Эволюция человека и человеческих мозгов⁠⁠

Эволюция человека условно началась с Сахелантропа, жившего 6-7 млн. лет назад. Почему именно с него? Просто этому виду принадлежат самые древние "прямоходящие останки". Ну а мозг сахелантропа объёмом 300 куб. см был типично обезьяний, и это прекрасно иллюстрирует его череп:

О причинах перехода на двуногость. Современные человекообразные обезьяны вполне успешно используют прямохождение:

Однако обезьяны не делают этого постоянно - передвигаться на двух ногах им энергетически невыгодно.

Поскольку мы не можем залезть в машину времени и посмотреть, какие причины заставляли древних обезьян ходить на двух ногах, приходится выдвигать обоснованные гипотезы.

Первый факт - современные приматы встают на ноги, когда ходят по заболоченной местности, или в высокой траве. Второй факт - комплексный анализ слоя почв, в котором был найден череп сахелантропа, показал, что в то время на той местности шли непрерывные дожди.

Поэтому гипотеза "дождевой прямоходящей обезьяны" сейчас котируется выше "саванной прямоходящей".

Однако главная тема поста всё-таки не ноги, и даже не хвост, а мозг. Вот вам показательный факт: все существовавшие ранее прямоходящие приматы вымерли. Все, кроме Homo Sapiens  - примата самым большим мозгом. Значит мозг круче ног! (обязательно скажите это льву, который бежит за вами по саванне).

Предлагаю взглянуть на график увеличения объема мозга, определённый по сохранившимся и найденным черепам:

Где же сахелянтроп? А он на том же уровне, что и крайний левый нижний ромбик - а это ни много ни мало грацильный австралопитек, живущий на 3 миллиона лет позже сахелантропа. Обратите внимание - за этот период объём мозга если и увеличился, то ненамного.

Это кстати очень неочевидный момент. Кажется же вот - руки освободились, значит должен быть профит от увеличения мозга. А он, гад такой, не растёт.

Так вот, тот рост объёма мозга, который вы можете увидеть на графике в районе 2,5 миллионов лет назад возник не на ровном месте.  Как раз в это время климат в Африке сильно засушился. Исчезли леса, появились степи и многие животные, составляющие мегафауну Африки (в том числе саблезубые львы, тигры и гигантские гиены) вымерли. А их место заняли другие животные, в том числе подсуетились и наши предки австралопитеки.

Чтобы вы понимали, ранние австралопитеки хоть и были прямоходящими приматами, но оставались теми же обезьянами с маленьким размером мозга, любовью к лазанью по деревьям и растительным рационом, что видно по строению стоп, челюстей и зубов.

Освоение новых ниш обитания и новых высококалорийных типов питания, а также расширения рациона сыграло с древним австралопитеком забавную шутку - он подвергся грацилизации. То бишь у него уменьшились челюсти за компанию с жевательными мышцами (листья ведь жевать уже не надо), череп стал в целом легче.

Важный момент: вес головы у прямоходящих величина лимитированная, так как от неё зависит вертикальная нагрузка на позвоночник, которая по причинам чисто конструкторским имеет предел. А уменьшение веса головы за счёт мышц и костей как раз и дало простор для роста мозга, причём в соотношении "убывший объём кости"/"прибывший объём мозга" = 2.

И тоже для наглядности - череп австралопитека после грацилизации, то есть уменьшения объема челюстей:

По человеческим меркам челюсть всё ещё огромна. Однако потенциал для увеличения мозга был эволюционно заложен - и реализован в Человеке умелом (Homo habilis) 2,3 миллиона лет назад.

Зубы и челюсть стали ещё меньше, костные гребни для крепления мышц практически исчезли, а объём мозга по сравнению с австралопитеками вырос аж на 100 куб. см. Но дело не только в мозге...

Кстати вы знали, что количество потовых желёз на единицу площади кожи у человека самое большое среди всех животных? Обильное потоотделение, и ещё прямохождение (что уменьшает освещаемую солнцем площадь тела), в моменты жаркого африканского полдня, давало нашим человекообразным предкам огромное преимущество в борьбе за ресурсы. Ведь все известные крупные африканские хищники в полдень имеют самую низкую активность, у них попросту нет настолько эффективных способов охлаждать тело и мозг.

