Быстрый рост мозга в раннем детстве — отличительная черта рода Homo

Опубликовано Май 29, 2012 в Антропология, Новости

Увеличение мозга — важнейшая эволюционная тенденция приматов рода Homo. У примитивных гоминид (австралопитеков, ардипитеков, сахелантропа) объем мозга был примерно таким же, как у современных шимпанзе. У ранних Homo (H. habilis) мозг стал несколько крупнее. Увеличение черепной коробки продолжилось у H. erectus; у поздних представителей человеческого рода (неандертальцев и сапиенсов) мозг достиг максимального размера. Динамику эволюционных изменений иллюстрирует интерактивная диаграмма «Объем мозга ископаемых гоминоидов», недавно опубликованная С. В. Дробышевским и А. Б. Соколовым, создателями портала «Антропогенез.ру» (рис. 2).

Для понимания антропогенеза важно знать не только то, как менялся объем мозга взрослых особей в ходе эволюции, но и то, как менялась динамика его роста в ходе индивидуального развития. От того, насколько быстро рос мозг на тех или иных этапах, зависит, в частности, «метаболическая цена» выращивания детей, то есть количество ресурсов, которые приходилось вкладывать в каждого ребенка взрослым членам коллектива (в первую очередь, конечно, эта нагрузка ложилась на мать). Быстро растущий мозг требует усиленного питания. Кроме того, растущий мозг пластичен: рост мозга у детей сопровождается крупномасштабными перестройками межнейронных связей, что тесно связано с обучением. Предполагают, что для развития интеллекта важен не только размер мозга, но и достаточно долгий период его постнатального роста.

К сожалению, палеоантропологический материал, позволяющий судить о динамике роста мозга у наших предков, весьма скуден. Известно всего три достаточно хорошо сохранившихся детских черепа австралопитеков (о двух из них «Элементы» уже рассказывали, см.: Юные австралопитеки были добычей хищных птиц, «Элементы», 28.09.2006; «Дочка Люси» ходила как человек, а лазила по деревьям и думала как обезьяна, «Элементы», 26.09.2006); третий — череп AL 333‑105). Детские черепа ранних Homo (H. habilis, H. rudolfensis), к сожалению, неизвестны. Есть всего один детский череп H. erectus («ребенок из Моджокерто», рис. 1), после него — снова огромный пробел. С неандертальцами ситуация чуть лучше (см.: Скелет новорожденного неандертальца проливает свет на эволюцию рода Homo, «Элементы», 18.09.2008; Мозг у неандертальцев рос иначе, чем у сапиенсов, «Элементы», 17.11.2010). Проблема усугубляется множеством дополнительных источников ошибок: неточные геохронологические датировки, трудности определения индивидуального возраста особей по ископаемым костям, возможные ошибки при измерении объема эндокранов.

Антрополог Стивен Ли (Steven R. Leigh) из Иллинойсcкого университета (Урбана–Шампейн) опубликовал в журнале Evolutionary Biology обзорную статью, в которой попытался обобщить имеющиеся данные и выявить основные тенденции эволюционных изменений динамики роста мозга у гоминид. Помимо палеоантропологического материала автор воспользовался данными по размеру мозга современных людей, собранными еще в начале XX века (F. Marchand, 1902. Ueber Das Hirngewicht Des Menschen), и аналогичными данными по шимпанзе. Ли представил данные в виде графиков, на которых по горизонтальной оси отложен возраст особи (индивидуальный, а не геологический, как на вышеупомянутой диаграмме с сайта «Антропогенез.ру»), по вертикальной — масса мозга в граммах (объем эндокрана переводился в массу на основе известной плотности мозговой ткани: 1036 г/л).

Графики показывают, что по размеру мозга современные люди уже в момент рождения заметно превосходят шимпанзе (рис. 3). В ходе дальнейшего развития эти различия резко усиливаются, причем не столько за счет более долгого периода роста у людей, сколько за счет его более высокой скорости. Рост мозга замедляется постепенно, и точно измерить его продолжительность трудно. Зато различия в скорости очевидны и бесспорны.

Имеющиеся данные по австралопитекам полностью укладываются в диапазон изменчивости современных шимпанзе. Иными словами, австралопитеки практически не отличаются от шимпанзе ни по размеру мозга, ни по динамике его роста в ходе постнатального развития. По-видимому, такая динамика близка к исходному, предковому состоянию для гоминид.

