Антропологи пересмотрели причины увеличения человеческого мозга
Одной из главных анатомических особенностей эволюции рода Homo считается резкое увеличение объема черепной коробки за последние примерно два миллиона лет. За это время она в среднем увеличилась в три раза. Однако авторы нового исследования поставили под сомнение традиционную гипотезу, согласно которой этот процесс был результатом естественного отбора. По их мнению, он мог оказаться случайностью.
Объем черепной коробки неандертальцев (слева) и сапиенсов был больше, чем у более ранних гоминид / © SCIENCE PHOTO LIBRARY, PASCAL GOETGHELUCK
Долгое время антропологи полагали, что увеличение размеров человеческого мозга — как абсолютного объема (в кубических сантиметрах), так и относительного размера по сравнению с телом — происходило главным образом под действием естественного, дарвиновского, отбора. Согласно этой гипотезе, на эволюцию мозга могли влиять изменения окружающей среды, особенности питания, когнитивные способности, усложнение социальной жизни и развитие технологий. Большой мозг стал эволюционным ответом на необходимость выживать в меняющейся среде, координировать действия в группах и передавать знания.
Считается, что этот фактор сложился в течение последних примерно двух миллионов лет. За это время объем черепной коробки у наших предков увеличился в три-четыре раза: приблизительно от 400-500 кубических сантиметров у вероятных предков рода Homo — австралопитеков (Australopithecus) — до 1300-1500 кубических сантиметров у поздних представителей Homo — неандертальцев и сапиенсов. Параллельно менялось лицо, оно становилось менее массивным: челюсти и зубы уменьшились, в том числе надбровные дуги.
Гипотеза об увеличении мозгового отдела и изменении лица под действием дарвиновского отбора казалась логичной и самоочевидной. Но антропологи Катерина Харвати (Katerina Harvati) из Тюбингенского университета в Германии и Марк Хаббе (Mark Hubbe) из Университета Теннесси в США поставили ее под сомнение.
Харвати и Хаббе проанализировали 87 черепов представителей рода Homo: 24 принадлежали сапиенсам, остальные — неандертальцам, эректусам (Homo erectus), хабилисам (Homo habilis) и другим ранним формам. С помощью трехмерной геометрической морфометрии сравнили форму лицевого отдела черепа и черепной коробки, а также оценили объем полости мозгового отдела у разных Homo.
Исследователи не стали ограничиваться простым сравнением размеров черепов в разные периоды эволюции, то есть их интересовал не столько конечный показатель в кубических сантиметрах, сколько динамика изменений: как именно менялся облик предков во времени. Так Харвати и Хаббе попытались ответить на вопрос: какая из эволюционных моделей лучше описывает наблюдаемую динамику «преображения» черепа и лица у Homo?
Чтобы выяснить это, антропологи сравнили шесть математических моделей эволюции. Одна из них описывала постоянный естественный отбор в сторону увеличения мозга и уменьшения лица — классический сценарий, согласно которому эволюция постепенно закрепляла признаки, дававшие преимущество.
Другая предполагала нейтральную эволюцию, при которой изменения не имели заранее заданного направления и могли накапливаться под действием случайных эволюционных процессов. Остальные модели описывали разные варианты стабилизирующего отбора и стазиса — длительного сохранения анатомического признака в относительно узком диапазоне значений.
Авторы научной работы пришли к выводу, что увеличение черепной коробки у представителей рода Homo действительно происходило, но дарвиновский отбор, вероятно, этому либо не способствовал, либо помогал, но незначительно. Лучше всего изменения соответствовали модели нейтральной эволюции. Иными словами, по мнению антропологов, приобретенные формы и размеры мозгового отдела — случайность эволюционных процессов, а не результат устойчивого движения к определенной цели.
Нейтральная эволюция не означает, что большой мозг не давал преимуществ. Из этого следует лишь, что увеличение размеров не обязательно было следствием непрерывной «гонки за суперспособность», в которой каждое увеличение объема мозга повышало шансы на выживание и поэтому закреплялось естественным отбором. Полученные данные указывают, что важную роль могли играть случайные процессы.
Более того, в данных обнаружили следы стазиса, при котором анатомические признаки длительное время сохраняются около определенного диапазона значений. Проще говоря, размеры мозгового отдела черепа могли долго оставаться стабильными, а заметные изменения происходили лишь в периоды, когда действовавшие ограничения ослабевали. Какие именно факторы позволяли преодолевать эти ограничения, пока остается неизвестным.
Похожая картина наблюдалась и при анализе лицевой части черепа. Лицо Homo менялось не потому, что эволюция постоянно «улучшала» его под новые задачи. Скорее, оно сохраняло примерно один и тот же «шаблон» на протяжении многих поколений, а «трансформации» происходили только тогда, когда появлялись новые условия. Например, такими факторами могли быть особенности развития организма.
Несмотря на любопытные результаты работы, к выводам Харвати и Хаббе стоит относиться с осторожностью.
Одна из главных проблем исследования — сама летопись окаменелостей. Ученые анализировали всего 87 черепов, а эта малая выборка. Антропологам приходилось восстанавливать сотни тысяч лет эволюции по ограниченному числу сохранившихся останков, поэтому некоторые быстрые эволюционные изменения могли остаться незамеченными.
Еще одно уточнение — если модель нейтральной эволюции лучше описывает данные, это не означает, что естественный отбор не работал. Авторы научной работы отметили, что они не могут полностью исключить адаптивные процессы, особенно если отбор действовал короткими периодами или менялся вместе с условиями среды. Например, возможны ситуации, когда после быстрого изменения среды происходил сильный отбор, а затем наступал длительный период стабильности.
