Поход за разумом
Автор: Наймарк, Елена
В конце XIX века человечество взволнованно обсуждало, действительно ли предок Его Величества Человека – презренная обезьяна. Одним для смиренного признания животных прародителей оказалось достаточно стройной логики Дарвина. Другим требовалось что-то более осязаемое, нежели логика и косвенные доводы.
ОБ АВТОРЕ
Елена Наймарк – д-р биологических наук, Институт палеонтологии РАН.
В 1893 году голландский антрополог Дюбуа нашел на острове Ява череп, сочетающий в себе обезьяньи и человеческие черты. Его обладателя так и назвали питекантропом, то есть «обезьяночеловеком», а много позже все-таки причислили к человеческому роду под именем "человек прямоходящий". Вскоре в Германии были найдены неандертальцы, а во Франции – кроманьонцы. В 1925 году Раймонд Дарт откопал в Южной Африке древнейшие останки обезьяноподобного существа с маленькой черепной коробкой, ходившего на двух ногах и имевшего человеческие зубы. Это существо получило имя австралопитек – "южная обезьяна". Спустя треть века Льюис и Мэри Лики в ущелье Олдувай (Танзания) обнаружили останки двуногого существа, изготовлявшего примитивные каменные орудия из речной гальки, и назвали его Homo habilis, то есть человек умелый.
Таким образом, необходимые звенья цепи превращений обезьяны в человека были собраны. Дотошные любители фактических подтверждений были удовлетворены. Все выстроилось в простую линию: человекообразные обезьяны спустились с деревьев на землю и стали двуногими австралопитеками. Из-за прямохождения у древних гоминид освободились руки, что привело к эволюции руки и увеличению мозга – и вот появился "человек умелый". Он, в свою очередь, эволюционировал, совершенствуя навыки ручной работы и структуру мозга, и мало-помалу превратился в "человека прямоходящего". Дальнейшая его эволюция привела к образованию охотника-неандертальца и через него человека разумного. (Поначалу неандертальцев считали предками Homo sapiens, но вскоре их сочли тупиковой ветвью эволюции Homo.) Человек постепенно становился на ноги и выпрямлялся, умнел и потихоньку учился разговаривать – все в рамках теории естественного отбора и неторопливого накопления полезных признаков. За столетний период изучения сформировалось совершено определенное представление, кого называть человеком, то есть относить к роду Homo. По словам Льюиса Лики, человек – это двуногое прямоходящее существо с объемом черепа не меньше 600 см3. Иными словами, австралопитеков с когортой их обезьяньих предков оставляем за чертой Homo, а все, что появилось после австралопитеков, причисляем к людям. Почти все новые находки, кроме черепа человека с озера Рудольф (Homo rudolfensis), попавшие к ученым в течение ХХ века, хорошо укладывались и в теорию постепенного превращения обезьяны в человека, так что это определение человека было вполне оправдано. Соответствие теории и фактов было до того успокаивающим, что недоверчивое отношение к эволюционному превращению обезьян в людей считалось либо невежеством, либо социальным эпатажем.
Как могла возникнуть способность оперировать понятием бесконечности – в частности, воспринимать натуральный ряд как целое? Вряд ли эта способность могла быть фактором приспособленности?
Александр Марков
– Эволюционным путем возник наш многофункциональный мозг, способный ко многим вещам, в том числе и к абстрагированию. Но само абстрактное мышление развилось в ходе не биологической, а культурной эволюции. В языках некоторых народов хорошо видна неразвитость абстрагирования. Например, у айнов (древний народ, живущий на Сахалине и в Японии) к началу ХХ века были разные числительные для предметов разной формы и разного размера. Попав в современные школы, эти люди столкнулись с неожиданными трудностями. Если учитель задавал вопрос: было пять деревьев, одно срубили – сколько осталось? – следовал встречный вопрос ученика: а какие были деревья – высокие или низкие? Учитель не понимал, в чем дело, а ученик не мог сосчитать, потому что у него для высоких деревьев одна система числительных, для низких – другая.
