Исследование роста черепа и прорезывания зубов показывает, что важен точный тайминг

Шесть, двенадцать и восемнадцать лет — это возраст, когда у большинства людей появляются три взрослых моляра, или больших жевательных зуба в задней части рта. Эти зубы прорезываются гораздо позже, чем у наших ближайших ныне живущих родственников — шимпанзе, у которых те же взрослые моляры появляются примерно в три, шесть и двенадцать лет. Палеоантропологи давно задавались вопросом, как и почему у людей эволюционировали моляры, прорезывающиеся в эти конкретные возрасты, и почему эти сроки так задержаны по сравнению с живущими человекообразными обезьянами. Учёные из Университета Аризоны и Университета штата Аризона представляют исследование в Science Advances, которое, по их мнению, наконец даёт ответ.

Люди — необычные приматы. Мы обладаем высоким интеллектом, крайне социальны, удивительно изобретательны, способны к обучению, являемся умелыми учителями и, как следствие, демонстрируем замечательную эволюционную историю успеха. Ключевой аспект нашей биологии, позволивший развиться этим компонентам человеческого опыта, — наша уникальная «история жизни», или общий темп жизни, включая скорость роста, длительность зависимости от матери в плане питания, время достижения половой зрелости и продолжительность жизни. Удивительно, что подсказки к большинству этих компонентов нашей биологии связаны с нашими зубами.

Та зубная особенность, которая тесно связана с темпом роста и историей жизни, — это возраст прорезывания взрослых моляров. На протяжении многих десятилетий эволюционные антропологи использовали очень тесную связь — существующую у всех приматов — между скоростью прорезывания этих взрослых моляров и общим темпом жизни. Например, современные люди растут невероятно медленно, имеют очень долгую и затянутую историю жизни и обзаводятся взрослыми молярами очень поздно — позже любого другого ныне живущего или вымершего примата.

«Одна из загадок биологического развития человека — как возникла и регулируется точная синхронность между прорезыванием моляров и историей жизни», — говорит Хальшка Гловяцка, ведущий автор и доцент Университета Аризоны, Медицинского колледжа в Фениксе.

Гловяцка и палеоантрополог Гэри Шварц, исследователь из Института происхождения человека и профессор Школы эволюции человека и социальных изменений, опубликовали исследование, которое даёт первый чёткий ответ: за это отвечает координация между ростом лица и механикой жевательных мышц, определяющая не только где, но и когда прорезываются взрослые моляры. Этот тонкий баланс приводит к появлению моляров только тогда, когда создаётся достаточно «механически безопасного» пространства. Моляры, появившиеся «по опережающему графику», прорезались бы в пространстве, которое при жевании нарушило бы тонко настроенную функцию всего жевательного аппарата, повредив височно-нижнечелюстной сустав.

Для исследования Гловяцка и Шварц создали 3D-биомеханические модели черепов, включая места прикрепления каждой основной жевательной мышцы, на протяжении периода роста почти у двух десятков различных видов приматов — от маленьких лемуров до горилл. В сочетании с данными о скорости роста челюстей у этих видов их комплексные модели выявили точное пространственное соотношение и временную синхронность каждого прорезывающегося моляра в контексте растущей и меняющейся жевательной системы.

Авторы отмечают, что это исследование устанавливает две вещи: оно убедительно демонстрирует, что именно точные биомеханические отношения между растущим лицом и растущими жевательными мышцами приводят к тесной и предсказуемой связи между развитием зубов и историей жизни; и оно показывает, что задержанный график прорезывания моляров у нашего вида является результатом эволюции в целом медленного роста в сочетании с короткими челюстями и ретрагированными лицами — лицами, расположенными непосредственно под нашей черепной коробкой.

Их исследование показало, что сочетание скорости роста челюстей с их итоговой длиной или выступанием у взрослых особей определяет сроки прорезывания моляров. Современные люди уникальны среди приматов из-за нашего растянутого профиля роста и ретрагированных лиц с короткими зубными дугами.

«Оказывается, наши челюсти растут очень медленно, вероятно, из-за нашей общей медленной истории жизни, и в сочетании с нашими короткими лицами это откладывает момент, когда становится доступно механически безопасное пространство — или, если хотите, «сладкое пятно», — что приводит к нашему очень позднему возрасту прорезывания моляров», — сказал Шварц.

«Это исследование предоставляет мощную новую оптику, через которую можно рассматривать давно известные связи между развитием зубов, ростом черепа и профилями созревания», — сказала Гловяцка.

Исследователи планируют применить свою модель к черепам ископаемых людей, чтобы выяснить, когда у наших предков впервые появились замедленный рост челюстей и задержанное прорезывание моляров.

Они также понимают, что подход, использованный в этом исследовании, может иметь значение для клинической стоматологии. Поскольку моляры не прорезываются до того момента, когда произошёл достаточный рост лица и появляется «сладкое пятно», «более тонкие детали модели можно изучить на большем количестве образцов, чтобы понять феномен ретенированных зубов мудрости у людей», — отметила Гловяцка.