Одной из ключевых анатомических особенностей эволюции рода Homo считается значительное увеличение объёма черепной коробки за последние примерно два миллиона лет. За этот период средний объём увеличился примерно втрое. Однако недавнее исследование поставило под сомнение традиционную гипотезу, согласно которой этот процесс был результатом естественного отбора, и допускает возможность случайного характера этих изменений.

Традиционные представления об эволюции мозга

Долгое время антропологи считали, что увеличение размеров человеческого мозга — как абсолютного объёма, так и относительного по сравнению с телом — происходило преимущественно под воздействием дарвиновского отбора. Предполагалось, что на эволюцию мозга влияли изменения окружающей среды, особенности питания, когнитивные способности, усложнение социальной жизни и развитие технологий. Большой мозг рассматривался как адаптация к необходимости выживания в изменяющихся условиях, координации действий в группах и передачи знаний.

Считается, что за последние два миллиона лет объём черепной коробки у предков Homo увеличился с 400–500 кубических сантиметров у австралопитеков до 1300–1500 кубических сантиметров у неандертальцев и сапиенсов. Параллельно происходили изменения в строении лица: оно становилось менее массивным, уменьшались челюсти, зубы и надбровные дуги.

Новое исследование и его методы

В рамках нового исследования были проанализированы 87 черепов представителей рода Homo, включая сапиенсов, неандертальцев, Homo erectus, Homo habilis и других ранних форм. С помощью трёхмерной геометрической морфометрии сравнивались форма лицевой части черепа и объём мозгового отдела.

Исследователи не ограничились простым сравнением размеров черепов в разные периоды, а сосредоточились на динамике изменений во времени, чтобы определить, какая из эволюционных моделей лучше описывает наблюдаемые преобразования черепа и лица у Homo.

Сравнение эволюционных моделей

Были рассмотрены шесть математических моделей эволюции. Одна из них описывала постоянный естественный отбор в сторону увеличения мозга и уменьшения лица — классический сценарий, при котором эволюция закрепляет признаки, дающие преимущество. Другая модель предполагала нейтральную эволюцию, при которой изменения не имели заранее заданного направления и могли накапливаться случайным образом. Остальные модели описывали различные варианты стабилизирующего отбора и стазиса — длительного сохранения анатомических признаков в относительно узком диапазоне значений.

Основные выводы исследования

Результаты показали, что увеличение объёма черепной коробки у представителей рода Homo действительно происходило, однако дарвиновский отбор, вероятно, либо не способствовал этому процессу, либо его влияние было незначительным. Лучше всего изменения соответствовали моделям нейтральной эволюции. Это означает, что приобретённые формы и размеры мозгового отдела могли быть результатом случайных эволюционных процессов, а не целенаправленного движения к определённой цели.

Нейтральная эволюция не исключает преимуществ большого мозга, но указывает, что увеличение размеров не обязательно было следствием непрерывной «гонки за суперспособность», при которой каждое увеличение объёма мозга повышало шансы на выживание и закреплялось отбором. Полученные данные свидетельствуют о важной роли случайных процессов.

В данных также обнаружены признаки стазиса, когда анатомические признаки длительное время сохраняются в определённом диапазоне значений, а заметные изменения происходят только в периоды ослабления ограничивающих факторов. Какие именно факторы позволяли преодолевать эти ограничения, пока неизвестно.

Изменения лицевой части черепа

Аналогичная картина наблюдалась и при анализе лицевой части черепа. Лицо Homo сохраняло примерно один и тот же «шаблон» на протяжении многих поколений, а трансформации происходили только при появлении новых условий, например, связанных с особенностями развития организма.

Ограничения исследования

Одной из главных проблем исследования является ограниченность палеонтологической летописи: было проанализировано всего 87 черепов, что является небольшой выборкой. Антропологам пришлось восстанавливать сотни тысяч лет эволюции по ограниченному числу сохранившихся останков, поэтому некоторые быстрые эволюционные изменения могли остаться незамеченными.

Также отмечается, что если модель нейтральной эволюции лучше описывает данные, это не означает полного отсутствия естественного отбора. Не исключается возможность адаптивных процессов, особенно если отбор действовал короткими периодами или менялся вместе с условиями среды. Например, возможны ситуации, когда после быстрого изменения среды происходил сильный отбор, а затем наступал длительный период стабильности.

Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.