Человеческий мозг — один из наиболее сложных объектов, существующих во Вселенной, благодаря которому наш вид достиг технологического прогресса и смог освоить космос. Этот орган довольно велик, и на протяжении многих лет исследователи пытаются выяснить, какие факторы обусловили его эволюцию. Авторы новой научной работы полагают, что ответ на этот вопрос может крыться в наиболее скрытом месте — в утробе матери. Ученые считают, что плацента и ее гормональный состав, который она начинает вырабатывать после достижения определенной стадии развития, могут быть причиной этих изменений.
Значительный объем головного мозга является одним из ключевых признаков, отличающих человека от других приматов Homo sapiens он в пределах у нашего ближайшего родственника — Pan troglodytes (объем мозга у обыкновенного шимпанзе варьируется от 280 до 500 кубических сантиметров, что свидетельствует о разнице в три-четыре раза.
Согласно распространенной теории, эволюция, выражающаяся в увеличении объема мозга, предоставила нашим предкам ряд адаптивных преимуществ. Особенностью этого вида является наличие абстрактного мышления, способности к планированию и многозадачности, а также умение хранить и передавать информацию, создавать сложные орудия. Это также послужило основой для развития языка.
Мозг человека расходует значительный объем энергии и развивается продолжительное время, начиная с эмбрионального периода и продолжаясь до 25 лет. Поэтому научное сообщество пытается понять, какое эволюционное преимущество могло предопределить такие существенные затраты?
Одна из ведущих гипотез — гипотеза социального мозга — согласно распространенной гипотезе, крупный объем мозга сформировался как средство адаптации к условиям жизни в сложных социальных структурах. Для эффективного управления взаимоотношениями, сотрудничества, обмана и распознавания намерений других особей требовались значительные «вычислительные» возможности. Данную концепцию опосредованно поддерживают и другие виды с развитым интеллектом, такие как дельфины и слоны: у них также наблюдается больший, чем средний, размер мозга, и они образуют сложные социальные группы. Однако долгое время оставался невыясненным конкретный биологический механизм, который связывает социальное поведение и размер мозга. Иными словами, исследователи стремились понять, как эволюционные изменения происходили в мозге на клеточном и молекулярном уровнях.
Молекулярный биолог Алекс Цомпанидис (Alex Tsompanidis) из Кембриджского университета в Великобритании и его коллеги полагают, что этот механизм связан с гормонами плаценты, временного органа, обеспечивающего связь между плодом и будущей матерью. Плацента выполняет не только функцию питания зародыша, но и является значительным источником гормонов. Она синтезирует гормоны, необходимые для развития плода и формирования мозга, включая эстрогены.
«Вопрос о роли плаценты в эволюции может показаться неожиданным. Однако, изучая изменения гормонального фона во время беременности, мы выявили явную взаимосвязь. Уровни этих гормонов, присутствующие в утробе, предсказывают важные этапы развития ребенка, такие как развитие речи и социальные навыки», — объяснил Цомпанидис.
Последние исследования, проведенные авторами, указывают на непосредственное воздействие гормонов плаценты на мозг. Эксперимент 2022 года показал, включение тестостерона (андроген, ключевой половой гормон) в мини-мозги, созданные из человеческих стволовых клеток – органоиды, значительно повышает количество клеток, формирующих кору. Кора головного мозга обеспечивает реализацию высших когнитивных функций, таких как память, обучение и мышление. Другие исследования показали, что эстрогены способствуют укреплению связей между нейронами в органоидах, что является основой нейронных сетей.
Команда Цомпанидиса совершила важное открытие, связанное с различиями в уровне гормонов у людей и других приматов. У людей концентрация этих веществ оказалась значительно выше: плод человека, по сути, подвергается воздействию высокой концентрации гормонов.
Новые выводы, сделанные британскими учеными, согласуются с результатами исследований, проведенных их коллегами в 1983 году. В то время биологи измерили уровень эстрогена в моче горилл, шимпанзе и беременных женщин. Оказалось, что у беременных он в четыре-пять раз выше.
«Гормоны, синтезируемые плацентой, играют решающую роль в развитии плода и оказали влияние на эволюцию нашего мозга. Сравнительный анализ демонстрирует, что их концентрация в утробе матери у людей значительно превышает показатели у других видов», — пояснил Цомпанидис.
Эволюция мозга — это лишь один аспект этой истории. Человечество также отличается еще одной особенностью: умение формировать крупные и устойчивые социальные структуры, которые намного больше по размеру, чем сообщества шимпанзе и, возможно, даже неандертальцев. Для обеспечения этого потребовалось преодолеть серьезную проблему: необходимо было поддерживать высокий уровень рождаемости, при этом уменьшая вероятность конкуренции за партнеров и ресурсы внутри этих обширных объединений.
Относительно высокий уровень тестостерона по сравнению с эстрогеном, как правило, способствует проявлению мужских характеристик, таких как физическая сила и конкурентоспособность. Однако, сопоставление человека с другими приматами и с ископаемыми гоминидами, например, с неандертальцами, показало интересную особенность. Половые различия у современных людей, например, в размерах тела или в уровне агрессии, в среднем менее заметны, чем у других приматов.
По мнению исследователей, такие особенности строения тела, свойственные человеку, как сокращение волосяного покрова или определенное соотношение длины пальцев, вероятно, обусловлены влиянием эстрогенов и связаны с женскими биологическими особенностями.
По мнению многих, развитие сложных социальных структур должно было, казалось бы, способствовать укреплению традиционно «мужских» качеств или, как минимум, не приводить к их ослаблению. Тем не менее, эволюция пошла иным путем: половой диморфизм уменьшился, а характерные особенности человека стали больше соответствовать «женскому» типу. Что послужило причиной такого развития?
Ученые объясняют этот парадокс наличием ароматазы — фермента, который превращает «мужской» тестостерон в «женские» эстрогены. Плацента синтезирует гены, отвечающие за выработку этого фермента. Исследования, проведенные группой Цомпанидиса, показали, что у человека активность ароматазы выше, чем, к примеру, у макак. Кроме того, имеются данные, свидетельствующие о том, что она может быть выше и у мужчин по сравнению с женщинами.
Человеческая плацента, по сути, выполняет роль своеобразного гормонального фильтра, преобразуя тестостерон, который мог бы усиливать конкуренцию, в эстрогены, приносящие «социальную пользу». Исследователи полагают, что высокий уровень тестостерона и эстрогена способствовал развитию мозга и укреплению нейронных связей. Вместе с тем, плацентарное превращение тестостерона в эстрогены приводило к ослаблению выраженных мужских черт, связанных с конкуренцией, что способствовало снижению агрессии внутри группы.
Эстрогены также оказывали благотворное воздействие на репродуктивную способность женщин. В совокупности эти факторы сформировали биологическую базу, благодаря которой люди смогли существовать в крупных, в основном мирных и плодородных группах. В таких сообществах процветали сотрудничество и передача знаний – среда, способствующая дальнейшему развитию сложного мозга и культуры.
Научная работа опубликована в журнале Новости и обзоры по эволюционной антропологии .