Быстрый рост мозга в раннем детстве — отличительная черта рода Homo

Рис. 1. Череп Моджокерто — единственный известный детский череп Homo erectus. Изображение с сайта antropogenez.ru

Обобщив имеющиеся данные по темпам роста мозга у детенышей гоминид, американский антрополог Стивен Ли пришел к выводу, что австралопитеки в этом отношении были похожи на современных шимпанзе. Более вместительный череп Homo формируется в ходе индивидуального развития не столько за счет продления периода роста, сколько за счет его ускорения. Если единственный известный детский череп Homo erectus принадлежал типичному, а не аномальному, ребенку, то ускоренный рост мозга на первом году жизни был характерен уже для человека прямоходящего.
У сапиенсов и неандертальцев в первый год мозг рос примерно с такой же скоростью, как у эректусов, но в последующие 4–6 лет — существенно быстрее. Таким образом, в ходе антропогенеза сначала ускорился рост мозга в раннем детстве, и только потом — в позднем.
Увеличение мозга — важнейшая эволюционная тенденция приматов рода Homo. У примитивных гоминид (австралопитеков, ардипитеков, сахелантропа) объем мозга был примерно таким же, как у современных шимпанзе. У ранних Homo (H. habilis) мозг стал несколько крупнее. Увеличение черепной коробки продолжилось у H. erectus; у поздних представителей человеческого рода (неандертальцев и сапиенсов) мозг достиг максимального размера. Динамику эволюционных изменений иллюстрирует интерактивная диаграмма «Объем мозга ископаемых гоминоидов», недавно опубликованная С. В. Дробышевским и А. Б. Соколовым, создателями портала «Антропогенез.ру» (рис. 2).

Рис. 2. Объем эндокрана (полости черепа) у ископаемых людей. Зеленые треугольники — сапиенсы, синие кружки — неандертальцы, красные крестики — современные человекообразные обезьяны, прочие значки — представители «гейдельбергских людей» в широком смысле. На диаграмме заметно, в частности, небольшое уменьшение среднего размера мозга у сапиенсов в течение последних 30 000 лет. Изображение с сайта antropogenez.ru

Для понимания антропогенеза важно знать не только то, как менялся объем мозга взрослых особей в ходе эволюции, но и то, как менялась динамика его роста в ходе индивидуального развития. От того, насколько быстро рос мозг на тех или иных этапах, зависит, в частности, «метаболическая цена» выращивания детей, то есть количество ресурсов, которые приходилось вкладывать в каждого ребенка взрослым членам коллектива (в первую очередь, конечно, эта нагрузка ложилась на мать). Быстро растущий мозг требует усиленного питания. Кроме того, растущий мозг пластичен: рост мозга у детей сопровождается крупномасштабными перестройками межнейронных связей, что тесно связано с обучением. Предполагают, что для развития интеллекта важен не только размер мозга, но и достаточно долгий период его постнатального роста.
К сожалению, палеоантропологический материал, позволяющий судить о динамике роста мозга у наших предков, весьма скуден. Известно всего три достаточно хорошо сохранившихся детских черепа австралопитеков (о двух из них «Элементы» уже рассказывали, см.: Юные австралопитеки были добычей хищных птиц, «Элементы», 28.09.2006; «Дочка Люси» ходила как человек, а лазила по деревьям и думала как обезьяна, «Элементы», 26.09.2006); третий — череп AL 333‑105). Детские черепа ранних Homo (H. habilis, H. rudolfensis), к сожалению, неизвестны. Есть всего один детский череп H. erectus («ребенок из Моджокерто», рис. 1), после него — снова огромный пробел. С неандертальцами ситуация чуть лучше (см.: Скелет новорожденного неандертальца проливает свет на эволюцию рода Homo, «Элементы», 18.09.2008; Мозг у неандертальцев рос иначе, чем у сапиенсов, «Элементы», 17.11.2010). Проблема усугубляется множеством дополнительных источников ошибок: неточные геохронологические датировки, трудности определения индивидуального возраста особей по ископаемым костям, возможные ошибки при измерении объема эндокранов.
Антрополог Стивен Ли (Steven R. Leigh) из Иллинойсcкого университета (Урбана–Шампейн) опубликовал в журнале Evolutionary Biology обзорную статью, в которой попытался обобщить имеющиеся данные и выявить основные тенденции эволюционных изменений динамики роста мозга у гоминид. Помимо палеоантропологического материала автор воспользовался данными по размеру мозга современных людей, собранными еще в начале XX века (F. Marchand, 1902. Ueber Das Hirngewicht Des Menschen), и аналогичными данными по шимпанзе. Ли представил данные в виде графиков, на которых по горизонтальной оси отложен возраст особи (индивидуальный, а не геологический, как на вышеупомянутой диаграмме с сайта «Антропогенез.ру»), по вертикальной — масса мозга в граммах (объем эндокрана переводился в массу на основе известной плотности мозговой ткани: 1036 г/л).

