Обмін речовин у мозку виявився важливішим його розміру для еволюції розуму

Розташування зовнішніх отворів сонних каналів в черепі людини

Edward Snelling

Австралійські і південноафриканські вчені прийшли до висновку, що в процесі еволюції людини кровопостачання мозку збільшувалася швидше, ніж його обсяг. Це свідчить про зростання енергообміну в мозковій тканині в процесі розвитку розуму. Результати роботи опубліковані в журналі Royal Society Open Science.

В даний час про еволюцію людського розуму судять по археологічним знахідкам, що вказує на набуті навички, і оцінками обсягу мозку, зробленим на підставі розміру збережених черепних кісток. При цьому рівень обміну речовин і енергії в мозку сучасної людини значно вище, ніж у інших ссавців: у стані спокою мозок людини споживає від 20 до 25 відсотків всієї енергії, інших приматів - від восьми до десяти відсотків, а більшості інших звірів - від трьох до п'яти відсотків.

У зв'язку з цим співробітники Університетів Аделаїди і Витватерсранда припустили, що більш точним показником еволюції мозку може бути не стільки зростання його розміру, скільки підвищення метаболічної активності. Про рівень обміну речовин в органі можна судити по його кровопостачання. Основний обсяг крові (близько 85 відсотків) мозок отримує з внутрішніх сонних артерій (ВСА), і цей обсяг пропорційний їх діаметру.

Отвори сонного каналу австралопітека, неандертальця і ​​сучасної людини (фотографії зроблені в одному масштабі)

Roger Seymour et al., Royal Society Open Science, 2016

Вчені проаналізували зміни діаметра зовнішніх отворів сонних каналів скроневих кісток, в яких проходять ВСА, в 35 копалин зразках, що належать 12 видів еволюційних попередників сучасних людей. Зокрема, в аналіз включили черепні кістки Australopithecus africanus, A. afarensis, A. boisei, Homo habilis, H. naledi, H. rudolfensis, H. georgicus, H. erectus, H. heidelbergensis, H. neanderthalensis, H. floresiensis і ранніх представників H. sapiens. Діаметр отворів вимірювали цифровим мікроскопом з точністю до 50 мікрометрів. За результатами вимірювань дослідники розраховували рівень кровотоку в мозку представників кожного виду.

З'ясувалося, що приблизно за три мільйони років людської еволюції кровопостачання мозкової тканини зросла в 1,7 рази. З огляду на, що обсяг мозку за цей час збільшився в 3,5 рази, це свідчить про шестикратному зростанні загального мозкового кровотоку. Таке непропорційне збільшення розмірів і кровотоку говорить про посилення обміну речовин в нейронах в процесі еволюції. На думку авторів роботи, подібне зростання енергоспоживання пов'язаний зі збільшенням числа зв'язків між нейронами, підвищенням синаптичної активності і, як наслідок, когнітивних функцій.

Вчені також відзначають, що при рівному сучасній людині (або навіть трохи більшому) обсязі мозку неандертальців мозковий кровотік у них був нижче, що свідчить про менш ефективній роботі мозку.

Збільшення мозкового кровотоку в процесі еволюції (по осі Х - час в мільйонах років назад, по осі Y - мозковий кровотік в кубічних сантиметрах в секунду)

Roger Seymour et al., Royal Society Open Science, 2016

Першим з відомих представників роду Homo є H. habilis (людина уміла), який з'явився близько 2,8 мільйона років тому. Його мозок за обсягом практично не відрізнявся від мозку шимпанзе, проте ймовірно, що саме у людини вмілого сталася Дуплікація гена SRGAP2, що відповідає за міграцію і диференціювання нейронів, а також формування синаптичних зв'язків. Це підвищило продуктивність мозку на одиницю об'єму і, як наслідок, здатності до навчання і мислення (про них можна судити по тому, що H. habilis першим з приматів почав виготовляти кам'яні інструменти). Таке підвищення продуктивності повинно бути пов'язано з ростом енергоспоживання, що відповідає результатам дослідження.

Олег Ліщук