А судя по тому, что Человек умелый утратил волосяной покров, мы можем предположить, что это произошло именно в связи (хотя тут вопрос неоднозначный, что из-а чего произошло) с увеличением потоотделения, которое при густой растительности скорее вредно, чем полезно.

Вероятно, именно возможность добывать пищу (поиск трупов животных, судя по всему) в то время, когда остальные хищники и падальщики прячутся от солнца и спят, позволило Человеку умелому стать настолько успешным видом. Судя ко количеству и распределению останков, Homo habilis освоили в относительно небольшие сроки огромные территории и увеличили объём популяции в разы.

Однако самой главной фишкой Человека умелого стало изготовление орудий труда - пусть это и были всего лишь камни с острым краем, предназначенные для отделения мяса от костей. Мы знаем об этом потому, что следы от соскребания мяса на костях и сами орудия труда прекрасно сохранились:

Некоторым может показаться, что камни с острым краем это слишком просто. Отнюдь! Например, самым умным современным приматам - шимпанзе - нужно 7 (семь!) лет для освоения двух камней для колки орехов. То есть берётся подходящий камень, на него кладётся орех, который разламывается ударом второго камня. Обучение этому искусству передаётся от родителей детям, и только на седьмом году они полностью осваивают навык.

Бедной обезьяне нужно держать в уме правильную последовательность действий, в котором участвует аж три предмета. Правильно выбрать камни. Использовать нужную силу удара. Если нет подходящего инстинкта, то без большой оперативной памяти тут не справиться - а она у шимпанзе самая большая среди всех млекопитающих (кроме человека, само собой).

Изготовление орудий труда сразу стимулировало рост мозга, и вот почему. Орудия труда мало того что позволяли эффективнее и быстрее добывать еду, так ещё и значительно сокращали силы на её добычу. А мозг, как известно, самый прожорливый орган - у человека при весе 2% от массы тела он потребляет в среднем 25% калорий. Поэтому без энергетической разгрузки мозг, каким бы он важным не казался, не смог бы увеличится с положительным для вида эффектом.

К примеру, шимпанзе тратит на жевание 5 часов в день (чтобы добывать калории, ты должен тратить калории!), а представитель современного племени охотников-собирателей - 1 час. Такой вот энергоменеджмент.

Показательный опыт - специально выведенная линия рыб с увеличенным мозгом оказалась сообразительнее своих обычных собратьев, но в условиях, максимально приближенным к привычным условиям обитания, проиграла им конкуренцию.

Логика тут такая - для работы мозга требовалось больше калорий, приходилось больше сил тратить на добычу еды, и её недостаток ощущался острее. Продолжительности жизни уменьшилась, также уменьшилось количество оставляемого потомства - а это главное мерило приспособленности вида (не сила и не ум, как думают многие).

В эволюционной перспективе ген, который приводит к уменьшению приспособленности, обречён на исчезновение. Собственно, поэтому в природе животные не могут отрастить себе большой мозг. С имеющимися орудиями, данными от природы - лапы, зубы итд - у них банально нет возможности получить профит от увеличения настолько прожорливого органа.

Переход на всеядность, изготовление орудий труда - всё это привело к энергетической перестройке.

А дальше всё было как по накатанной. Появился Человек прямоходящий (Homo erectus) с мощным увеличением зоны Брока. Это область мозга, отвечающая у шимпанзе за мимику - основной способ коммуникации. У человека зона Брока перестроилась и отвечает за речь - также основной способ коммуникации. Типичный почерк эволюции - не сделать что-то с нуля, а переделать (или продублировать и переделать).

Эректусы заселили Европу вплоть до Испании и Азию вплоть до Индонезии - но север оставался непокорённым (и останется вплоть до появления неандертальцев).

Для некоторых наверно станет открытием, что параллельно с ними существовали Люди умелые и австралопитеки и ещё несколько видов специализированных прямоходящих приматов. Именно поэтому известная всем со школы и уже набившая оскомину схема эволюции человека не просто упрощена, а чудовищно упрощена.