Рис. 3. Зависимость массы мозга от возраста у современных людей (маленькие черные кружки — мужчины, белые треугольники — женщины), шимпанзе (крестики) и австралопитеков. Большими черными кружками обозначены два детских черепа Australopithecus afarensis; черным треугольником — ребенок из Таунга (A. africanus), горизонтальными черными линиями — средняя масса мозга взрослых особей двух видов австралопитеков. Помимо прочего, график иллюстрирует половой диморфизм по размеру мозга у Homo sapiens: у мужчин как среднее, так и разброс значений несколько выше, чем у женщин. Изображение из обсуждаемой статьи в Evolutionary Biology

Графики показывают, что по размеру мозга современные люди уже в момент рождения заметно превосходят шимпанзе (рис. 3). В ходе дальнейшего развития эти различия резко усиливаются, причем не столько за счет более долгого периода роста у людей, сколько за счет его более высокой скорости. Рост мозга замедляется постепенно, и точно измерить его продолжительность трудно. Зато различия в скорости очевидны и бесспорны.
Имеющиеся данные по австралопитекам полностью укладываются в диапазон изменчивости современных шимпанзе. Иными словами, австралопитеки практически не отличаются от шимпанзе ни по размеру мозга, ни по динамике его роста в ходе постнатального развития. По-видимому, такая динамика близка к исходному, предковому состоянию для гоминид.

Рис. 4. Размер мозга ребенка из Моджокерто (большой черный квадрат, отмеченный стрелкой) на фоне данных по современным людям и шимпанзе (обозначения как на рис. 3). Горизонтальные красные отрезки показывают средний размер мозга у взрослых представителей ранних (нижний отрезок) и поздних популяций Homo erectus. Ребенок из Моджокерто жил около 1 млн лет назад и относится к поздним эректусам. По рисункам из обсуждаемой статьи в Evolutionary Biology

При интерпретации данных по ребенку из Моджокерто многое зависит от оценки возраста. Некоторые эксперты предполагали, что обладателю этого черепа было в момент смерти года два или даже больше, однако Ли считает эти оценки завышенными и принимает возраст данного индивида равным одному году, что подтверждается недавними исследованиями (Coqueugniot et al., 2004. Early brain growth in Homo erectus and implications for cognitive ability). В таком случае, череп из Моджокерто хоть и с трудом, но всё же укладывается в диапазон нормальной изменчивости H. sapiens, особенно мальчиков, у которых изменчивость по размеру мозга выше, чем у девочек (рис. 4). Как видно на рисунке, среди современных годовалых мальчиков иногда встречаются индивиды с мозгом примерно такого же размера, как у ребенка из Моджокерто.
О размере мозга новорожденных можно судить по пропорциям таза у женщин (если нет данных по самим новорожденным). Судя по этому косвенному признаку, новорожденные эректусы имели примерно такой же по размеру череп, что и новорожденные сапиенсы. Следовательно, в раннем детстве (на первом году жизни) мозг эректусов рос примерно с такой же скоростью, что и у сапиенсов — то есть очень быстро, гораздо быстрее, чем у шимпанзе и австралопитеков.
С другой стороны, у взрослых эректусов средний размер мозга был меньше, чем у сапиенсов. Стало быть, после года мозг у эректусов должен был расти значительно медленнее, чем у нас. По мнению Ли, это означает, что женщины-эректусы должны были тратить на выращивание ребенка очень много сил в первый год его жизни (примерно столько же, сколько и поздние Homo), но зато в последующие годы «метаболическая цена» потомства резко снижалась. Это могло позволить эректусам рожать детей в среднем чаще по сравнению с неандертальцами и сапиенсами. С другой стороны, незначительный рост мозга у эректусов после первого года жизни, скорее всего, накладывал ограничения на их умственное развитие.
Конечно, все эти рассуждения имеют смысл лишь в том случае, если ребенок из Моджокерто был типичным ребенком эректуса, а не уродцем с аномально крупной или, наоборот, аномально маленькой головой. Не имея других детских черепов эректусов, к этому трудно что-то добавить.

