk and run long distances, forcing their prey to gallop. Because four-legged animals cannot lose heat by panting and galloping at the same time, human hunters eventually drive their prey into heat stroke, so that the animal can be caught and killed with very simple weapons.

The ability of humans to dissipate heat comes from our lack of body hair and capacity to breathe through our mouths and to sweat at rates of up to 3litres an hour, much more effective than panting. In a 3-hour hunt — or in a marathon — fit humans can safely lose up to 10% of their bodyweight3.

At the same time, the hunter needed planning and spatial navigation to follow prey for hours, coupled with social interactions so that groups could work together to isolate prey4. Primitive hunter-gatherer societies have a uniquely human social structure with multiple interactions between non-family members, requiring advanced social skills4. Within a relatively short time, our ancestors' skeleton, brain, spatial tracking, communication and ability to dissipate heat shifted dramatically, allowing them to fill a very different niche. They developed longer legs, shorter toes, longer Achilles tendons, wider shoulders and a stronger gluteus maximus for running1. In addition, they evolved larger weight-bearing joints that could support long runs while avoiding too much damage.

It is likely that humans also have a much higher metabolic capacity than our ancestors did, measured by our ability to take up and use oxygen (VO2max). We are the only primates with the aerobic capacity to support long-distance running. It is otherwise restricted to migratory ungulates (horses, wildebeest) and social carnivores (hyenas, wolves). Humans evolved from animals with a low VO2max to the modern endurance athlete's maximum capacity approaching 90 millilitres of oxygen per kilogram of body mass per minute.

Exercise remains central to our basal metabolism, even though it is no longer a core part of life for some human populations. For example, persistence hunting led to humans having great capacity to conserve sodium and retain water when either are in short supply3.

Creemos que una proteína podría haber sido fundamental para estos espectaculares cambios fisiológicos, tanto mentales como físicos: el factor neurotrófico derivado del cerebro (BDNF, por sus siglas en inglés), que aumenta con el ejercicio y el juego, y esculpe el cerebro en desarrollo (véase "Memory jog").

Aunque algunas investigaciones han arrojado resultados contradictorios sobre los beneficios del ejercicio para el cerebro5, la bibliografía en general muestra que el ejercicio regular puede tener muchos beneficios cognitivos. Algunas investigaciones sugieren que el ejercicio tiene efectos antidepresivos, al menos contra la depresión leve, y puede incluso contrarrestar la enfermedad de Alzheimer: se ha demostrado que un programa de ejercicio aumenta el volumen del hipocampo del cerebro. Se necesitan más datos para obtener una imagen más clara de los efectos del ejercicio sobre la cognición. Se están realizando ensayos clínicos sobre los efectos del ejercicio en la enfermedad de Alzheimer y la esquizofrenia.

Exercise for life

Creemos que al menos algunos de estos efectos beneficiosos están mediados por el BDNF. En primer lugar, el BDNF circulante aumenta con el ejercicio, en parte por la liberación desde la unión nervio-músculo a la sangre. En el músculo, el BDNF puede aumentar la síntesis proteica y el metabolismo de las grasas5,6, que son objetivos clave del ejercicio. Los ratones que carecen de BDNF se vuelven obesos y existen fuertes vínculos inversos entre el BDNF y la diabetes de tipo 27 - una enfermedad para la que es bien sabido que el ejercicio, con los cambios dietéticos adecuados, es la mejor terapia aliada a la medicación.

LET THE GAMES BEGIN Science and the Olympics nature.com/olympics2012

En el cerebro, el BDNF aumenta las conexiones neuronales y es crucial para algunos aspectos de la memoria6. El BDNF interviene en el hipotálamo, controlando el peso corporal y la homeostasis energética7. También hace que las mitocondrias cerebrales -las centrales energéticas de la célula- utilicen el oxígeno de forma más eficiente8, de forma similar a como el ejercicio ayuda a aumentar el VO2máx en los seres humanos.

As humans needed more brain power to track prey, increases in BDNF may have helped to build up the hippocampus and prefrontal cortex — key brain areas that are involved in spatial mapping, decision-making and control of context, fear and emotions, including violence8,9,10. BDNF has a crucial role in the prefrontal cortex, a region that is also strongly associated with psychiatric disorders9. Not surprisingly, BDNF is reduced in hippocampal and cortical regions in models of stress and psychiatric disorders10, as well as in Alzheimer's disease. Putting it all together, we think that exercise increases BDNF in key areas of the brain, which, in turn, has physiological effects that help to protect humans from psychiatric problems, including violent behaviour.

Not all of the health benefits of exercise stem from the effects of BDNF alone, because diabetes and obesity are known to have other, multiple causes. Importantly, the modern diet — which is far removed from the whole foods our ancestors ate — can itself lead to obesity and inflammation, which counteract many of exercise's benefits.

La falta de ejercicio puede tener múltiples efectos perjudiciales a largo plazo, sobre todo si se combina con una dieta inadecuada. Unos sencillos programas de ejercicio en escuelas y clubes deportivos, por ejemplo, son probablemente las inversiones más rentables que una sociedad puede hacer en su salud psicológica y física. El ejercicio puede ser barato, pero las consecuencias de ignorarlo son costosas.