Сапиенс для пляжа: изучаем происхождение человека

У человека и шимпанзе очень много общего: у них явно один предок. Именно от этого древнего вида когда-то пошли обе ветви развития. Но только в XXI веке человечество смогло наконец составить себе более-менее ясный образ прародителя, первого гоминида, давшего начало всем нам.

Обезьяны, встать!

Среди гоминидов есть несколько знаменитостей, таких, например, как Люси (она жила 3,2 миллиона лет назад), но история человечества начинается не обязательно с них. Можно начать отсчитывать ее с момента появления первых представителей вида Homo sapiens, то есть принять за точку отсчета период около 300 тысяч лет назад. А можно и отправиться в совсем древние времена, к первым гоминидам, появившимся примерно 7-10 миллионов лет назад. Или даже к первым приматам – это было намного раньше, вообще 55 миллионов лет назад. Но почему тогда и не к первым млекопитающим, то есть 220 миллионов лет назад, или к первым позвоночным, начавшим свой путь 550 миллионов лет назад?

С точки зрения зоологии, мы принадлежим к подсемейству гомининов, к которому относятся все ближайшие к человеку приматы, такие как австралопитеки, к примеру, но не шимпанзе. Весьма заманчиво начать именно с первых гомининов, поскольку как раз в этот момент наша собственная история отделилась от истории других ныне живущих животных.

Согласно палеонтологическим данным и молекулярному анализу, последний общий предок людей и шимпанзе жил в Африке в период от 5 до 10 миллионов лет тому назад. Столь широкий разброс в датах возник от того, что две научные дисциплины не могут договориться о точных временных границах. Исследования ископаемых останков отправляют нашего общего прародителя в более далекие времена – на 7 или 8 миллионов лет назад (или даже ранее), а молекулярная биология дает более позднюю датировку – период между 5 и 7 миллионами лет назад. Объяснить разброс может гипотеза, согласно которой после расхождения двух видов они еще какое-то время могли спариваться между собой и производить гибридных особей. Таким образом, справедливо было бы предположить, что дифференциация шла достаточно долго.

Об этом самом древнем предке мы знаем не так уж много: с уверенностью можно сказать, что он вел социальный образ жизни и был вегетарианцем. Но мы не знаем точно, как он передвигался – на четырех конечностях или на двух. В последнем случае можно было бы полагать, что умение ходить на своих двоих было унаследовано гомининами от их предков, а в первом – что они сами достигли этой важной способности: прямохождения.

Второй вариант означал бы, что более древние приматы поднялись на ноги, а шимпанзе вновь вернулись к специфической походке как бы на четырех конечностях, но не совсем – они передвигаются, опираясь верхней частью тела на две передние фаланги пальцев рук (по-английски – knuckle-walking).

О нашем последнем общем предке известно очень мало, немногочисленные ископаемые находки дают только приблизительное представление о его внешности. В 2000 году палеоантропологи Мартин Пикфорд и Брижит Сеню описали останки костей нового вида Orrorin tugenensis, обитавшего на территории современной Кении 6 миллионов лет назад. Особенности структуры шейки бедренной кости свидетельствуют о том, что это существо часто передвигалось на двух ногах, обитало в лесу и отлично лазало по деревьям.

Год спустя исследователь Мишель Брюне объявил, что нашел в Чаде останки вида Sahelanthropus tchadensis: это был череп гоминида возрастом 7 миллионов лет. Гоминида назвали Тумаем. Похоже, он тоже был прямоходящим – это доказывает затылочное отверстие, расположенное в основании черепа и служащее местом соединения головного и спинного мозга. У человека это отверстие находится в самой нижней части черепа, там, где он соединяется с позвоночником. А у шимпанзе оно смещено в сторону затылка, такое расположение характерно для животных, ходящих на четырех конечностях.

Тем не менее неполнота скелета этих ископаемых находок не позволяет точно определить, к какой ветви гомининов они относятся и когда точно жили. Некоторые палеоантропологи склонны относить сородичей Тумая к прародителям шимпанзе, возможно, даже горилл. Их позиция на генеалогическом древе остается неясной, поскольку все виды гоминидов, жившие во времена, близкие к моменту расхождения ветвей человека и крупных обезьян, весьма схожи. Если бы рядом с каким-либо из черепов удалось найти бедренную кость той же особи, возможно, это помогло бы точнее определить место общего предка на дереве приматов.

