Ученые усомнились в привычной картине эволюции человека, изучив череп ребенка возрастом 3 млн лет

Одна из самых известных находок в истории палеоантропологии — череп ребенка из Таунга, обнаруженный в Южной Африке в 1924 году, — вновь заставила ученых усомниться в общепринятой картине эволюции человека. Новое исследование показало, что окаменелость, которую более 100 лет считали образцовым представителем одного из древних видов предков человека, может заметно отличаться от других находок, традиционно относимых к тому же виду.

Международная группа исследователей пришла к выводу, что представления о разнообразии древних гоминин — группы, объединяющей человека и его вымерших близких эволюционных родственников, — в Южной Африке, вероятно, нуждаются в пересмотре. Вместо нескольких четко различимых видов в этом регионе могли существовать многочисленные родственные популяции, которые разделялись, приспосабливались к меняющимся условиям среды, а затем вновь вступали в контакт друг с другом.

Авторы работы изучили возраст окаменелости, особенности развития зубов и головного мозга Таунгского ребенка, а также сравнили строение его зубов с другими ископаемыми образцами. Полученные результаты свидетельствуют о том, что южноафриканский вид Australopithecus africanus до сих пор остается недостаточно четко определенным с точки зрения анатомических признаков.

Находка, изменившая представления о происхождении человека

Череп ребенка из Таунга обнаружили в 1924 году в карьере Бакстон-Лаймворкс в провинции Северо-Западная в Южной Африке. Находку исследовал австралийский анатом Реймонд Дарт, который в 1925 году описал ее как представителя нового вида — Australopithecus africanus, или африканского австралопитека.

Открытие стало поворотным моментом в изучении происхождения человека. До этого многие ученые искали древнейших предков человека преимущественно в Европе и Азии. Находка Дарта стала одним из первых убедительных свидетельств того, что важнейшие этапы ранней эволюции человека происходили в Африке.

Череп из Таунга стал типовым экземпляром (голотипом) вида Australopithecus africanus. Именно с ним ученые впоследствии сравнивают другие ископаемые останки, определяя, принадлежат ли они к этому виду. В последующие десятилетия в Южной Африке нашли множество других останков древних гоминин. В частности, значительное количество окаменелостей обнаружили в Стеркфонтейне и Макопансгате. Первоначально их относили к нескольким разным видам. Например, находки из Стеркфонтейна классифицировали как Plesianthropus transvaalensis, из Кромдраая — как Paranthropus robustus, из Сварткранса — как Paranthropus crassidens, а останки из Макопансгата — как Australopithecus prometheus.

Однако в 1950-х годах многие окаменелости из Стеркфонтейна и Макопансгата объединили под названием Australopithecus africanus. Это сделали в целях упрощения классификации, но без выявления однозначных общих анатомических признаков, которые позволяли бы уверенно отнести все находки к одному виду.

В результате название A. africanus стали применять к останкам, которые заметно различались по строению. Самым показательным взрослым образцом этого вида обычно считают череп Стеркфонтейн 5, известный как миссис Плес.

Авторы новой работы обращают внимание на то, что, строго говоря, единственным экземпляром, бесспорно относящимся к Australopithecus africanus, остается именно ребенок из Таунга. Поэтому исследователи предлагают заново оценить другие находки, прежде чем считать их представителями того же вида.

Что показало исследование зубов и головного мозга

Ученые изучили особенности развития зубов и головного мозга Таунгского ребенка, сопоставив их с аналогичными показателями у других ископаемых гоминин, а также у современных шимпанзе и горилл.

Отдельное внимание исследователи уделили развитию постоянных коренных зубов. У ребенка из Таунга первый постоянный коренной зуб уже прорезался, тогда как второй еще формировался внутри челюсти. Сопоставление этих процессов показало, что формирование второго моляра относительно первого происходило с задержкой.

