Первые шаги: Как прямохождение сделало нас людьми: читать книгу онлайн полностью и бесплатно

Чтобы идея считалась научно обоснованной, она должна позволять формулировать предсказания, которые позже можно сравнить с фактическими данными. Например, некий ученый, проверяющий гипотезу «миоценового Мини-Мы», может предположить, что у древнейших двуногих гоминин было маленькое тело, они жили в лесах, а не в саваннах и были адаптированы к передвижению и кормежке на деревьях. В том случае, если найденные окаменелости свидетельствуют о том, что самые древние прямоходящие приматы были крупными, обитали в саваннах и кормились на земле, а не на деревьях, то идею «миоценового Мини-Мы» следует отбросить. Выяснив, что фактические данные не соответствуют нашему предсказанию и гипотеза неверна, мы можем перейти к следующей идее – так, шаг за шагом, наука и развивается. Гипотезы, не сформулированные в виде проверяемых предсказаний, – просто забавные истории, столь же научно обоснованные, как и повествование о Зевсе, разрубившем людей надвое. Любая хорошая гипотеза уязвима, а настоящий ученый обладает гибкостью мышления, позволяющей отказаться от идеи, если факты ее не подтверждают.

Итак, какого рода данные мы ищем?

Прежде всего было бы полезно узнать, где живые существа впервые начали передвигаться по земле на двух ногах, что, безусловно, позволит ответить и на другой вопрос, когда это произошло.

Чарльз Дарвин в своем труде «Происхождение человека» выдвинул гипотезу, что люди находятся в родстве с африканскими человекообразными обезьянами. Бонобо не были известны науке до 1933 г., потому Дарвин писал только о шимпанзе и гориллах. А как насчет азиатских человекообразных обезьян, орангутанов и гиббонов? Мы ведь и на них очень похожи. Как мы определяем, кто из этих обезьян является самым близким родственником человека?

После почти столетних дебатов о степени родства между человекообразными приматами ученые в конце 1960-х гг. начали сравнивать белки, а затем и ДНК представителей этих видов. Результаты заставили пересмотреть наше генеалогическое древо. Как и предсказывал Дарвин, ближайшими из ныне живущих родственников человека действительно являются африканские человекообразные обезьяны. Наиболее генетически близки нам шимпанзе и бонобо, гориллы – наши двоюродные братья, а орангутаны – троюродные.

Близкое родство с шимпанзе и бонобо не означает, что люди произошли от них. Они наши родственники, а не предки. Мы происходим от них не более, чем они от нас. Просто у нас с ними был общий предок – вот что предсказывает теория эволюции. Не повторяйте ошибку Кирка Кэмерона с его крокоуткой. Этот общий предок не был челошимпанзеком или боносапиенсом, некой смесью человека и современной обезьяны, – нет, это была человекообразная обезьяна с более общими признаками, от которой произошли и мы, и они.

Как выглядела эта древняя человекообразная обезьяна? Когда она жила? Это очень сложные вопросы, но ученые постепенно находят на них ответы.

Специалист по молекулярной антропологии Тодд Дисотелл встретил меня у дверей тесного лифта, на котором я поднялся на четвертый этаж здания по адресу Уэйверли Плейс, 25, в кампусе Нью-Йоркского университета в Гринвич-Виллидж{76}. Высокий и подтянутый, он выглядел гораздо моложе своих 55 лет. Несмотря на холодный промозглый апрельский день, Дисотелл был облачен в пестрые шорты, парусиновые мокасины и футболку с изображением Кинг-Конга. Короткие рукава футболки не скрывали татуировки на руках: на правом предплечье красовалось знаменитое эволюционное древо Чарльза Дарвина с подписью «я думаю», а на левом бицепсе – изображение снежного человека. Ирокез он сбрил и теперь щеголял короткой стрижкой, эспаньолкой и очками в оранжевой оправе. Стоит добавить, что Дисотелл – один из мировых экспертов в области антропологической генетики.

Шестеро старшекурсников и стажеров-исследователей отвлеклись от своих пробирок, когда мы осматривали его лабораторию, довольно просторную по сравнению с тесными помещениями факультета антропологии Нью-Йоркского университета. Дисотелл гордится тем, что Джорджо Цукалос – тот самый, один из ведущих документального сериала «Древние пришельцы» (Ancient Aliens), – побывал здесь, чтобы стать свидетелем извлечения ДНК из черепов, которые он считал инопланетными. (Как оказалось, он ошибался.) Поскольку получить федеральные гранты в наше время становится все сложнее, Дисотелл пошел на остроумный, но весьма спорный шаг, позволив телестудиям покупать для него дорогое оборудование в обмен на его участие в качестве эксперта в программах телеканала History, популяризирующего фантастические рассказы о древних пришельцах и снежном человеке.