Еще одна любопытнейшая находка, останки Ardipithecus, имеет более позднюю датировку и более высокую сохранность костей. Этой особи 4,4 миллиона лет, ее описал в 2004 году американский исследователь Тим Д. Уайт после 15 лет изучения тысяч скелетов и костных фрагментов, обнаруженных во время раскопок в Эфиопии. Судя по тому, что находку окружали останки животных, гоминид жил в лесу; имел рост около 1,20 м и отлично умел и ходить на приличные расстояния, и лазать по деревьям. Большой палец стопы у него торчал в сторону, но сама стопа была менее гибка, чем у шимпанзе. Ему было немного легче, чем обезьянам, передвигаться на двух ногах, но его руки и пальцы с длинными согнутыми фалангами все еще были отлично приспособлены для жизни на деревьях. Его мощные клыки были унаследованы от предков, а череп по объему – сравним с черепом шимпанзе. Некоторые исследователи склонны считать его прямым предком австралопитека (и, следовательно, человека), другие же видят в нем скорее дальнего родственника, более близкого все-таки к ветви шимпанзе.

Многообещающие мутации

Хотя ископаемые останки и дают нам примерное представление о времени и месте появления первых гомининов, тем не менее сейчас у нас есть и другой, дополнительный источник информации – ДНК. С тех пор как расшифровка этой молекулы стала рутинной процедурой в исследовании, как биологическом, так и палеонтологическом, уже миновало несколько лет (см. ниже раздел «ДНК, гены, мутации»).

Различия между ДНК человека и шимпанзе стали результатом мутаций, случившихся после расхождения этих двух линий. Исследователи обнаружили в ДНК точечные мутации (например, участок молекулы А был заменен на С), подавление одних отрезков молекулы и удвоение других, изменение порядка составляющих молекулу оснований (два вида имеют разный набор хромосом). Некоторые из этих мутаций не имели явных последствий, тогда как другие ответственны за те особенности, что отличают человека от шимпанзе. Сравнивая геномы, исследователи надеются выявить генетические события, которые привели к серьезному расхождению этих видов.

Похоже, что именно исчезновение или дезактивация некоторых участков ДНК сыграли важную роль в процессе расхождения видов. Например, у человека и шимпанзе разные гены отвечают за производство миозина, белка, участвующего в процессе сокращения мышц. Ген MYH16 производит вариацию миозина, участвующую в процессе жевания. А у человека этот ген не активен. Возможно, эта мутация способствовала уменьшению челюсти у наших предков.

Мутации могут влиять и на поведение особей. К примеру, человек в процессе эволюции утратил вибриссы (очень чувствительные осязательные жесткие волоски, которые есть у многих млекопитающих, в том числе и у шимпанзе) и шипы на пенисе, крошечные кератиновые бугорки, которые у шимпанзе наличествуют. Утрата этих шипов снизила чувствительность пениса и привела к увеличению продолжительности полового акта (у шимпанзе он очень короток). А нам известно, что приматы, утратившие эти шипы, как правило, моногамны.

То же самое можно предположить и относительно других особенностей строения и поведения, отличающих человека от крупных обезьян: таких как утрата физических изменений во внешности во время периода овуляции или развитие вторичных половых признаков вроде женской груди или отсутствия волос на лице. Эти мутации придают большую значимость отношениям между полами и меняютжизнь гомининов, усиливая привязанность между самцами и самками, делая более тесными их социальные связи и в конечном счете повышая защищенность малышей.

Встать на ноги

Воистину революционный момент в истории гомининов – это переход отхождения на четвереньках к хождению на двух ногах, вертикально. Именно способ передвижения отличает представителей этого семейства от их ближайших родственников (конечно, следует отметить, что известны и другие приматы, передвигавшиеся на двух конечностях без всякой связи с гомининами, например, живший около 8 миллионов лет назад ореопитек). Чем было вызвано такое изменение образа жизни? Ведь смена способа передвижения спровоцировала существенное преобразование скелета и повлияла на процесс вынашивания зародыша. Стопа приобрела аркообразную форму, что позволило ей выдерживать вес тела. Крупный большой палец на стопе уменьшился в размерах и стал в одну линию с остальными – им больше не удавалось за что-нибудь ловко уцепиться. Одновременно укрепились суставы и связки щиколотки и колена. Смещение центра тяжести тела повело за собой изменение тазобедренных суставов. Для удержания в равновесии верхней части тела, торса, потребовалось усиление ягодичных мышц – они стали более выпуклыми, выступающими – округлые ягодицы характерны именно для человека. Тазовые кости сдвинулись, сформировав широкое вместилище для органов пищеварения и одновременно создав надежную опору для мышц бедер. Однако таз играет активную роль в родах, и изменение его формы привело к сокращению периода вынашивания плода и рождению младенца с недоразвитыми костями черепа, что позволяло ему успешно выйти наружу через узкое отверстие тазового дна. Поясничные позвонки, расположенные в основании позвоночника, стали шире и короче. Затылочное отверстие сместилось в основание черепа, снижая тем самым еще и нагрузку на мышцы шеи, удерживающие голову (см. рисунок на с. 10).