В 1974 году антрополог Джохансон откопал в Эфиопии остатки австралопитека, точнее, австралопитечки, которая жила около 3 млн. лет назад, то есть раньше, чем все ее известные сородичи. Именно эта древняя дама, названная Люси, была признана тогда нашей древнейшей праматерью. Через двадцать лет (1995) в Кении Мив Лики обнаружила еще более древних австралопитеков, возрастом 4 млн. лет. Ни находка Люси, ни обнаружение ее предков не нарушили линейной человеческой истории, только «удревнили» ее корни.
Но вот в конце ХХ века появились сообщения о двух новых видах австралопитеков – Australopithecus garhi и A. bahrelghazali, которые жили около 2,5 млн. лет назад – одновременно с другими видами австралопитеков. Теперь уже невозможно было выстроить линейную цепочку от самого древнего и примитивного австралопитека к "самому двуногому и рукастому" человеку. Ведь не меньше четырех видов древних гоминид претендовали на роль предков человека умелого. Все запуталось.
Еще большую путаницу внесли находки нескольких фрагментов костей, извлеченные на свет божий тремя годами позже все тем же кланом Лики. Древние кости лежали в слоях вулканического пепла возрастом 3,5 млн. лет. Принадлежали они человекоподобному существу, ходившему на двух конечностях, с небольшой черепной коробкой, но плоским лицом и мелкими зубами. По всем признакам это был не австралопитек, но и не Homo. Тогда кто же он и какое отношение имеет к превращению обезьяны в человека? Лики назвали новоявленного члена человеческой семьи кениантропом плосколицым, подыскав ему среди ранее известных загадочных черепов близкого потомка – Homo rudolfensis. Кениантроп по ряду признаков больше походил на представителей рода Homo, чем австралопитеки. Перед антропологами встал вопрос, с каким родом следует соотносить кениантропа и от кого вести род Homo: от австралопитеков или кениантропов? Если непосредственными предками человеческого рода считать кениантропов, то его прямым потомком будет Homo rudolfensis; тогда в стороне от дел останутся человек умелый и поздние австралопитеки, от которых раньше тянули линию людей. Если же оставить предками человека австралопитеков, то куда девать ветвь кениантропов?
Пока ученые гадали, какие перестановки сделать в эволюционном ряду древних гоминид, Мартин Пикфорд отправился в Кению за новым материалом. И вот среди холмов Туджен в 2000 году экспедиция обнаруживает остатки нового, доселе неизвестного представителя гоминид. По характерным особенностям скелета ученые установили, что он обладал небольшим мозгом, но вполне человеческими зубами и довольно уверенно ходил на двух ногах. По этим признакам существо следовало бы отнести к непосредственным предкам Homo. Но возраст этих существ составлял 6 млн. лет! Они жили на 2 млн. лет раньше австралопитеков и на 2,5 млн. лет раньше кениантропа! Orrorin tugenensis – такое ученое название получило это существо, а публика дала ему пышное прозвище – "Мillennium Мan" – человек тысячелетия.
В том же году появились сообщения еще об одном представителе гоминид – ардипитеке кадабба, найденном международной антропологической командой в Эфиопии, в слоях с датировками 5,8-5,7 млн. лет, то есть чуть моложе оррорина. Его имя говорит само за себя: «кадабба» на местном афарском языке означает "основатель рода". Как и оррорин, кадабба обитал в лесистой местности, но ходил на двух ногах, и клыки у него были маленькие, не обезьяньи.
Вскоре на юге Сахары, в пустыне Дьюраб, был найден еще один древнейший прачеловек – сахелантроп. Превосходно сохранившийся череп одной особи и фрагментарные остатки еще пяти особей позволили воспроизвести облик сахелантропа: относительно плоское лицо, маленькая черепная коробка объемом не больше 350 см3, вытянутая в затылочной части наподобие обезьяньей, и вместе с тем непохожие на обезьяньи слабые клыки. Он жил около большого озера, бродил по его берегам на двух ногах. Это самый древний из известных гоминид, живший 6-7 млн. лет назад. Слава открытия древнейшего прародителя разделилась по крупицам: сахелантропа описала целая международная команда из 38 ученых. И правильно: пусть древнейший человек принадлежит всему человечеству.