Осмотрев лабораторию, мы отправились перекусить в близлежащую таверну «Белый дуб». Дисотелл заказал яблочный салат без яблок, и я задал вопрос, ради которого приехал на Манхэттен:

– Когда у людей и шимпанзе был последний общий предок?

Я ожидал, что за этим последует тяжкий вздох, потягивание напитка с глубокомысленным видом и череда расплывчатых рассуждений, типа «может быть, так, а может быть, эдак».

– Шесть миллионов лет назад, – ответил он без колебаний. – Плюс-минус полмиллиона.

– Правда? Я видел оценки и в двенадцать миллионов, и в пять.

– Нет, – уверенно сказал Дисотелл. – Эти датировки основываются на ложных предположениях.

Он объяснил, что раньше в ходе исследований подсчитывались молекулярные различия в коротких последовательностях целевых генов для оценки того, когда произошло расхождение эволюционных линий. Теперь же более совершенная технология позволяет быстро сравнить десятки тысяч генов у разных видов, в том числе у людей и африканских человекообразных обезьян. Безусловно, не все согласятся с его интерпретацией данных, но для Дисотелла результаты очевидны.

Бóльшая часть ископаемых свидетельств на самом деле поддерживает его вывод, согласно которому наша линия полностью обособилась от общей линии шимпанзе и бонобо 6 млн лет назад{77}. Если предположить, что новое поколение появляется примерно каждые 25 лет, последним общим для меня и шимпанзе предком была моя прапра– (всего около 240 000 «пра») бабушка. Если бы я произносил приставку «пра» каждую секунду, то мне пришлось бы повторять ее трое суток без передышки, чтобы добраться до того момента, когда моя эволюционная линия разошлась с линией шимпанзе.

Африка и сейчас, и в прошлом представляет собой обширное пространство, полное разнообразных экологических ниш. Полезно было бы выяснить, где жили самые первые гоминины. Были ли они обитателями крон древних лесов или отваживались совершать вылазки на безлесные равнины? Изменение среды обитания часто влечет за собой эволюционные изменения в поведении и анатомии.

Свидетельства резкого изменения окружающей среды на Африканском континенте скрыты в древних почвах и окаменелых зубах, в которых сохраняются стабильные изотопы углерода и кислорода. Чтобы вы смогли лучше это понять, мне придется ненадолго прерваться, чтобы провести несложный урок химии.

Элементы углерод и кислород существуют в разных формах, которые называются изотопами. Некоторые изотопы нестабильны и радиоактивны. С их помощью можно определять абсолютный возраст окаменелостей, о чем мы поговорим в следующей главе. Сейчас нас интересуют стабильные изотопы, которые помогут нам реконструировать древнюю среду обитания.

Углерод, обозначаемый ¹²С, поскольку обычно ядро его атома состоит из шести протонов и шести нейтронов, имеет изотоп ¹³С, включающий один дополнительный нейтрон. Оказывается, некоторые растения в процессе дыхания выделяют углекислый газ с более тяжелым изотопом ¹³С, а усваивать своими тканями предпочитают ¹²С. Это характерно главным образом для пышной буйной лесной растительности во влажных местообитаниях. Злаковые травы и другие растения открытых и более засушливых саванн, ничего не имеют против ¹³С и поглощают его в большем количестве.

Когда животные поедают растения, то накапливают углерод в своих костях и зубах. Вся прелесть этого изотопа углерода заключается в том, что он стабилен, то есть не исчезает и не меняется даже за миллионы лет существования окаменелостей. Ученые могут растереть в порошок зуб древней антилопы, измерить соотношение изотопов 12С и 13С с помощью прибора, который называется масс-спектрометром, и определить, где кормилось животное – во влажном лесу, в степи или в лесостепи.

