Мозг и лица людей могли измениться случайно, а не в ходе естественного отбора

Фото из открытых источников

На протяжении десятилетий ученые утверждали, что естественный отбор в ходе эволюции человека неуклонно благоприятствовал увеличению размера мозга и уменьшению размера лица. Новое исследование предполагает, что это объяснение может быть неверным. Вместо этого, случайность и ослабление биологических ограничений лучше соответствуют данным палеонтологической летописи. Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature Communications.

Традиционное объяснение заключалось в том, что больший размер мозга был предпочтительнее, поскольку он способствовал развитию более высоких когнитивных способностей, в то время как рост и поддержание меньшего размера лица требовали меньше энергии.

Новые данные свидетельствуют о том, что эти изменения, напротив, были побочным продуктом случайности и культурных привычек, которые ослабили давление, ранее удерживавшее наше тело на месте.

Род Homo появился примерно 2,5–3 миллиона лет назад. Исследователи давно описывают эволюцию Homo как постепенную трансформацию в направлении современного человеческого черепа. За это время объем черепной коробки увеличился примерно втрое. Выступающее лицо втянулось внутрь и сплющилось, а тяжелые челюсти и зубы уменьшились в размерах.

Каждое из этих изменений сопровождалось готовым объяснением. Считалось, что больший размер мозга предпочтительнее, поскольку он способствует более острому мышлению. Лица меньшего размера пользовались предпочтением, поскольку приготовление пищи и использование кухонных инструментов облегчали процесс жевания, делая большое, мускулистое лицо дорогой роскошью.

Марк Хаббе — биолог-антрополог из Университета Теннесси в Ноксвилле (UTK). Он поставил перед собой цель проверить, действительно ли ископаемые подтверждают эту точку зрения. Он работал с Катериной Харвати из Тюбингенского университета в Германии. Вместе они рассматривали известные тенденции не как неоспоримые факты, а как утверждения, требующие проверки.

Стандартная версия опирается на теорию естественного отбора, который действовал постепенно и в одном направлении. Из поколения в поколение он подталкивал форму черепа к немного большему мозгу или немного меньшему лицу, пока не сформировалась современная форма. Такое давление не является невидимым. Оно оставляет характерный след в родословной, и этот след исследователи могут искать.

Хаббе и Харвати собрали данные измерений с 63 ископаемых черепов Homo, охватывающие период от самых ранних представителей рода до более поздних видов. В эту выборку вошли Homo erectus и неандертальцы, а также около двух десятков черепов ныне живущих человеческих популяций. В совокупности, выборка охватывает самые ранние ископаемые останки Homo и ныне живущие человеческие популяции.

На каждом черепе они разместили анатомические ориентиры: 21 точку на черепной коробке и 23 на лице. Эти координаты позволили им отслеживать, как менялась форма от одной группы к другой. Они разделили образцы на восемь групп, расположенных в хронологическом порядке. Из них образовались две возможные родословные линии: одна вела к современным людям, а другая — к неандертальцам.

Затем в ходе анализа были сопоставлены шесть моделей того, как признак может изменяться с течением времени. Одна из них описывала постепенное, направленное изменение — устойчивое воздействие, ожидаемое от продолжительного отбора. Другие описывали случайные, бесцельные изменения или длительные периоды стабильности, когда какая-либо характеристика практически не менялась.

Каждая модель предсказывает разную закономерность в числах. Исследователи сопоставили измерения ископаемых со всеми шестью моделями, чтобы определить, какая из них лучше всего подходит. Затем метод оценки взвешивал результаты, предусматривая встроенный штраф для любой модели, которая была сложнее, чем это фактически требовалось на основе данных.

Направленная модель, заменяющая собой модель устойчивого отбора, редко оказывалась в выигрыше. В отношении развития черепной коробки в линии, ведущей к современным людям, более 95% статистической поддержки было отдано модели случайных, ненаправленных изменений.

То же самое наблюдалось и в линии неандертальцев, и в отношении лица. В обеих линиях изменение формы лица лучше всего соответствовало случайным изменениям и периодам стабильности. Направленный отбор практически не получил подтверждения. В данном контексте случайные изменения означают нечто близкое к генетическому дрейфу, когда различия накапливаются случайно, а не потому, что они помогли их обладателям выжить.

Более ранний анализ пришел к примерно такому же выводу. Он показал, что различия в форме черепа между неандертальцами и современными людьми могли возникнуть исключительно в результате дрейфа генов. Эти две линии развития развивались по-разному. Современные люди реорганизовали черепную коробку, придав ей округлую, шарообразную форму, которую мы видим сегодня. Неандертальцы же, напротив, разместили растущий мозг в более длинном и низком черепе, который уже был у их предков.

Если бы эти изменения не были результатом естественного отбора, то должно быть какое-то объяснение тому, почему мозг и лица вообще двигались. Хуббе и Харвати склоняются к другой точке зрения — устранению ограничений, то есть биологических и энергетических пределов, которые обычно препятствуют изменению признака.

Большой мозг потребляет много энергии, как и массивное, мускулистое лицо. На протяжении большей части истории рода огромные затраты энергии на питание этих тканей, возможно, ограничивали возможности изменения размера мозга и формы лица.

Культурные привычки могли бы снять этот барьер. По мере того, как Homo стали полагаться на разделку животных, обработку пищи и, в конечном итоге, приготовление пищи, каждый прием пищи давал больше энергии. В результате снизилась нагрузка на жевательные мышцы и челюсти.

Лабораторные эксперименты показали, что нарезка и отбивание сырого мяса значительно снижают усилие при жевании, уменьшая давление, которое раньше делало лицо большим. С ослаблением этих ограничений мозг и лицо получили свободу для изменений, и перемены могли накапливаться без какого-либо постоянного избирательного воздействия.

У неандертальцев лицо оставалось строго сжатым, возможно, поэтому их черты лица имели более массивную, выступающую форму. Авторы осторожно оценивают масштабы полученных результатов. Ископаемая летопись скудна. Имея лишь несколько временных шагов для моделирования, они не могут исключить кратковременные всплески отбора или факторы давления, которые их метод не смог обнаружить.

Анализ показывает, что долгосрочные тенденции к увеличению размера мозга и уменьшению размера лица не требуют объяснения в виде устойчивого отбора. Случайные изменения и снятие ограничений соответствуют ископаемым, по меньшей мере, так же хорошо, а согласно данным этого исследования, даже несколько лучше.

Это меняет направление поиска. Вместо того чтобы искать преимущества каждого этапа роста мозга, исследователи могут начать задаваться вопросом, когда и почему старые ограничения ослабли. В результате исследователи могут рассматривать эти моменты освобождения как настоящие поворотные точки в нашей истории.

Этот сдвиг в акцентах затрагивает наше понимание собственного происхождения. Черты, которые мы считаем доказательством неуклонного роста интеллекта, могут быть обусловлены в равной степени случайностью и культурными особенностями, которые нас питали, а не какой-либо силой, способствовавшей отбору более совершенного мозга.