Подобную особенность ученые обнаружили и у некоторых других древних гоминин, в том числе у нескольких экземпляров из Стеркфонтейна и Макопансгата, а также у всех изученных представителей Paranthropus robustus.

По мнению исследователей, это может свидетельствовать о том, что у некоторых древних гоминин уже существовали начальные признаки более продолжительного периода взросления. Речь может идти о постепенном формировании детства как отдельного этапа развития, о более длительном подростковом периоде или о сочетании этих особенностей.

Вопрос о возрасте Таунгского ребенка на момент смерти остается непростым. Ранее исследователи предлагали разные оценки, в том числе пять-семь лет. Однако определить точный возраст по развитию зубов и другим сохранившимся признакам сложно: темпы взросления древних гоминин могли отличаться от современных человеческих.

Авторы новой работы отмечают, что даже вопрос о том, правильнее ли называть Таунгского индивида ребенком или юной особью на следующем этапе развития, окончательно не решен. Тем не менее особенности формирования его зубов позволяют предположить, что у него уже могли проявляться некоторые черты более продолжительного взросления.

Затем ученые сравнили объем и форму мозга разных ископаемых черепов. Для этого они использовали эндокраниальный объем — объем внутренней полости черепа, который служит приблизительным показателем размера мозга.

У взрослых особей, традиционно относимых к Australopithecus africanus, этот показатель составляет от 391 до 568 мл. Для сравнения, у современных шимпанзе он варьируется от 307 до 461 мл, а у горилл — от 372 до 623 мл.

У Таунгского ребенка эндокраниальный объем оценивается в 402–410 мл. Это сопоставимо с показателями некоторых взрослых ископаемых экземпляров, в частности Стеркфонтейн 60 и Стеркфонтейн 71.

Однако одного объема мозга недостаточно для определения эволюционного родства. Важна и его форма, которая меняется по мере взросления.

Сопоставив особенности развития мозга современных человекообразных обезьян с ископаемыми черепами, исследователи пришли к выводу, что Таунгский ребенок мог вырасти до взрослой особи с формой мозга, сходной с образцами Стеркфонтейн 5 и Стеркфонтейн 60. Но его развитие вряд ли привело бы к формированию мозга, похожего на мозг особей, представленных образцами Стеркфонтейн 71, Стеркфонтейн 505 и Макопансгат 37/38.

Это существенно ограничивает круг окаменелостей, которые можно уверенно объединять с Таунгским ребенком в рамках одного вида.

Дополнительные сведения ученые получили, изучив строение зубов. В частности, они сравнили дентино-эмалевую границу — поверхность, на которой эмаль соприкасается с дентином, внутренней тканью зуба.

Ее форма во многом определяется генетически и сохраняет признаки, полезные для установления эволюционного родства. Кроме того, она меньше подвержена изменениям, связанным с износом зубов и воздействием окружающей среды после смерти.

Сравнение первых постоянных коренных зубов показало, что экземпляры, традиционно относимые к A. africanus, отличаются друг от друга сильнее, чем представители некоторых других изученных видов австралопитеков. Таунгский ребенок по форме дентино-эмалевой границы оказался примерно одинаково близок к одному из предполагаемых образцов A. africanus из Стеркфонтейна и к представителю Paranthropus robustus из Сварткранса.

При этом отдельные экземпляры, которые прежде объединяли с африканским австралопитеком, заметно отличались от Таунгского ребенка и друг от друга.

В совокупности результаты анализа зубов и мозга показывают, насколько сложно установить, какие именно ископаемые останки действительно принадлежат одному виду.

Как климатические изменения могли повлиять на эволюцию

Авторы исследования попытались объяснить, почему в Южной Африке могло существовать такое разнообразие близких эволюционных групп. Для этого они рассмотрели не только строение ископаемых останков, но и климатические условия, в которых жили древние гоминины.

