Review

Evolution of the Human Brain: the key roles of DHA (omega-3 fatty acid) and Δ6-desaturase gene

Évolution du cerveau de l’homme : les rôles clés du DHA (acide gras oméga-3) et du gène de la Δ6-désaturase

ACTIA, 16, rue Claude Bernard, 75231 Paris cedex 05, France

^* Correspondence: d.majou@actia-asso.eu

Received: 2 August 2017
Accepted: 29 December 2017

Abstract

The process of hominization involves an increase in brain size. The development of hominids’ cognitive capital up to the emergence of Homo sapiens was due to interactive, iterative, and integrative coevolution, allowing positive selection. Although this depends on many factors, in this position paper we show three categories that stand out: gene mutations, food resources, and cognitive and behavioral stimulation. Australopithecus benefited both from the inactivation of the GULO and uricase genes and from bipedalism causing the cognitive capital of the Homo genus to develop advantageously. This evolution depended on two factors. Firstly, a triggering factor: gradual climate change. Homo started to regularly consume meat in addition to plants and insects. Secondly, a stimulating factor: mutations in the FADS2 gene, which encodes Δ6-desaturase; a key enzyme for the synthesis of DHA and sapienic acid. The polymorphism of this gene appears to have been essential in allowing the Homo genus to adapt to its food, and for its evolution. It provides an undeniable advantage in terms of the productivity of fat synthesis (DHA), and may partly explain positive selection. With the advent of cooking and new mutations producing even more FADS2, the brain reached its maximum size in Homo neanderthalensis, in a food ecosystem that provided favorable quantities of α-Linolenic acid and DHA. However, the Würm glaciation upset this equilibrium, revealing its fragility as regards to the brain and fertility. Homo sapiens, benefiting from new variants of the FADS2 gene, were able to adapt to this harsh environment, whereas Neanderthal man was unable to do so and became extinct.

Résumé

Le processus d’hominisation prend en compte notamment l’élargissement du cerveau. Le développement du capital cognitif des hominidés jusqu’à Homo sapiens est le fait d’une coévolution interactive, itérative et intégrative qui a permis une sélection positive. S’il dépend de nombreux facteurs, trois ensembles ressortent : des mutations génétiques, des ressources alimentaires et des stimulations cognitives et comportementales. À partir des australopithèques, qui ont bénéficié de l’inactivation des gènes GULO et uricase, ainsi que de la bipédie, le cerveau du genre Homo a pu avantageusement se développer. Cette évolution dépend de deux facteurs essentiels. Un facteur déclenchant : un changement climatique progressif. Homo est devenu un consommateur régulier de produits carnés en complément des végétaux et d’insectes. Un facteur stimulant : les mutations sur le gène FADS2 de la Δ6-désaturase, enzyme clé de la synthèse du DHA et de l’acide sapiénique. Le polymorphisme de ce gène apparaît essentiel pour l’adaptation de Homo à son alimentation et pour son évolution. Il confère un indéniable avantage de productivité en synthèse lipidique (DHA) et peut, en partie, expliquer une sélection positive. Avec l’apport de la cuisson et de nouvelles mutations plus productives de FADS2, le volume cérébral a trouvé son apogée chez Homo neanderthalensis dans un écosystème alimentaire favorable en acide α-linolénique et DHA. Mais, la glaciation de Würm bouleversa cet équilibre et fit apparaître sa fragilité (cerveau, fertilité). Homo sapiens, avec l’avantage de nouveaux variants du gène FADS2, s’adapta à ce rigoureux environnement, mais l’Homme de Néandertal ne put le faire et disparut.