Ископаемые зубы указывают, что долгое детство предшествовало эволюции большого мозга
По сравнению с человекообразными обезьянами, у людей исключительно долгое детство, в течение которого родители, бабушки и дедушки и другие взрослые способствуют их физическому и когнитивному развитию. Это ключевой период для приобретения всех когнитивных навыков, необходимых в сложной социальной среде человеческой группы. Согласно текущему консенсусу, очень долгий рост современных людей эволюционировал как следствие увеличения объема мозга, поскольку этот орган требует значительных энергетических ресурсов.
Однако гипотеза «большой мозг — долгое детство» может быть пересмотрена, как показала международная команда исследователей в журнале Nature, на основе анализа роста зубов исключительной находки.
Зубы — ключ к разгадке
Исследовательская группа, состоящая из ученых из Университета Цюриха (Швейцария), Европейского центра синхротронного излучения (ESRF, Гренобль, Франция) и Национального музея Грузии, использовала синхротронную томографию для изучения развития зубов почти взрослой особи раннего Homo со стоянки Дманиси в Грузии, датированной примерно 1.77 млн лет назад.
«Детство и когнитивные способности не окаменевают, поэтому мы должны полагаться на косвенную информацию. Зубы идеальны, потому что они хорошо окаменевают и образуют ежедневные кольца, подобно тому, как деревья образуют годовые кольца, которые записывают их развитие», — объясняет Кристоф Цолликофер из Университета Цюриха, первый автор публикации.
«Развитие зубов тесно коррелирует с развитием остального тела, включая развитие мозга. Доступ к деталям роста зубов ископаемого гоминида поэтому дает много информации о его общем росте», — добавляет Поль Таффоро, ученый из ESRF и соавтор исследования.
18 лет исследований
Проект был запущен в 2005 году после первоначального успеха неразрушающего анализа микроструктур зубов с помощью фазово-контрастной синхротронной томографии на ESRF. Эта техника позволила ученым создавать виртуальные микроскопические срезы зубов этой окаменелости.
Исключительное качество сохранности структур роста в этом образце позволило восстановить все фазы его зубного роста, от рождения до смерти, с беспрецедентной точностью. Ученые, по сути, виртуально вырастили зубы этого гоминида заново.
Проект занял почти 18 лет — от первоначальной концепции в 2005 году до финализации результатов в 2023. Ученые впервые отсканировали зубы в 2006 году, а первые результаты о возрасте особи на момент смерти были получены в 2007.
«Мы ожидали найти либо типичное для ранних гоминид развитие зубов, близкое к таковому у человекообразных обезьян, либо развитие, близкое к современным людям. Когда мы получили первые результаты, мы не могли поверить своим глазам, потому что это было нечто иное, что подразумевало более быстрый рост коронок моляров, чем у любого другого ископаемого гоминина или живущей человекообразной обезьяны», — объясняет Таффоро.
В последующие годы было проведено пять серий экспериментов и четыре полных анализа с использованием разных подходов по мере технического прогресса в синхротронной визуализации зубов. Поскольку результаты указывали в одном направлении и могли сильно повлиять на гипотезу «большой мозг — долгое детство», ученым пришлось мыслить нестандартно.
«Это было медленное созревание, как техническое, так и интеллектуальное, чтобы наконец прийти к гипотезе, которую мы публикуем сегодня», — заключает Таффоро.
Молочные зубы использовались дольше
«Результаты показали, что эта особь умерла в возрасте от 11 до 12 лет, когда ее зубы мудрости уже прорезались, как это бывает у человекообразных обезьян в этом возрасте», — объясняет Венсан Бейран, соавтор исследования.
Однако команда обнаружила, что у этой окаменелости был удивительно похожий на человеческий паттерн созревания зубов: задние зубы отставали в развитии от передних в течение первых пяти лет.
«Это предполагает, что молочные зубы использовались дольше, чем у человекообразных обезьян, и что дети этого раннего вида Homo зависели от поддержки взрослых дольше, чем детеныши человекообразных обезьян», — объясняет Марсия Понсе де Леон из Университета Цюриха, соавтор исследования. «Это мог быть первый эволюционный эксперимент с продленным детством».
Как зубы могут дать ключ к эволюции мозга
Здесь гипотеза «большой мозг — долгое детство» подвергается проверке. Особи раннего Homo не имели намного большего мозга, чем человекообразные обезьяны или австралопитеки, но, возможно, жили дольше. Фактически, один из черепов, обнаруженных в Дманиси, принадлежал очень старой особи, у которой в последние несколько лет жизни не осталось зубов.
«Тот факт, что такая старая особь смогла выжить без зубов в течение нескольких лет, указывает на то, что остальная группа хорошо заботилась о ней», — комментирует Давид Лордкипанидзе из Национального музея Грузии, соавтор исследования.
Старшие особи обладают наибольшим опытом, поэтому вероятно, что их роль в сообществе заключалась в передаче знаний младшим. Эта трехпоколенческая структура является фундаментальным аспектом передачи культуры у людей.
Хорошо известно, что маленькие дети могут запоминать огромное количество информации благодаря пластичности их незрелого мозга. Однако, чем больше нужно запомнить, тем больше времени это занимает.
Здесь появляется новая гипотеза. Рост детей замедлился одновременно с увеличением культурной передачи, что делало объем информации, передаваемой от старых к молодым, все более важным.
Эта передача позволила бы им лучше использовать доступные ресурсы, развивая более сложное поведение, и дала бы им эволюционное преимущество в пользу более долгого детства (и, вероятно, более долгой жизни).
Как только этот механизм был установлен, естественный отбор стал действовать на культурную передачу, а не только на биологические признаки. Затем, по мере увеличения объема передаваемой информации, эволюция стала благоприятствовать увеличению размера мозга и отсрочке взросления, позволяя нам и учиться больше в детстве, и иметь время, чтобы вырастить больший мозг, несмотря на ограниченные пищевые ресурсы.
Таким образом, возможно, не эволюционное увеличение размера мозга привело к замедлению человеческого развития, а удлинение детства и трехпоколенческая структура, которые благоприятствовали био-культурной эволюции. Эти механизмы, в свою очередь, привели к увеличению размера мозга, более позднему взрослению и увеличению продолжительности жизни. Изучение зубов этой исключительной окаменелости может побудить исследователей пересмотреть эволюционные механизмы, которые привели к нашему собственному виду, Homo sapiens.