Последняя сенсационная антропологическая находка – человек с острова Флорес. На этом маленьком островке на востоке Индонезии ученые обнаружили прекрасно сохранившиеся кости крошечного существа, ростом с пятилетнего ребенка, однако по всем анатомическим признакам вполне взрослого. Телосложением он напоминал уменьшенных питекантропов с объемом мозга около 380 см3, без шерстистого покрова и с плоским лицом, на котором выступали вперед челюсти с крупными зубами. Он пользовался отнюдь не примитивными каменными орудиями и охотился на местных карликовых слонов стегодонов. Эти люди, названные Homo floresiensis, но немедленно получившие кличку «хоббиты», жили 38—18 тысяч лет назад. Получается, что они были современниками и неандертальцев, и кроманьонцев… Предполагается, что 850 тысяч лет назад одна из ветвей "человека прямоходящего" – питекантропа – во время миграции в Азию попала на остров. После этого их эволюция шла изолированно, что привело к появлению мелкого островного вида. Для многих островных видов самых разных животных и растений характерны более мелкие размеры, чем у их континентальных прародителей. Правда, находятся и скептики, утверждающие, что остатки «хоббитов» принадлежат уродливым или больным особям сапиенсов. Дабы установить истину, ученые продолжают раскопки в ожидании нового материала.
Согласно данным молекулярной биологии, линии людей и человекообразных обезьян разошлись около 6-6,5 млн. лет назад. Датировки находок сахелантропа, оррорина и кадаббы лежат совсем близко от этого узла. Выходит, что многие человеческие признаки: двуногость, прямохождение, мелкие зубы, плоское лицо – появились в эволюционной ветви гоминид почти сразу после размежевания с обезьянами. И никакого постепенного превращения обезьяны в человека не было. Были существа, получившие в дар от эволюции по кусочку от этого человеческого пирога. И дальше они уже развивались обособленно, кто как мог.
Нужно заметить, что эволюция различных групп животных и растений, к которым эволюционисты, да и широкая общественность относятся не так трепетно, как к гоминидам, отнюдь не линейна. В начале развития каждой крупной группы животных и растений появляются представители с различными наборами примитивных и продвинутых признаков. Признаки перемешиваются почти случайным образом: ранний представитель группы может получить совершенный ротовой аппарат и малопригодные ноги или глаза. А рядом с ним часто обнаруживается и такой, который обладает совершенными глазами, а пережевывать пищу умеет плохо и передвигается наподобие древнего червя. Такая картина ученых не удивляет: это скорее правило, чем исключение. Другое дело, что мозаика признаков пока не имеет внятного научного объяснения. Судя по новейшим находкам, и человеческую историю не миновал этот необъяснимый эволюционный рок мозаики признаков.
Так или иначе, мы теперь знаем, что превращение обезьяны в человека вовсе не было прямым и постепенным, и кандидатов в человеческие предки оказалось много. На заре человеческой истории целый букет различных видов гоминид начал эволюционный поход к современному разуму. Подробности этого похода нам пока неизвестны – известны только его многочисленные и разномастные участники.
Возьмем вид животного, обладающий некоторым набором «умений», и его эволюционного предка, этим набором не обладающего. Можно ли предъявить хотя бы гипотетическую последовательность жизнеспособных переходных форм? Можно ли на генетическом уровне отследить эти переходы?
А.М.: Такие переходы часто связаны с тем, что одна и та же структура организма может приобретать некоторую дополнительную функцию, которая потом становится основной. Плавательный пузырь у рыб изначально был выростом пищевода. Рыба заглатывала туда воздух, и это давало повышенную плавучесть. Но ведь в оболочке пузыря есть кровеносные сосуды, там идет диффузия газов, поэтому он с самого начала выполнял и другую функцию, второстепенную, малозначительную – функцию газообмена. Но когда естественный отбор начал этому способствовать – на основе пузыря возникло легкое. Мягкие ткани практически не сохраняются, поэтому промежуточные формы сложно проследить на ископаемых рыбах. Но сравнительная анатомия для современных двоякодышащих рыб (протоптеруса, например) четко показывает гомологию (соответствие по положению относительно других органов и по динамике индивидуального развития) плавательного пузыря и легких. Есть и другие доказательства "эволюционной преемственности" этих органов, и все вместе это обеспечивает достаточную строгость выводов по современным меркам естественных наук. Таких примеров много.