Многие палеонтологи, к примеру, Брижит Сеню (Brigitte Senut) или Сюзанна К. С. Торп (Susannah К. S. Thorpe) полагают, что прямохождение возникло среди гоминидов, обитавших преимущественно на деревьях. Наши непосредственные предки, несомненно, жили в лесах и поэтому никогда не ходили на четвереньках в буквальном смысле – они лазали по деревьям! Известно, что орангутан, крупная обезьяна, обитающая в основном на деревьях, передвигаясь по гибким веткам, использует те же двигательные приемы, что и человек на упругой поверхности типа батута – он увеличивает шаг, в то время как другие обезьяны делают ровно наоборот. Вероятно, прямохождение по земле стало просто одним из способов передвижения между деревьями. Палеонтологи называют это явление «преадаптацией ортоградной позы» на деревьях (ортоградная поза – это всего-навсего поза с выпрямленной спиной), то есть навыки прямохождения появились еще до того, как гоминид спустился на землю.

Другие исследователи считают, что прямохождение возникло у обезьян, передвигавшихся на четвереньках. В качестве доказательства они ссылаются на исследование костей ископаемых гомининов типа Ardipithecus ramidus, строение кисти которого напоминает строение кисти современных приматов, передвигающихся на четырех конечностях. Некоторые ученые поддерживают идею, согласно которой прямохождение появилось вообще среди гоминидов, ведущих частично водный образ жизни, однако никаких доказательств в пользу этой теории не найдено.

Как бы то ни было, расхожая картина, представляющая человека, встающего с четверенек постепенно, в течение миллионов лет и страшным усилием воли принимающего гордую позу с прямой спиной, ничего общего с наукой не имеет. Прежде всего речь идет о серьезных изменениях в анатомии. Примеры подобной эволюции мы можем наблюдать у всех видов животных с самого момента зарождения жизни на планете. Сила воли, даже неосознанная, тут абсолютно ни при чем, так же как стремление к достижению цели, сколь бы заманчивым для нашего вида такое объяснение ни казалось. Теории, построенные на возможных преимуществах, возникающих в результате формирования той или иной анатомической особенности, тоже не имеют под собой никакой научной основы – эволюция не способна предвидеть, что может понадобиться виду в будущем для выживания! Если же опираться на принципы дарвинизма, следует искать, какие выгоды могло предоставить передвижение на двух ногах на каждом этапе развития вида. Конечно, это была не потенциальная возможность в один прекрасный день пробежать марафон, но гораздо более скромная способность сохранять вертикальное положение чуть более длительное время, чем предыдущие поколения.

Зачем нужно ходить на двух ногах?

Прямохождение дает целый ряд преимуществ. Во-первых, оно позволяет использовать окружающую среду с максимальной эффективностью. На самом деле, при ходьбе на двух ногах затрачивается заметно меньше энергии, чем при передвижении на четырех. Человек тратит на 25 % энергии меньше, чем шимпанзе, при равной скорости ходьбы или бега. Шимпанзе тоже, на самом деле, способен ходить на двух ногах, но строение его тела лучше адаптировано к передвижению на четвереньках, поэтому он тратит одинаковое количество энергии при передвижении любым из этих способов.

Десять миллионов лет назад произошло небольшое похолодание, и климат стал более засушливым. В Африке это привело к тому, что густой лес на обширных площадях сменился редколесьем и поросшей кустарниками саванной. Некоторые гоминиды, вероятно, остались жить в лесу, в то время как другие начали осваивать новые ресурсы. Сталкиваясь с многочисленными испытаниями, они вполне могли развить склонность к хождению на двух конечностях, а эволюция закрепила этот более выгодный на тот момент способ передвижения.

На местности, открытой со всех сторон, в отличие от леса, способность подниматься во весь рост позволяла увидеть опасность издалека. Однако бабуины, обезьяны, передвигающиеся в основном на четырех конечностях, прекрасно чувствуют себя в саванне. Таким образом, одной причины недостаточно. Дополнительным фактором, определившим переход к хождению на двух ногах, считают также увеличение расстояний между источниками пищи. И в самом деле, возможность передвижения с ношей в руках – к примеру, собранной пищей для остальных членов группы – дает значительное преимущество. Исследователи полагают, что переход к движению на двух ногах сопровождался обогащением пищевого рациона кореньями и корнеплодами, что привело к заметному утолщению зубной эмали. У тех, кто питается фруктами или нежными листочками, например у горилл, зубная эмаль остается достаточно тонкой.

Еще один важный вопрос: связь между прямохождением и производством орудий. Могли ли освобождение рук и переход к ходьбе на двух ногах способствовать созданию первых каменных орудий? А ведь можно взглянуть на проблему и по-другому, перевернув ее с ног на голову: не потребность ли создавать орудия подтолкнула гомининов к подъему на ноги? Японские палеоантропологи склоняются именно к последней гипотезе. Согласно их выводам, ловкость рук развилась независимо оттого, что наш предок встал на две ноги.