Изучение древних черепов показало, что важен не только размер мозга, но и его форма
Мозг современных людей имеет округлую форму, нетипичную для других Homo. Анализ эндокранов сапиенсов из различных эр, а кроме этого неандертальцев, гейдельбергских людей и эректусов продемонстрировал, что у сапиенсов мозг эволюционировал не так, как у вторых людей.
Количество мозга достиг современных значений еще 300 000 лет назад и больше не рос. Форма мозга у предков в то время была еще архаичной, промежуточной между поздними эректусами и неандертальцами.
Позже мозг начал неспешно округляться, а всецело современной его форма стала только в промежутке от 100 000 до 35 000 лет назад. Тогда же, если судить по археологическим данным, быстро ускорился культурный прогресс.
Полученные результаты, наровне с данными палеогенетики, говорят о том, что в функции и строении мозга сапиенсов по окончании их отделения от предков неандертальцев случились серьёзные трансформации, каковые, быть может, и разрешили отечественному виду захватить планету, вытеснив все другие человеческие популяции.
Рис. 1. Мозг современного человека (слева) и неандертальца из Ла Шапель-о-Сен.
Продемонстрирована триангуляционная сетка, употреблявшаяся для анализа формы мозга.
Изображение из обсуждаемой статьи в Science Advances
Мозг современных людей получает собственную характерную округлую форму в последние месяцы внутриутробного развития и в первый год по окончании рождения. В развитии отечественного мозга имеется особенная «фаза глобуляризации», которой нет у неандертальцев и человекообразных обезьян.
Глобуляризация сопровождается стремительным ускоренным объема формированием и ростом мозга нейронных связей. По-видимому, как раз в это время формируются наиболее значимые структурные и функциональные изюминки мозга, определяющие отечественные отличия от вторых гоминид (см.: Мозг у неандертальцев рос в противном случае, чем у сапиенсов, «Элементы», 17.11.2010).
Исходя из этого для понимания эволюции отечественного вида принципиально важно разобраться в том, как и в то время, когда мозг предков купил собственную округлую форму.
Этот вопрос стал особенно актуальным, в то время, когда удалось датировать находки из местонахождения Джебель Ирхуд в Марокко (см.: Люди из Джебель Ирхуд — ранние представители эволюционной линии Homo sapiens, «Элементы», 13.06.2017). Черепа из Джебель Ирхуда были очень древними (300 000 лет), не смотря на то, что по собственной морфологии они слабо отличается от современных, в особенности в собственной лицевой части.
Основное отличие затрагивает именно форму мозга: у людей из Джебель Ирхуда мозг не глобулярный, а вытянутый в передне-заднем направлении, приблизительно как у неандертальцев и других архаичных Homo. В итоге этих людей трактовали как ранних представителей сапиентной эволюционной линии, у которых лицевая часть черепа уже купила современный вид, а черепная коробка еще сохраняла архаичные черты.
Вычислять ли их уже «настоящими сапиенсами» либо лишь «предками сапиенсов» — вопрос договоренности, увлекательный лишь узким экспертам.
Исследователи из института эволюционной антропологии Общества Макса Планка в Лейпциге — авторы вышеупомянутых статей по Джебель Ирхуду и по росту мозга у неандертальцев и сапиенсов — решили поподробнее разобраться в последовательности эволюционных событий, каковые стали причиной становлению современных пропорций мозговой коробки у Homo sapiens.
Кроме новых данных по Джебель Ирхуду, особенную актуальность данной теме придают недавние открытия сотрудников того же университета — палеогенетиков во главе со Сванте Пэабо. Изучение неандертальских и денисовских геномов продемонстрировало, что в сапиентной эволюционной линии (по окончании ее отделения от предков неандертальцев и денисовцев более 500 000 лет назад) под действием отбора изменились многие гены, воздействующие на работу и развитие мозга (подробнее см. в новостях: Геном неандертальцев прочтен: неандертальцы покинули след в генах современных людей, «Элементы», 10.05.2010; Геном денисовского человека отсеквенирован с высокой точностью, «Элементы», 06.09.2012; Между неандертальцами и сапиенсами существовала частичная репродуктивная изоляция, «Элементы», 03.02.2014).
В частности, у сапиенсов закрепились мутации в генах NOVA1, SLITRK1, KATNA1, LUZP1, ARHGAP32, ADSL, HTR2B и CNTNAP2. Функции этих генов связаны с ростом дендритов и аксонов и с передачей сигналов в синапсах.
Помимо этого, у сапиенсов под действием отбора изменился серьёзный регуляторный элемент в интроне известного «гена речи» FOXP2 (T. Maricic et al., 2013.
A recent evolutionary change affects a regulatory element in the human FOXP2 gene). По-видимому, это значит, что у сапиенсов по окончании их отделения от предков неандертальцев и денисовцев случились какие-то серьёзные эволюционные трансформации, которые связаны с работой и развитием мозга.