Но можно ли дать ответ на уровне инструкции по сборке автомобиля – сначала ставим эту гайку, потом крепим эту ось, и так далее?
А.М.: С такой подробностью отследить эти процессы невозможно в принципе! В биологии таких ответов не было, нет и никогда не будет. Если принимать только такие ответы, а все остальное считать недостоверным, то биологию надо закрывать. Как мы можем во всех деталях проследить, кто кого родил? Это нереально.
Человек, чтобы распрощаться с животным прошлым, должен был подняться во весь рост. То есть встать на ноги. Сразу же возникают три вопроса: скептика – "а точно ли?", лентяя – "а зачем?" и инженера – "а как?". И антрополог вынужден изворачиваться, чтобы на них ответить.
Скептиков, не веривших, что древние люди ходили на двух ногах, а не опирались на передние конечности и не висели на деревьях, убедить было проще всего. Тут в арсенале антрополога полно фактов. В 1976 году Мэри Лики обнаружила на окаменевшем вулканическом пепле отпечатки ног. Возраст слоя с пеплом – около 3,5 млн. лет, то есть по этому месту в то давнее время бродил на двух ногах австралопитек. А следы-то были вполне человеческие – с пятками и пальцами ног. На некоторых следах видно, что большие пальцы прилегают к остальным, а не противопоставлены им, а это уже, несомненно, признак человеческий, а не обезьяний. Да и походка у того австралопитека была вполне человеческая: он ступал на пятку, потом переносил тяжесть на плюсну и отталкивался пальцами.
Помимо прямых доказательств – цепочки следов – есть и ряд надежных анатомических признаков прямохождения. Это строение костей ступни и щиколотки, строение шейки бедра, костей таза. По костям одного лишь мизинца ученые способны заключить, как передвигался его обладатель. Также хорошо увязывается с прямохождением положение затылочного отверстия в черепе. Оно показывает, вертикально или под углом находилась голова к оси тела, а значит, определяется и наиболее характерная поза. Кроме того, о прямохождении судят по местам прикрепления шейных мышц и мышц плеча. Иными словами, признаков таких много, и необязательно иметь фотографический портрет предка, чтобы восстановить его облик. Для этого достаточно найти небольшой набор его костей. Поэтому в конце ХХ века, когда у Человека разумного объявилось множество новых предков, не составило труда выяснить, как они двигались.
От сахелантропа (6-6,5 млн. лет) нашли целый череп и несколько фрагментов скелета. О его двуногости судят по положению затылочного гребня. К этому гребню крепились мышцы, поддерживающие голову в нужной позиции.
От оррорина (6 млн.) сохранилось бедро. Как говорят специалисты, его строение "не исключает возможность бипедализма" (то есть двуногости), но, к сожалению, и не доказывает его строго.
Ардипитек кадабба (5,2-5,8 млн.) предоставил исследователям челюсть с зубами, несколько фрагментов костей рук и ног и палец ноги. В данном случае даже одного пальца достаточно, чтобы признать кадабба двуногим. Вдобавок кости его конечностей очень похожи на кости Люси. А уж про эту древнюю даму, от которой остался почти целый скелет, известно досконально – она ходила на своих двоих.
От близкого вида Ардипитек рамидус (4,4 млн.) сначала нашли только куски черепа и челюсти, но потом откопали еще несколько костей, включая и плечевую. Она, очевидно, не несла нагрузки, то есть не использовалась при ходьбе. Да и затылочное отверстие черепа сдвинуто вперед.