При интерпретации данных по ребенку из Моджокерто многое зависит от оценки возраста. Некоторые эксперты предполагали, что обладателю этого черепа было в момент смерти года два или даже больше, однако Ли считает эти оценки завышенными и принимает возраст данного индивида равным одному году, что подтверждается недавними исследованиями (Coqueugniot et al., 2004. Early brain growth in Homo erectus and implications for cognitive ability). В таком случае, череп из Моджокерто хоть и с трудом, но всё же укладывается в диапазон нормальной изменчивости H. sapiens, особенно мальчиков, у которых изменчивость по размеру мозга выше, чем у девочек (рис. 4). Как видно на рисунке, среди современных годовалых мальчиков иногда встречаются индивиды с мозгом примерно такого же размера, как у ребенка из Моджокерто.

О размере мозга новорожденных можно судить по пропорциям таза у женщин (если нет данных по самим новорожденным). Судя по этому косвенному признаку, новорожденные эректусы имели примерно такой же по размеру череп, что и новорожденные сапиенсы. Следовательно, в раннем детстве (на первом году жизни) мозг эректусов рос примерно с такой же скоростью, что и у сапиенсов — то есть очень быстро, гораздо быстрее, чем у шимпанзе и австралопитеков.

С другой стороны, у взрослых эректусов средний размер мозга был меньше, чем у сапиенсов. Стало быть, после года мозг у эректусов должен был расти значительно медленнее, чем у нас. По мнению Ли, это означает, что женщины-эректусы должны были тратить на выращивание ребенка очень много сил в первый год его жизни (примерно столько же, сколько и поздние Homo), но зато в последующие годы «метаболическая цена» потомства резко снижалась. Это могло позволить эректусам рожать детей в среднем чаще по сравнению с неандертальцами и сапиенсами. С другой стороны, незначительный рост мозга у эректусов после первого года жизни, скорее всего, накладывал ограничения на их умственное развитие.

Конечно, все эти рассуждения имеют смысл лишь в том случае, если ребенок из Моджокерто был типичным ребенком эректуса, а не уродцем с аномально крупной или, наоборот, аномально маленькой головой. Не имея других детских черепов эректусов, к этому трудно что-то добавить.

Что касается неандертальцев, то они рождались примерно с таким же по размеру мозгом, как и сапиенсы. В первые 3–4 года жизни динамика роста мозга у обоих видов была практически одинаковой. У взрослых неандертальцев мозг был в среднем крупнее, чем у современных людей, причем это различие формировалось за счет более быстрого роста мозга у неандертальцев в «позднем детстве», примерно от 4 до 7 лет (рис. 5).

Автор отмечает, что у архаичных сапиенсов из местонахождения Херто динамика возрастных изменений объема мозга, по-видимому, ничем не отличалась от таковой у современных людей. Из этого он делает вывод, что такая динамика, вероятно, характеризует наш вид с давних пор. Может быть, рассуждает Ли, замедленный рост мозга в позднем детстве у сапиенсов по сравнению с неандертальцами дал первым какие-то преимущества (например, в скорости размножения).

Здесь, однако, автор упускает из виду то обстоятельство, что между временем, когда жили люди из Херто (160 тыс. лет назад) и современной эпохой был период (примерно соответствующий верхнему палеолиту, 20–40 тыс. лет назад), когда средний объем мозга взрослых сапиенсов-кроманьонцев был больше, чем у современных сапиенсов и более древних сапиенсов из Херто. В этот период, как видно на рис. 2, сапиенсы не уступали по объему мозга неандертальцам. Поэтому рассуждения Стивена Ли о том, что на исход конкуренции сапиенсов с неандертальцами могли как-то повлиять различия в размере мозга и скорости его роста, едва ли верны. В тот период, когда сапиенсы реально конкурировали с неандертальцами на просторах Европы и Азии, размер мозга у двух видов людей, по-видимому, был практически одинаковым.

Главный вывод исследования состоит в том, что скорость роста мозга на разных этапах постнатального развития в ходе эволюции рода Homo, по-видимому, менялась очень неравномерно. Сначала увеличился размер головы у новорожденных (насколько можно судить по строению таза эректусов) и резко ускорился рост мозга в первый год после рождения. На следующем этапе (у поздних Homo) «ранний» рост мозга остался примерно таким же, как у эректусов, зато сильно ускорился «поздний» рост. Возможно, именно это второе изменение сыграло ключевую роль в увеличении когнитивного потенциала людей и в конечном счете обеспечило старт ускоряющейся культурной эволюции.

Источник: http://elementy.ru/news/431833