На анатомическом уровне это в полной мере имело возможность проявиться в трансформации формы мозга.
Авторы подробно изучили форму эндокрана (слепка мозговой полости) у 20 прекрасно сохранившихся разновозрастных черепов, относящихся к сапиентной эволюционной линии (сапиенсы и «пресапиенсы», начиная от Джебель Ирхуда и Омо-II (см. 195 000 лет назад в Эфиопии жили «анатомически современные» люди, «Элементы», 24.09.2008), восьми неандертальцев, двух гейдельбергских людей и восьми эректусов (рис.
2). Для сравнения были забраны 89 современных черепов со всей земли. От прошлых аналогичных изучений эта работа отличается, во-первых, громадным размером выборки, во-вторых, намного солидным числом «опорных точек» на поверхности эндокрана, что разрешает более подробно охарактеризовать форму мозга.
Рис. 2. Перечень изученных черепов. Для каждого черепа указано местонахождение,
возраст в тысячах лет (ky) и количество эндокрана в миллилитрах.
Таблица из обсуждаемой статьи в Science Advances
Главные результаты совершённого анализа отражены на рис. 3.
Рис. 3. Анализ формы эндокрана современных людей и древних при помощи способа основных компонент. оранжевая область и Треугольники — эректусы, ромбы — гейдельбергские люди, красная и квадраты область — неандертальцы, голубая область — современные люди, области и синие круги — древние сапиенсы (1 — старейшие представители сапиентной линии, жившие в Африке 300–200 тысяч лет назад; 2 — сапиенсы из Восточной Африки и Леванта, жившие 130–100 тысяч лет назад, 3 — верхнепалеолитические сапиенсы возрастом 35–10 тысяч лет).
Расплывчатые границы областей отражают неопределенности в реконструкциях деформированных черепов. Стрелки показывают направленность эволюционных трансформаций (временные тренды).
Рисунок из обсуждаемой статьи в Science Advances
Форма мозга изменялась направленно в последовательности «древние эректусы — поздние эректусы — неандертальцы». Черепа гейдельбергских людей (ромбы на рис.
3) укладываются в данный тренд, обозначенный тёмной стрелкой и сопряженный с постепенным повышением количества мозга. Возможно заявить, что неандертальцы продолжили эволюционную тенденцию, заданную еще эректусами: в случае если трансформации мозга, происходившие у эректусов, экстраполировать в будущее, то возьмём именно мозг неандертальца.
В сапиентной линии эволюция мозга отправилась в другую сторону. Старейшие представители сапиентной линии по форме мозга занимали промежуточное положение между эректусами и неандертальцами (светло синий область 1 на рис.
3). Что логично, потому, что эти «пресапиенсы» опоздали еще далеко уйти от общих предков сапиенсов и неандертальцев.
Второй четкий хронологический тренд (темно-светло синий стрелка) связывает старейших сапиенсов («пресапиенсов») с более поздними (светло синий области 2 и 3) и с современными людьми (голубая область). В этом последовательности форма мозга также изменялась направленно, но направление было иным.
Помимо этого, в данном случае изменение формы не было сопряжено с повышением количества (по количеству мозга старейшие представители сапиентной линии не уступают поздним).
Как показывает рисунок, старейшие сапиенсы либо «пресапиенсы» (светло синий области 1 и 2) по форме мозга отличаются от современных людей, и лишь позднепалеолитические сапиенсы, жившие 35–10 тысяч лет назад (светло синий область 3), всецело укладываются в диапазон современной изменчивости. Это значит, что мозг предков купил собственные нынешние очертания в период от 100 до 35 тысяч лет назад.
Эволюционный переход от исходного (условно говоря, джебель-ирхудского) состояния к современному был постепенным. Хронологический тренд, продемонстрированный темно-синей стрелкой на рис.
3, соответствует постепенной глобуляризации мозга: лобная часть становилась более вертикальной, теменная — более выпуклой, боковые поверхности — более параллельными, затылочная область — округлой и менее «нависающей», мозжечок возрастал. Все эти тенденции свойственны лишь для сапиентной линии.
Они мало связаны с географией: одновозрастные сапиенсы из различных регионов более сходны приятель с втором по форме мозга, чем жители одного региона, жившие в различные эры.
Получается, что у ранних представителей сапиентной линии мозг был уже современного количества, но форму имел архаичную — не глобулярную, а удлиненную, приблизительно как у поздних эректусов и неандертальцев. Это справедливо не только для двух черепов из Джебель Ирхуда, но и для более молодого (195 000 лет) черепа Омо II (череп Омо I, по словам авторов, плохо сохранился, а до черепа из Херто возрастом 160 000 лет они не смогли добраться).
Около 100 000 лет назад мозг предков имел форму, промежуточную между исходным и нынешним состоянием, а 35 000 лет назад — уже в полной мере современную, глобулярную. Так, глобулярная форма мозга — недавнее эволюционное приобретение, неповторимое для поздних сапиенсов.