Недавняя находка в Эфиопии явила человечеству нашего предка, жившего около 4 млн. лет назад. Руководитель раскопок Джохансон Хайле-Сайласси пока не берется судить, к какому роду причислить находку, но общий облик этого прачеловека восстанавливается без труда. Он завещал науке скелет исключительной сохранности, так что имеется возможность досконально изучить анатомию и эволюцию прямохождения древних людей. Кстати, ученые надеются, что столь полная информация поможет ответить на вопрос инженера – "как?". Как двигался человек и как должны были измениться конструкция суставов и перераспределиться нагрузки?
При исследовании этого прачеловека открылась любопытная деталь, связанная с эволюцией прямохождения. Оказалось, что он имел весьма длинные ноги, значит, был способен быстро ходить и бегать. У австралопитечки Люси, жившей на полмиллиона лет позже, ноги заметно короче. Но ведь в ходе эволюции ноги у человека не укорачиваются, а удлиняются! Как же вышло, что у более древнего представителя гоминид ноги длиннее, чем у более позднего? Этот факт удивляет тех ученых, которые все еще пытаются уложить эволюцию гоминид в прокрустово ложе направленных и постепенных изменений. Если же помнить о возможности мозаичного распределения признаков, то ничего сверхъестественного в длинных ногах древнейшего человека нет.
Итак, антропологи доказали, что даже самые древние представители гоминид предпочитали ходить на двух ногах. Теперь предстояло ответить лентяям: а зачем людям было вставать на ноги?
До недавних находок ответ представлялся простым. Обезьяны спустились с деревьев для того, чтобы осваивать саванну. По плоской саванне быстрее бегать на двух конечностях. Именно бегать, а не ходить, так как двуногие получают преимущество в скорости только при беге, но не при ходьбе. Не случайно самые быстрые динозавры оторвали передние лапы от земли, да и некоторые современные ящерицы спасаются бегством на двух конечностях. (Правда, у тех и у других важную роль в технике бега играет длинный хвост, которого с самого начала были лишены человекообразные.) А обезьяны были к тому же предрасположены к двуногости: у них ноги и руки выполняют разные функции и по-разному иннервируются. Для принятия этой простой гипотезы нужно было совсем немного: показать, что древнейшие двуногие жили в саванне. Но факты оказались несговорчивыми.
Так, останки ардипитека и оррорина соседствуют с ископаемой лесной растительностью. Значит, эти люди жили в лесу, а вовсе не в саванне. А если вокруг был обезьяний древесный рай, то зачем оррорину ходить на двух ногах? Получалось, что древнейший предок спустился с деревьев вовсе не затем, чтобы побегать по безлесным саваннам.
В связи с этим была выдвинута гипотеза, что двуногость могла поначалу сформироваться как приспособление для плавания и передвижения в воде. Например, шимпанзе, самый близкий к человеку примат, находясь в воде, стоит и передвигается на двух ногах 90 % времени и только 10 % опирается на руки. Сторонники "водной гипотезы" происхождения двуногости приводят и другие аргументы. У Люси оказался необычно плоский таз и особенный бедренный сустав. Он устроен так, что ноги лучше двигались не вперед-назад, а в стороны, то есть Люси и ходила враскорячку, и бегать быстро не могла. С такими особенностями удобнее плавать, чем ходить. Кроме того, самый древний человек сахелантроп жил на берегу большого озера и питался моллюсками и рыбой. И вообще в человеческом мозгу много незаменимых жирных кислот (организм может получить их только с пищей, а сам синтезировать не способен), которые ближе всего по составу к рыбьим или содержащимся в теле моллюсков. Чтобы развить мозг и поумнеть, древний человек должен был поедать водяную живность в большом количестве. Оставим ученым судить о весомости этих аргументов.
Другие специалисты доказывали, что человек перестал висеть на ветках и начал карабкаться по стволам (оррорин имеет явные признаки подобного "ствололаза"). Третьи защищают идею об изначальном передвижении на двух ногах при вспомогательной опоре на костяшки пальцев рук. Так могли передвигаться, например, лесные аутсайдеры – те, кого конкуренция заставила искать новое место под солнцем, будь оно в лесу, на берегу озера или в саванне.
