Ископаемые зубы раскрывают, как развивался мозг в утробе за миллионы лет эволюции человека

Крупный мозг относительно размеров тела — определяющая черта нашего вида. Беременность и развитие плода особенно интересны палеоантропологам, поскольку большие черепа Homo sapiens осложняют роды, но именно большой мозг позволил нашему виду преуспеть.

Особенно важно понять, как быстро мозг предков человека рос до рождения. Исследование того, когда пренатальный рост и беременность стали «человеческими», помогает выяснить, когда и как мозг наших предков стал больше похож на наш, чем на мозг родственных нам обезьян.

Почему важны беременность и мозг

Беременность, особенно роды, у человека энергозатратны и опасны. Крупный мозг плода требует много питательных веществ. Быстрый пренатальный рост накладывает метаболические и физиологические издержки на организм матери, а большой размер головы и плеч ребёнка повышает риск смерти при родах.

Оправданием этих рисков служат преимущества большого мозга: использование инструментов, создание искусства, способность выживать в разных ландшафтах. Эволюция большого мозга связана с увеличением доступности ресурсов (например, благодаря орудиям труда и кооперации).

У людей самый высокий пренатальный рост среди современных приматов — 0,41 унции/день (11,58 г/день). Для сравнения, у горилл, которые крупнее людей, этот показатель составляет 0,29 унции/день (8,16 г/день). Поскольку более четверти роста человеческого мозга завершается во время беременности, скорость пренатального роста напрямую влияет на конечный размер мозга взрослого.

Что могут рассказать зубы

Мозг, беременность и скорость пренатального роста не окаменевают. Однако постоянные зубы начинают развиваться ещё в утробе (у 20-недельного плода). Эмаль зубов более чем на 95% неорганическая, поэтому зубы составляют большую часть ископаемых находок позвоночных.

Исследователи измерили зубы 608 недавно живших приматов из коллекций по всему миру. Они сравнили эти данные с рассчитанными скоростями пренатального роста (на основе средней продолжительности беременности и массы при рождении) и с эндокраниальным объёмом (показателем размера мозга).

Оказалось, что скорость пренатального роста значимо коррелирует как с размером мозга взрослой особи, так и с относительной длиной зубов у обезьян и человекообразных обезьян.

На основе этой корреляции была создана математическая модель, позволяющая предсказывать скорость пренатального роста только по зубам. С помощью этого уравнения можно, имея несколько коренных зубов вымершего вида, реконструировать, как быстро их потомство росло в утробе.

Новые данные об эволюции человека

Используя новый метод, учёные реконструировали скорости пренатального роста для 13 ископаемых видов за последние 6 миллионов лет эволюции человека и гоминид (видов на человеческой ветви после разделения с общим предком шимпанзе около 6–8 млн лет назад).

Результаты показали, что скорости пренатального роста увеличивались на протяжении эволюции гоминид. Почти 1 миллион лет назад они достигли «человеческого» уровня, превышающего показатели всех других человекообразных обезьян.

Полностью человеческая скорость пренатального роста появилась с эволюцией нашего вида Homo sapiens около 200 000 лет назад. Однако и другие виды гоминид, жившие в последние 200 000 лет (например, неандертальцы), также имели «человеческие» скорости пренатального роста. Какие гены участвовали в этих изменениях, ещё предстоит выяснить.

Значение открытия

Теперь по нескольким зубам и фрагменту челюсти можно не только определить вид, диету, возраст и здоровье особи, но и понять, какой была беременность и пренатальное развитие у этого вида. Зубы могут даже косвенно указывать на возникновение человеческого сознания через эволюцию размера мозга.

Модель предполагает, что скорости пренатального роста начали увеличиваться задолго до появления Homo sapiens. Можно предположить, что быстрый пренатальный рост был необходим для развития большого мозга, человеческого сознания и когнитивных способностей.