Эволюция  человека тут представлена как линейный процесс. На самом деле это была сложнейшая схема, с несколькими видами и множеством популяций, которые обменивались генами, скрещивались, некоторые уходили в изоляцию на сотни тысяч лет, накапливали мутации, потом снова пересекались с родительскими популяциями и порождали гибриды.

Вот схема, которая упрощена умеренно - здесь пересечения видов по времени определяются длиной цветных маркеров:

Многие виды были разделены территориально и могли не пересекаться, но самые распространённые Хомо и австралопитеки существовали рядом.

Из этого кипящего генетического котла 800 тыс лет назад выделился Человек гейдельбергский (Homo heidelbergensis).

Характеризуется мощнейшим ростом зоны Брока, а также области, отвечающей на координацию рук и контроль движений, что отразилось на форме черепа в виде выступов в соответствующих местах. Приоритеты поменялись - теперь уже кость подстраивалась под форму мозга, а не наоборот.

Общий объём увеличился до 1200 куб. сантиметров, такой объём позволял планировать сложные коллективные действия, в том числе охоту, и изготавливать орудия труда, типа симметричных рубил, которые были недоступны Homo Erectus:

Нам оно кажется примитивным, однако современный человек, имея те же инструменты, что и гейдельбергский человек, без особых навыков даже близко не сможет изготовить нечто подобное (видео на эту тему тыц и тыц). Также в эту эпоху появились первые ритуальные захоронения - одна из основных черт любой современной человеческой культуры.

Ну а дальше из европейской популяции Homo heidelbergensis выделился неандерталец, а из африканской человек уже почти современный. И да, мы не произошли от неандертальцев, это параллельная ветвь развития. Зато мы с ними скрещивались и приобрели гены, без которых наша жизнь была бы сейчас совсем другой.

Неандертальцы заселили европейский север, и развивали свою культуру, пока туда не пришли сапиенсы... Но это уже совсем другая история.

А по нашей теме надо отметить только один момент - около 400 тыс. лет назад появились абсолютные свидетельства массового использования огня в человеческой культуре. Что такое огонь? Это прежде всего экономия энергии, которые сильнее расходуется на холоде, и энергии, потраченной на пищеварение и жевание.

Именно в период с 400 тыс. лет назад началось решающее уменьшение челюстей, челюстной мускулатуры и зубов, благодаря чему произошёл окончательный рывок в увеличении объёмов до современных значений - 1350 куб. см. Однако у сапиенсов, при равном объёме мозга с неандертальцами, произошли и особые качественно-количественные изменения, видимо обусловленные чрезвычайно жестокой внутривидовой конкуренцией.

На фото реконструкция типичного Homo Sapiens, 27000 лет, Россия, Сунгирь.

_______________________________________________________

Немного подытожим.

Мозг на определённом этапе - за счёт появления культуры изготовления орудий труда, появления речи - стал эффективнейшим и универсальнейшим инструментом приспособления к условиям среды и её резким изменениям. По скорости приспособления он превзошёл стандартный эволюционный способ, заключающийся с накоплении случайных мутаций и последующем естественном отборе, во много-много раз. Поэтому (забавный парадокс) увеличение мозга было мощно поддержано тем самым естественным отбором.

Но мозг мозгу рознь. Для абсолютного большинства организмов увеличение мозга в эволюционной перспективе (хотя бы до размеров, а точнее соотношения массы мозга к массе тела, как у шимпанзе) сложно представить чисто по физиологическим причинам. Энергетический баланс в условиях дикой природы, постоянной нехватки пищи и внутривидовой конкуренции, ставит жесткие ограничения на увеличение объёма мозга.

Впрочем, думается мне что на промежутке в сотни миллионов лет эволюция сможет удивить.

Но уже не нас.

PS Земной поклон создателям сайта http://antropogenez.ru. Любой момент, который у меня описан тремя словами, на этом ресурсе будет представлен сразу несколькими статьями. Также почти все иллюстрации и факты взяты оттуда. @Antropogenez, спасибо вам!

#comment_162287316