Человеческий мозг и лицо могли измениться случайно, а не в результате естественного отбора. К такому выводу пришли антропологи из Университета Теннесси и Тюбингенского университета, проанализировав 63 ископаемых черепа. Их исследование, опубликованное в Nature Communications, ставит под сомнение классическую теорию о том, что увеличение мозга и уменьшение лица у ранних Homo было результатом направленного естественного отбора. Вместо этого данные лучше объясняются генетическим дрейфом и ослаблением биологических ограничений.

Традиционная история эволюции черепа

Род Homo появился примерно 2,5–3 миллиона лет назад. Долгое время эволюцию Homo описывали как постепенное превращение в череп современного человека. За этот период объём черепной коробки увеличился примерно втрое. Выступающее вперёд лицо втянулось и уплощилось, а массивные челюсти и зубы уменьшились. Каждому из этих изменений находилось готовое объяснение: больший мозг давал преимущество в мышлении, а меньшее лицо экономило энергию, поскольку приготовление пищи и использование орудий снизили нагрузку на жевательный аппарат.

Проверка гипотезы

Марк Хаббе, биологический антрополог из Университета Теннесси в Ноксвилле, решил проверить, подтверждают ли ископаемые эту логику. Вместе с Катериной Харвати из Тюбингенского университета он подошёл к привычным трендам не как к установленным фактам, а как к утверждениям, требующим проверки. Стандартная версия опирается на естественный отбор, действующий постепенно и в одном направлении: поколение за поколением череп слегка увеличивался в мозговой части или уменьшался в лицевой, пока не приобрёл современную форму. Такое давление оставляет характерный след в линии развития, и этот след можно искать.

Методы анализа

Хаббе и Харвати собрали измерения 63 ископаемых черепов Homo, охватывающих от самых ранних представителей рода до более поздних видов, включая Homo erectus и неандертальцев, а также два десятка черепов современных людей. На каждом черепе они расставили анатомические ориентиры: 21 точку на черепной коробке и 23 на лице. Эти координаты позволили отследить, как менялась форма от одной группы к другой. Образцы разделили на восемь групп в хронологическом порядке, которые образовали две возможные линии: одна вела к современным людям, другая — к неандертальцам.

Затем исследователи сравнили шесть моделей того, как признак может меняться во времени. Одна описывала постепенное направленное изменение — устойчивое давление, ожидаемое от длительного отбора. Другие описывали случайные, ненаправленные изменения или длительные периоды стабильности, когда признак почти не меняется. Каждая модель предсказывает свой паттерн в данных. Учёные сопоставили измерения ископаемых со всеми шестью моделями, чтобы понять, какая подходит лучше всего, используя метод оценки с штрафом за излишнюю сложность модели.

Что показали ископаемые

Направленная модель, представляющая устойчивый отбор, редко выходила на первое место. Для роста черепной коробки в линии, ведущей к современным людям, более 95% статистической поддержки получила модель случайного, ненаправленного изменения. То же самое наблюдалось в линии неандертальцев и для лицевой части. В обеих линиях изменение формы лица лучше всего соответствовало случайным изменениям и периодам стабильности. Направленный отбор почти не получил поддержки. Под случайным изменением здесь понимается нечто близкое к генетическому дрейфу: различия накапливаются по воле случая, а не потому, что помогают выживанию. Более ранний анализ пришёл к похожему выводу: различия черепов неандертальцев и современных людей могли возникнуть только за счёт дрейфа. Две линии шли разными путями: современные люди преобразовали черепную коробку в округлую, шарообразную форму, а неандертальцы втиснули растущий мозг в удлинённый, низкий череп своих предков.

Ослабление ограничений

Если отбор не был движущей силой этих изменений, нужно объяснить, почему мозг и лицо вообще менялись. Хаббе и Харвати предлагают другую причину — снятие ограничений, то есть биологических и энергетических пределов, которые обычно не дают признаку меняться. Большой мозг потребляет много энергии, как и массивное мускулистое лицо. На протяжении большей части истории рода стоимость питания этих тканей могла ограничивать возможные изменения размера мозга и формы лица. Культурные привычки могли снять этот предел. Когда Homo начали разделывать животных, обрабатывать пищу и в конце концов готовить, каждый приём пищи стал давать больше энергии, а нагрузка на жевательные мышцы и челюсти снизилась. Лабораторные эксперименты показали, что нарезка и размягчение сырого мяса резко уменьшают усилия при жевании, ослабляя давление, которое раньше сохраняло лица крупными. Когда эти ограничения ослабли, мозг и лицо получили свободу варьировать, и изменения могли накапливаться без направляющей руки отбора. В линии неандертальцев лицо оставалось жёстко ограниченным, что, возможно, объясняет, почему их черты сохранили более массивную, выступающую форму.

Авторы осторожны в выводах. Ископаемая летопись фрагментарна. Имея лишь несколько временных точек для моделирования, они не могут исключить короткие всплески отбора или давления, которые их метод не смог уловить.

Куда движется исследование

Анализ показывает, что долгосрочные тенденции к увеличению мозга и уменьшению лица не требуют истории устойчивого отбора для объяснения. Случайные изменения и снятие ограничений соответствуют ископаемым не хуже, а по оценке этого исследования — даже лучше. Это перенаправляет поиск: вместо охоты за преимуществом каждого этапа роста мозга исследователи могут задаться вопросом, когда и почему ослабли старые ограничения. Моменты такого ослабления можно рассматривать как настоящие поворотные точки в нашей истории. Такой сдвиг акцентов затрагивает понимание собственного происхождения: черты, которые мы считаем доказательством неуклонного восхождения к интеллекту, могут в равной мере быть обязаны случаю и культурным изобретениям, которые нас кормили, а не только силе, отбиравшей лучший мозг.

Этот вывод перекликается с другими исследованиями, которые ставят под сомнение классические представления об эволюции. Например, мы уже писали о том, что капуцины сверлят термитники палкой, не вставая с ветки, что бросает вызов устоявшимся теориям о прямохождении как ключевом факторе развития интеллекта. А в другой нашей статье рассматривалось, как мозг принимает решения не там, где считали, — это открытие также указывает на то, что наши представления об эволюции и работе мозга требуют пересмотра.

Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.