Самая бесполезная кость: почему у человека есть подбородок, а у обезьян — нет

Взгляните на череп любого примата, живого или вымершего. Шимпанзе, горилла, австралопитек, даже наш ближайший родственник неандерталец — у всех них нижняя челюсть имеет характерную форму: она либо скошена назад, либо вертикальна. И только у Homo sapiens нижняя часть челюсти выдается вперед, образуя костный выступ. Подбородок — единственная скелетная характеристика, которая безошибочно отделяет анатомически современного человека от всех остальных гоминидов в истории планеты.

Биология пыталась найти этому выступу прагматичное объяснение. Зачем он нам? Помогает ли он пережевывать жесткую пищу? Улучшает ли артикуляцию речи? Служит ли сигналом для привлечения партнеров? Все эти гипотезы исходили из предпосылки, что подбородок — это адаптация, полезное приобретение, закрепленное естественным отбором.

Новое исследование, опубликованное в журнале PLoS One, предлагает принципиально новую точку зрения. Используя методы количественной генетики и анализа морфологических данных, ученые доказали: наш подбородок абсолютно бесполезен. Он не возник для решения какой-либо задачи. Это — архитектурный побочный продукт, возникший в результате глобальной перестройки человеческого лица и черепа.

Конец адаптационистской программы

В эволюционной биологии существует понятие «антревольт». Термин пришел из архитектуры: когда вы строите купол на квадратном основании с помощью арок, между ними неизбежно образуются треугольные своды. Они не проектировались специально, они возникли автоматически из-за геометрии несущих конструкций.

Исследователи под руководством Норин фон Крамон-Таубадель поставили перед собой задачу выяснить, является ли подбородок специальной адаптацией или таким антревольтом. Для этого они проанализировали параметры черепа и челюсти 15 видов гоминидов, включая людей, шимпанзе и горилл. Главным инструментом стал анализ скоростей эволюции: ученые искали признаки, которые менялись быстрее, чем это возможно при случайном дрейфе генов. Быстрые изменения указывают на направленный отбор — ситуацию, когда эволюция жестко давит на признак, заставляя его меняться.

Оказалось, что сам по себе подбородок практически не подвергался прямому давлению естественного отбора. Из девяти метрических параметров, описывающих форму подбородочного выступа, только три находились под слабым прямым отбором. Остальные шесть изменялись пассивно, следуя за другими, более масштабными трансформациями черепа.

То есть, мы получили подбородок не потому, что он нам нужен, а потому, что не могли его не получить, учитывая то, как менялась остальная часть нашей головы.

Механика возникновения выступа

Чтобы понять, как именно сформировался этот лишний костный нарост, необходимо рассмотреть нижнюю челюсть не как единую кость, а как конструкцию, состоящую из двух функционально разных зон, эволюционирующих с разной скоростью.

Первая зона — альвеолярный отросток. Это верхняя часть челюсти, в которой находятся корни зубов. Она критически зависит от размера и формы зубного ряда. В ходе эволюции человека происходило стремительное уменьшение размеров зубов. Наши предки перешли на использование орудий труда и термическую обработку пищи (варку, жарку), что сняло необходимость в мощных клыках и массивных коренных зубах. В результате альвеолярная часть челюсти начала быстро регрессировать, смещаясь назад, вглубь черепа.

Вторая зона — базальная часть. Это основание челюсти, ее нижний край. Эта зона более консервативна. Она служит местом крепления мышц, обеспечивающих движение челюсти и работу глотки, и отвечает за общую структурную целостность каркаса лица. Базальная часть не могла уменьшаться так же быстро, как зубной ряд, иначе это нарушило бы биомеханику горла и дыхательных путей.

Конфликт скоростей этих двух процессов и породил подбородок. Зубной ряд отступал вглубь рта быстрее, чем основание челюсти успевало адаптироваться. В итоге нижний край челюсти (симфиз) оказался выступающим вперед относительно зубов.

Глобальная перестройка: мозг и осанка

Исследование связывает появление подбородка с двумя другими важными событиями в нашей эволюции: бипедализмом (прямохождением) и увеличением мозга. Эти процессы запустили цепную реакцию изменений в геометрии черепа, известную как краниомандибулярная интеграция.

Когда предки человека встали на две ноги, положение головы относительно позвоночника изменилось. Чтобы смотреть вперед, а не в небо, основание черепа должно было изогнуться (этот процесс называется усилением базикраниальной флексии). Одновременно с этим начал увеличиваться объем мозга, что потребовало расширения нейрокраниума (мозгового отдела черепа).

Анализ показал, что именно эти параметры — изгиб основания черепа, ширина черепной коробки и втягивание лица под мозговой отдел — находились под жесточайшим давлением естественного отбора. Эволюция лепила компактную голову с большим мозгом, сбалансированную на вертикальном позвоночнике.

Нижняя челюсть была вынуждена подстраиваться под эту новую архитектуру. Она изменила свою форму с U-образной (характерной для обезьян, где зубные ряды параллельны) на параболическую (расширяющуюся кзади). Она стала короче и грацильнее (тоньше).

Данные исследования показывают: сокращение длины лица и уменьшение прогнатизма (выступания челюстей вперед) были главными целями отбора. Подбородок же стал просто геометрическим следствием. Когда лицо втягивается под череп, а зубы уменьшаются, но основание челюсти сохраняет свою ширину для крепления мышц, внизу неизбежно образуется костный мыс.

Почему старые теории несостоятельны

Ранее популярные теории функциональности подбородка разбиваются о данные биомеханики и результаты нового генетического анализа.

Гипотеза жевательного стресса утверждала, что подбородок нужен для распределения нагрузок, чтобы челюсть не сломалась при сильном сжатии. Однако инженеры и антропологи давно заметили, что при жевании внешняя часть симфиза (где находится подбородок) испытывает растяжение, а не сжатие. Дополнительная костная масса в этом месте не дает значительного выигрыша в прочности. Более того, исследование показало, что сам симфиз становился тоньше и вертикальнее, что противоречит идее его укрепления для силовых нагрузок.

Гипотеза «речевой адаптации» предполагала, что подбородок нужен для поддержки языка при сложной артикуляции. Но анализ показал, что изменения внутренней части челюсти (где крепится язык) и внешней (где находится подбородок) не синхронизированы так жестко, как требовала бы эта теория. Язык действительно повлиял на форму челюсти изнутри, но внешний выступ — это результат внешних процессов редукции лица.

В итоге

Эволюция — это процесс компромиссов и системных ограничений.

Организм развивается как единое целое. Нельзя изменить размер мозга или способ передвижения, не затронув десятки других параметров. Человеческий подбородок — это свидетельство того, как мы отказались от агрессивного жевательного аппарата в пользу интеллекта и орудий труда.

Источник: PLOS One