Кислород, или ¹⁶О, также имеет стабильный изотоп ¹⁸О с двумя лишними нейтронами. Обе формы могут входить в состав молекулы воды, Н₂О. Поскольку атом ¹⁶О легче, вода с этим изотопом быстрее испаряется, поднимается вверх и образует дождевые облака. Во время холодного периода на планете более легкий кислород выпадает в виде снега и оказывается запертым в полярных льдах. Это, в свою очередь, ведет к накоплению ¹⁸О в океанах и формированию чрезвычайно для нас важной глобальной летописи температур прошлого, которой мы в настоящее время располагаем. Африканские озера и реки также накапливают ¹⁸О. Определяя соотношение этих стабильных изотопов кислорода в окаменелостях, мы получаем непрерывную летопись температуры и влажности в данном регионе.

Поскольку все животные пьют воду из водоемов или получают ее из поедаемых растений, исследователи использовали данные химического состава древних костей для реконструкции облика Африки миллионы лет назад, когда на арену эволюции вышли наши предки. Результаты оказались весьма интригующими.

Начиная с миоцена, не позднее 10–15 млн лет назад, климат Африканского континента становился все суше и приобретал все более сезонный характер. Колебания климата стали более заметными, когда-то сплошные леса Восточной Африки постепенно распадались на отдельные лесные участки, пространство между которыми занимали саванны. В настоящее время ученые убеждены, что бипедализм на суше развился в условиях, когда обширные леса начали сменяться открытыми саваннами, перемежаемыми небольшими участками леса. Однако мы не знаем точно, почему прямохождение оказалось более выгодным способом передвижения в этом новом мире{78}.

Одно из объяснений заключается в том, что вертикальное положение тела могло помочь нашим предкам не перегреваться на открытых пространствах саванн{79}. В экваториальной Африке очень жарко. Большинство животных здесь активны по ночам или в сумерках, а днем конкурируют за место в тени, чтобы не перегреться на солнце. Едва ли наши предки могли составить конкуренцию плотоядным и другим крупным африканским млекопитающим в борьбе за эти неуклонно сокращающиеся тенистые участки. У тех, кто передвигался в вертикальном положении, площадь поверхности тела, открытая солнечным лучам, была меньше, и в то же время тело в большей степени овевалось ветром, что повышало эффективность потоотделения.

Биолог Питер Уилер, разработавший эту оригинальную, хотя и необязательно верную гипотезу в конце 1980-х – начале 1990-х гг., также вычислил, что бипедальная локомоция сократила бы нашу потребность в воде на 40 %. Думаю, Уилер прав, но не в том, что касается происхождения бипедализма. Вполне вероятно, что прямохождение развилось прежде, чем гоминины переместились в открытые солнцу и ветру саванны, где им пришлось бы беспокоиться по поводу перегрева.

Вторая гипотеза связана с энергозатратами. Пройдя километр, человек сжигает около 50 калорий. Чтобы восстановить расход энергии на такую пешую прогулку, достаточно съесть горсть изюма. Хождение на двух ногах – чрезвычайно энергоэффективный способ перемещения из одного места в другое.

Исследователи из Гарвардского университета решили проверить, насколько эффективна ходьба на двух ногах, сравнив способ передвижения людей и шимпанзе{80}. Они поставили голливудских шимпанзе – вы иногда видите их в рекламных роликах компании Old Navy – на беговую дорожку и измерили затраты энергии, прикрепив похожий на дыхательную трубку детектор CO₂ к морде каждой обезьяны. Не волнуйтесь за них! Если бы шимпанзе не нравилось происходящее, они сорвали бы с себя это устройство и вполне могли бы даже вырвать руки экспериментаторов из суставов. Шимпанзе очень сильные и вспыльчивые животные.

Ученые обнаружили, что шимпанзе тратят на передвижение в два раза больше энергии, чем люди, независимо от того, пользуются ли они четырьмя конечностями или двумя{81}. Возможно, ранее в нашей эволюционной истории были времена, когда еды не хватало и группа гоминин была вынуждена пересекать обширные безлесные пространства, чтобы перебраться с одного лесного кормового участка на другой. Возможно, те, кто передвигался на двух конечностях, а не на четырех, затрачивали меньше энергии и имели больше шансов уцелеть. Звучит довольно убедительно. Проблема, однако, состоит в том, что шимпанзе расходуют больше энергии, чем люди, не потому, что они четвероногие, а потому, что ходят на полусогнутых ногах. Животные, передвигающиеся с выпрямленными коленями и вытянутыми бедрами – неважно, на двух или на четырех ногах, – экономят топливо. Когда наши предки в совершенстве освоили ходьбу на двух ногах, это дало им преимущество в плане энергии. Однако сначала особого выигрыша с энергетической точки зрения в передвижении на двух, а не на четырех ногах не было{82}.