Объем черепной коробки неандертальцев (слева) и сапиенсов был больше, чем у более ранних гоминид / © SCIENCE PHOTO LIBRARY, PASCAL GOETGHELUCK
Долгое время антропологи полагали, что увеличение размеров человеческого мозга — как абсолютного объема (в кубических сантиметрах), так и относительного размера по сравнению с телом — происходило главным образом под действием естественного, дарвиновского, отбора. Согласно этой гипотезе, на эволюцию мозга могли влиять изменения окружающей среды, особенности питания, когнитивные способности, усложнение социальной жизни и развитие технологий. Большой мозг стал эволюционным ответом на необходимость выживать в меняющейся среде, координировать действия в группах и передавать знания.
Считается, что этот фактор сложился в течение последних примерно двух миллионов лет. За это время объем черепной коробки у наших предков увеличился в три-четыре раза: приблизительно от 400-500 кубических сантиметров у вероятных предков рода Homo — австралопитеков (Australopithecus) — до 1300-1500 кубических сантиметров у поздних представителей Homo — неандертальцев и сапиенсов. Параллельно менялось лицо, оно становилось менее массивным: челюсти и зубы уменьшились, в том числе надбровные дуги.
Гипотеза об увеличении мозгового отдела и изменении лица под действием дарвиновского отбора казалась логичной и самоочевидной. Но антропологи Катерина Харвати (Katerina Harvati) из Тюбингенского университета в Германии и Марк Хаббе (Mark Hubbe) из Университета Теннесси в США поставили ее под сомнение.
Харвати и Хаббе проанализировали 87 черепов представителей рода Homo: 24 принадлежали сапиенсам, остальные — неандертальцам, эректусам (Homo erectus), хабилисам (Homo habilis) и другим ранним формам. С помощью трехмерной геометрической морфометрии сравнили форму лицевого отдела черепа и черепной коробки, а также оценили объем полости мозгового отдела у разных Homo.
Исследователи не стали ограничиваться простым сравнением размеров черепов в разные периоды эволюции, то есть их интересовал не столько конечный показатель в кубических сантиметрах, сколько динамика изменений: как именно менялся облик предков во времени. Так Харвати и Хаббе попытались ответить на вопрос: какая из эволюционных моделей лучше описывает наблюдаемую динамику «преображения» черепа и лица у Homo?
Чтобы выяснить это, антропологи сравнили шесть математических моделей эволюции. Одна из них описывала постоянный естественный отбор в сторону увеличения мозга и уменьшения лица — классический сценарий, согласно которому эволюция постепенно закрепляла признаки, дававшие преимущество.
Другая предполагала нейтральную эволюцию, при которой изменения не имели заранее заданного направления и могли накапливаться под действием случайных эволюционных процессов. Остальные модели описывали разные варианты стабилизирующего отбора и стазиса — длительного сохранения анатомического признака в относительно узком диапазоне значений.
Авторы научной работы пришли к выводу, что увеличение черепной коробки у представителей рода Homo действительно происходило, но дарвиновский отбор, вероятно, этому либо не способствовал, либо помогал, но незначительно. Лучше всего изменения соответствовали модели нейтральной эволюции. Иными словами, по мнению антропологов, приобретенные формы и размеры мозгового отдела — случайность эволюционных процессов, а не результат устойчивого движения к определенной цели.
Нейтральная эволюция не означает, что большой мозг не давал преимуществ. Из этого следует лишь, что увеличение размеров не обязательно было следствием непрерывной «гонки за суперспособность», в которой каждое увеличение объема мозга повышало шансы на выживание и поэтому закреплялось естественным отбором. Полученные данные указывают, что важную роль могли играть случайные процессы.
Более того, в данных обнаружили следы стазиса, при котором анатомические признаки длительное время сохраняются около определенного диапазона значений. Проще говоря, размеры мозгового отдела черепа могли долго оставаться стабильными, а заметные изменения происходили лишь в периоды, когда действовавшие ограничения ослабевали. Какие именно факторы позволяли преодолевать эти ограничения, пока остается неизвестным.
Похожая картина наблюдалась и при анализе лицевой части черепа. Лицо Homo менялось не потому, что эволюция постоянно «улучшала» его под новые задачи. Скорее, оно сохраняло примерно один и тот же «шаблон» на протяжении многих поколений, а «трансформации» происходили только тогда, когда появлялись новые условия. Например, такими факторами могли быть особенности развития организма.
Несмотря на любопытные результаты работы, к выводам Харвати и Хаббе стоит относиться с осторожностью.
Одна из главных проблем исследования — сама летопись окаменелостей. Ученые анализировали всего 87 черепов, а эта малая выборка. Антропологам приходилось восстанавливать сотни тысяч лет эволюции по ограниченному числу сохранившихся останков, поэтому некоторые быстрые эволюционные изменения могли остаться незамеченными.
Еще одно уточнение — если модель нейтральной эволюции лучше описывает данные, это не означает, что естественный отбор не работал. Авторы научной работы отметили, что они не могут полностью исключить адаптивные процессы, особенно если отбор действовал короткими периодами или менялся вместе с условиями среды. Например, возможны ситуации, когда после быстрого изменения среды происходил сильный отбор, а затем наступал длительный период стабильности.
Только зарегистрированные и авторизованные пользователи могут оставлять комментарии.