Либо легко для сапиенсов, в случае если вычислять ранних представителей сапиентной линии не настоящими сапиенсами, а «пресапиенсами» — сущность дела от этого не изменяется. Помимо этого, изучение продемонстрировало, что глобуляризация шла неспешно: особи, промежуточные по геологическому возрасту, форму мозга имели также промежуточную.
Согласно точки зрения авторов, последовательность и характер трансформаций формы мозга в сапиентной линии не согласуются с предположением о том, что эти трансформации были побочным результатом перестроек вторых частей черепа (к примеру, лица либо челюстей). Исследователи уверенны, что форма мозга, в особенности на ранних этапах глобуляризации, изменялась не вследствие того что перекраивались другие части головы, а вследствие того что сам мозг подвергался реструкуризации.
Округлые очертания мозга, характерные для поздних сапиенсов, в личном развитии формируются во время «фазы глобуляризации». Как говорилось выше, эта фаза приурочена к последним месяцам внутриутробного развития и первому году по окончании рождения.
Следовательно, эволюционные трансформации мозга взрослых особей, прослеженные в последовательности от Джебель Ирхуда до современности, отражают перестройку перинатальных этапов развития мозга, в то время, когда закладываются его наиболее значимые структурные и функциональные характеристики. Мозг не просто изменил собственную форму у взрослых людей: он стал по-второму расти у младенцев, а это уже без шуток.
В свете новых данных предположение о том, что поздние сапиенсы купили какие-то серьёзные когнитивные отличия от вторых Homo, делается более правдоподобным. Особенно в случае если отыскать в памяти о итогах, взятых палеогенетиками, а кроме этого о том, что примерно очерченный авторами временной промежуток «окончательной глобуляризации» (100–35 тысяч лет назад) сходится с периодом становления подлинно людской культуры — от ранних, эфемерных проблесков «современного поведения» в Африке (см.: Зарождение людской культуры в Африке проходило в два этапа, «Элементы», 05.11.2008) до «позднепалеолитической революции» (см.: В Германии отыскана самая старая в мире скульптура, «Элементы», 15.05.2009).
Оба процесса шли неспешно и параллельно: по мере того как мозг получал всё более округлые очертания, поведение предков становилось всё более «современным». Быть может, в данный же период последовательно закреплялись под действием отбора и те занимательные мутации в генах, воздействующих на развитие мозга, о которых говорилось выше.
С какими когнитивными трансформациями могла быть связана глобуляризация? Авторы пробуют мало порассуждать на эту тему, отталкиваясь от того, что два самых заметных трансформации в ходе глобуляризации — это выступание теменной области и рост мозжечка.
Теменные доли неокортекса в чем лишь не задействованы: от ориентации, внимания, разных аспектов и орудийной деятельности чувственного восприятия до интеграции сенсорной информации в целостную картину мира и себя в нем1, самосознания, рабочей и операций и долговременной памяти с количествами (см.: Возможно ли вылечить дискалькулию?, «Элементы», 03.06.2011). Но, выпячивание теменной области скорее было связано с повышением не поверхностных территорий коры, а скрытых в глубине — таких, к примеру, как предклинье (см.
Precuneus). Это может иметь отношение опять-таки к самосознанию, эпизодической памяти, цельной картине окружающего мира и вторым увлекательнейшим вещам.
Что касается мозжечка, то его функции у человека, как сейчас известно, не ограничиваются координацией перемещений, мышечным тонусом и равновесием (не смотря на то, что это, возможно, его первичные функции). Мозжечок, быть может, стал у нас чем-то наподобие многофункционального бортового компьютера, специализирующегося на коррекции всевозможных неточностей (в то время, когда то, что было задумано, не сходится с тем, что оказалось).
Мозжечок задействован в рабочей памяти, чувствах, речи и социальном поведении. Авторы информируют, что в первые три месяца по окончании рождения мозжечок у человеческих детей растет стремительнее всех остальных частей мозга и за 90 дней удваивается в количестве.
Возможно, это что-нибудь да значит.
В целом возможно подметить, что новые эти археологии и генетики неспешно усиливают позиции тех исследователей, каковые уверены в том, что преимущества, разрешившие поздним сапиенсам вытеснить всех других людей и стать хозяевами планеты, были отнюдь не только культурными, но и грубо биологическими. Похоже, предки к началу позднего палеолита вправду стали «высшей расой», с приходом которой у всех остальных людей — с их архаичным удлиненным мозгом и без верных регуляторных элементов в гене FOXP2 — просто не осталось шансов.
Статья размещена в издании Science Advances
Источник: Алексанр Марков elementy.ru
1 Либо, в случае если уж на то пошло, себя вне его. Сбои в работе некоторых территорий теменной коры, несущих ответственность за цельность восприятия, смогут приводить к мистическим и потусторонним переживанием наподобие «выхода души из тела» либо «единства с Космосом».
В эволюции не только размер мозга имеет значение! Морфология внутренней части черепа Homo naledi