Исследователи сопоставили данные о климате северо-восточной и юго-восточной частей Африки за период от четырех до одного миллиона лет назад. Выяснилось, что в этих регионах осадки распределялись по-разному, а в юго-восточной Африке между четырьмя и 2,5 млн лет назад наблюдались особенно заметные климатические колебания.

В частности, ученые обнаружили связь изменений количества осадков с долгосрочными астрономическими циклами, влияющими на климат Земли. Один из них повторяется примерно каждые 400 тыс. лет и связан с изменениями эксцентриситета земной орбиты — степени ее отклонения от круговой формы.

По мнению авторов, колебания климата могли неоднократно менять доступность воды и растительности, а вместе с ними — условия обитания животных. Когда привычные места обитания сокращались или изменялись, отдельные популяции древних гоминин могли оказываться изолированными друг от друга, приспосабливаться к новым условиям и постепенно приобретать собственные анатомические особенности. Когда климат вновь становился благоприятным, группы могли расширять ареалы и вступать в контакт, в том числе скрещиваться между собой.

Ученые предполагают, что древние гоминины не обязательно преодолевали большие расстояния в поисках новых мест обитания. Возможно, они следовали за перемещающимися природными зонами, которые расширялись и сокращались вслед за изменениями климата.

Такой процесс мог приводить к периодическому разделению и объединению популяций. При расширении ареалов небольшие группы могли случайным образом менять генетический состав, а при контакте с соседними популяциями — обмениваться генами. Подобные процессы, включая генетический дрейф и гибридизацию, могли способствовать появлению разнообразных анатомических особенностей.

Особое значение имело географическое положение Южной Африки. Этот регион находится на границе нескольких крупных биогеографических зон — территорий, различающихся по составу растительности и животного мира. В частности, в районе долины Лимпопо проходит граница между замбезийской и южноафриканской биогеографическими областями.

Сегодня эта граница также отделяет тропические природные условия от умеренных. Исследователи предполагают, что в прошлом она могла перемещаться в зависимости от климатических изменений, создавая дополнительные возможности для расселения и смешения популяций.

По мнению авторов, сочетание климатической нестабильности и особенностей географического положения Южной Африки могло сделать этот регион своеобразным перекрестком эволюционных процессов.

Почему открытие важно для понимания происхождения человека

Авторы признают, что результаты их исследования пока не позволяют составить однозначную картину родственных связей между всеми изученными древними гомининами. Этому мешает недостаточное количество хорошо сохранившихся окаменелостей, а также то, что находки происходят из разных мест и относятся к разным периодам.

Кроме того, Таунгский ребенок — молодой индивид, поэтому напрямую сопоставлять его анатомические особенности со строением черепов взрослых особей сложно.

Тем не менее исследователи считают, что привычное объяснение всех различий индивидуальной изменчивостью внутри одного вида недостаточно убедительно. Часть анатомических особенностей могла отражать существование нескольких эволюционных линий. Они предлагают рассматривать разнообразие древних гоминин с учетом не только сходства и различий в строении костей и зубов, но и изменений климата, перемещения природных зон, изоляции популяций и последующего обмена генами.

Такой подход может помочь разобраться в одном из главных вопросов палеоантропологии — происхождении рода Homo, к которому относится современный человек. «Выявить все факторы, определявшие разнообразие видов, будет непросто, однако это необходимо для понимания происхождения нашего рода Homo», — отмечают авторы.

При этом они подчеркивают, что череп Таунгского ребенка как голотип Australopithecus africanus должен оставаться в центре будущих исследований. Именно с ним следует сопоставлять другие находки, а не исходить из того, что все окаменелости, ранее объединенные под названием этого вида, действительно принадлежат одной эволюционной линии.

Новая работа не доказывает, она лишь ставит под сомнение другое, более давнее предположение: что большинство найденных в Южной Африке останков возрастом около 3 млн лет можно считать останками представителей одного вида. Возможно, эволюция древних родственников человека была гораздо более разветвленной и сложной, чем это отражено в привычных реконструкциях.