Рис. 5. Масса мозга неандертальцев (большие черные ромбы) и архаичных сапиенсов из Херто (возраст около 160 тыс. лет, серые треугольники) на фоне данных по современным людям и шимпанзе (обозначения как на рис. 3). Средняя масса мозга взрослых неандертальцев (для обоих полов вместе) и стандартное отклонение показаны крестом. Изображение из обсуждаемой статьи в Evolutionary Biology

Что касается неандертальцев, то они рождались примерно с таким же по размеру мозгом, как и сапиенсы. В первые 3–4 года жизни динамика роста мозга у обоих видов была практически одинаковой. У взрослых неандертальцев мозг был в среднем крупнее, чем у современных людей, причем это различие формировалось за счет более быстрого роста мозга у неандертальцев в «позднем детстве», примерно от 4 до 7 лет (рис. 5).
Автор отмечает, что у архаичных сапиенсов из местонахождения Херто динамика возрастных изменений объема мозга, по-видимому, ничем не отличалась от таковой у современных людей. Из этого он делает вывод, что такая динамика, вероятно, характеризует наш вид с давних пор. Может быть, рассуждает Ли, замедленный рост мозга в позднем детстве у сапиенсов по сравнению с неандертальцами дал первым какие-то преимущества (например, в скорости размножения).
Здесь, однако, автор упускает из виду то обстоятельство, что между временем, когда жили люди из Херто (160 тыс. лет назад) и современной эпохой был период (примерно соответствующий верхнему палеолиту, 20–40 тыс. лет назад), когда средний объем мозга взрослых сапиенсов-кроманьонцев был больше, чем у современных сапиенсов и более древних сапиенсов из Херто. В этот период, как видно на рис. 2, сапиенсы не уступали по объему мозга неандертальцам. Поэтому рассуждения Стивена Ли о том, что на исход конкуренции сапиенсов с неандертальцами могли как-то повлиять различия в размере мозга и скорости его роста, едва ли верны. В тот период, когда сапиенсы реально конкурировали с неандертальцами на просторах Европы и Азии, размер мозга у двух видов людей, по-видимому, был практически одинаковым.
Главный вывод исследования состоит в том, что скорость роста мозга на разных этапах постнатального развития в ходе эволюции рода Homo, по-видимому, менялась очень неравномерно. Сначала увеличился размер головы у новорожденных (насколько можно судить по строению таза эректусов) и резко ускорился рост мозга в первый год после рождения. На следующем этапе (у поздних Homo) «ранний» рост мозга остался примерно таким же, как у эректусов, зато сильно ускорился «поздний» рост. Возможно, именно это второе изменение сыграло ключевую роль в увеличении когнитивного потенциала людей и в конечном счете обеспечило старт ускоряющейся культурной эволюции.
Источник: Steven R. Leigh. Brain Size Growth and Life History in Human Evolution // Evolutionary Biology. 2012. Advance online publication.
См. также:
1) Объем мозга ископаемых гоминоидов (интерактивная диаграмма).
2) Скелет новорожденного неандертальца проливает свет на эволюцию рода Homo, «Элементы», 18.09.2008.
3) Мозг у неандертальцев рос иначе, чем у сапиенсов, «Элементы», 17.11.2010.
Александр Марков