Обмен веществ в мозге оказался важнее его размера для эволюции разума

Австралийские и южноафриканские ученые пришли к выводу, что в процессе эволюции человека кровоснабжение мозга увеличивалось быстрее, чем его объем. Это свидетельствует о росте энергообмена в мозговой ткани в процессе развития разума. Результаты работы опубликованы в журнале Royal Society Open Science.

В настоящее время об эволюции человеческого разума судят по археологическим находкам, указывающим на приобретенные навыки, и оценкам объема мозга, сделанным на основании размера сохранившихся черепных костей. При этом уровень обмена веществ и энергии в мозге современного человека значительно выше, чем у других млекопитающих: в состоянии покоя мозг человека потребляет от 20 до 25 процентов всей энергии, других приматов — от восьми до десяти процентов, а большинства остальных зверей — от трех до пяти процентов.

В связи с этим сотрудники Университетов Аделаиды и Витватерсранда предположили, что более точным показателем эволюции мозга может быть не столько рост его размера, сколько повышение метаболической активности. Об уровне обмена веществ в органе можно судить по его кровоснабжению. Основной объем крови (около 85 процентов) мозг получает из внутренних сонных артерий (ВСА), и этот объем пропорционален их диаметру.

Ученые проанализировали изменения диаметра наружных отверстий сонных каналов височных костей, в которых проходят ВСА, в 35 ископаемых образцах, принадлежащих 12 видам эволюционных предшественников современных людей. В частности, в анализ включили черепные кости Australopithecus africanus, A. afarensis, A. boisei, Homo habilis, H. naledi, H. rudolfensis, H. georgicus, H. erectus, H. heidelbergensis, H. neanderthalensis, H. floresiensis и ранних представителей H. sapiens. Диаметр отверстий измеряли цифровым микроскопом с точностью до 50 микрометров. По результатам измерений исследователи рассчитывали уровень кровотока в мозге представителей каждого вида.

Выяснилось, что примерно за три миллиона лет человеческой эволюции кровоснабжение мозговой ткани возросло в 1,7 раза. Учитывая, что объем мозга за это время увеличился в 3,5 раза, это свидетельствует о шестикратном росте общего мозгового кровотока. Такое непропорциональное увеличение размеров и кровотока говорит об усилении обмена веществ в нейронах в процессе эволюции. По мнению авторов работы, подобный рост энергопотребления связан с увеличением числа связей между нейронами, повышением синаптической активности и, как следствие, когнитивных функций.

Ученые также отмечают, что при равном современному человеку (или даже несколько большем) объеме мозга неандертальцев мозговой кровоток у них был ниже, что свидетельствует о менее эффективной работе мозга.

Первым из известных представителей рода Homo является H. habilis (человек умелый), который появился около 2,8 миллиона лет назад. Его мозг по объему практически не отличался от мозга шимпанзе, однако вероятно, что именно у человека умелого произошла дупликация гена SRGAP2, отвечающего за миграцию и дифференцировку нейронов, а также формирование синаптических связей. Это повысило производительность мозга на единицу объема и, как следствие, способности к обучению и мышлению (о них можно судить по тому, что H. habilis первым из приматов начал изготавливать каменные инструменты). Такое повышение производительности должно быть связано с ростом энергопотребления, что соответствует результатам исследования.

Олег Лищук