Гипотез много, общепринятой – ни одной. Но разнообразие мнений не должно смущать – оно указывает лишь на то, что у науки пока нет удовлетворительного представления об эволюции прямохождения.
Ограничимся бактериями – можно ли в этом случае проследить или искусственно стимулировать появление новых видов?
А.М.: О да, есть масса работ по искусственной эволюции микробов. Их ставят в определенные условия, и прямо на глазах исследователей начинаются эволюционные изменения. Но можно ли получить новый вид? – казуистический вопрос, потому что всегда можно сказать: "А это не новый вид!" Понятие вида не определено с математической строгостью. Тем более у бактерий, где нет четких эндогамных кластеров – групп особей, которые предпочитают скрещиваться только внутри группы (один из важнейших признаков вида у высших организмов). С одной стороны, скрещивание у бактерий устроено проще, чем у позвоночных, – это прямой обмен генами, часто между совсем далекими формами. С другой стороны, есть формы, которые вообще не обмениваются генами, а размножаются как клоны. Так что понятие вида к микробам трудноприложимо.
Кстати, есть важные эксперименты с мутациями бактерий, проясняющие некоторые аспекты возникновения многоклеточности. Берутся бактерии, которые живут в толще воды и плавают поодиночке. Когда они используют весь кислород в этой толще, преимущество получают те, кто всплывет на поверхность. Но у этих бактерий иногда происходит мутация, в результате которой они выделяют порции липкого вещества. Делясь, мутанты остаются склеенными. Важно, что склеившиеся бактерии автоматически всплывают на поверхность – в отличие от одиночных. На поверхности начинают образовываться круглые пятнышки – колонии бактерий, которые имеют доступ к кислороду. Тем самым мутанты получают преимущество, когда в толще кончается кислород. Но на выделение липкой слизи мутанты тратят энергию. Если же в колонии появляется мутант-обманщик, который живет в колонии, она его держит на поверхности, но сам он слизь не выделяет, – то уже он получает эволюционное преимущество. Мутанты-обманщики начинают активно размножаться – до тех пор пока колония не разрушится и все они не потонут. Так процесс и идет.
Колония еще не организм, потому что естественный отбор продолжает действовать на уровне отдельных бактерий. Но эксперименты можно и продолжить. Сначала надо понять, что должно произойти, чтобы решить проблему обманщиков. И так далее, по пути хотя бы к подобию настоящего многоклеточного организма.
А взять всем известный пример эволюции микробов – появление устойчивости к антибиотикам. Прослежено, каким образом она вырабатывается и передается. У микробов, как и в целом в природе, есть приспособления для ускоренной передачи полезных признаков. Представление, что все мутации случайны, что вся эволюция основана только на случайных мутациях, – сильно устарело.
С появлением новых молекулярных методов исследования стали ясны детали истории и биологии некоторых из них. Например, чем питались австралопитеки, зачем-то поменявшие кроны деревьев на трявянистые равнины? Раньше полагали, что австралопитеки были падальщиками, доедали то, что оставляли насытившиеся гиены и саблезубые тигры. По другим версиям, они унаследовали от своих обезьяньих предков растительноядность. Оказалось, что эти гипотезы можно проверить, изучив изотопный состав зубной эмали австралопитеков. Австралопитеки действительно добывали пищу в саваннах, но их диета была чрезвычайно разнообразной: от кореньев и плодов до насекомых и падали. Мясная доля в их рационе со временем возрастала: у самых древних австралопитеков больше изотопов, маркирующих растительные компоненты пищи, а у поздних таковых гораздо меньше. Вероятно, древние гоминиды постепенно учились отгонять хищников от недоеденной добычи. Жившие одновременно с австралопитеками парантропы, видимо, тоже были всеядными (всем другим лакомствам предпочитавшие термитов). Раньше предполагалось, что мощные зубы и челюсти были нужны парантропам для пережевывания жесткой волокнистой пищи – в основном кореньев и плодов. Новые данные об их рационе заставляют пересматривать эту гипотезу: сейчас неясно, зачем парантропам понадобились столь внушительные челюсти и зубы.