Эволюция

Почему у человека редуцировался волосяной покров на теле и остался на голове и в других местах?

Рисунок © Е.В.

Гипотез существует много. Я расскажу только о тех, что кажутся мне наиболее правдоподобными.

Сразу надо оговориться, что волосы никуда не исчезли. Количество их различается у людей разных рас (у негроидов и монголоидов их меньше, у европеоидов больше), размеры могут широко варьировать. Но в среднем волос на теле человека столько же, сколько и у других тропических млекопитающих сходного размера. У человека волосы просто сильно уменьшились в размерах.

«— Стоит ли рассуждать? Он умрёт от зимних дождей; солнце сожжёт его! Какой вред может принести нам безволосая лягушка? Пусть себе бегает со стаей.» Так кричали молодые волки, глядя на маленького Маугли. И впрямь можно только позавидовать волку или собственной собаке, когда они в своей «шубе» спокойно бегают по лесу при минус двадцати… Зачем же предки Homo sapiens избавились от этой шубы? Когда и почему, как написано в одной статье, пути человека и его шубы разошлись?

В период утраты шерсти люди жили там, где минус двадцати не бывает. На территории Кении, например, редко бывает даже плюс двадцать (обычно температура выше). И во времена, когда там жили далекие предки человека, климат был столь же жарким. Жили наши предки, утратившие шерсть, в саванне — на открытом пространстве, под палящим солнцем. Саванну они освоили как минимум 4–5 млн лет назад. До этого они жили в лесу на деревьях.

Предки человека стали прямоходящими, как сейчас считают, еще во время «древесной» жизни. Они двигались по веткам стоя, придерживаясь руками за другие ветки. И в саванне прямохождение им очень пригодилось.

Пока наши дальние предки (австралопитеки) питались в основном растительной пищей и мелкими животными, им не приходилось много бегать. Видимо, они были покрыты шерстью, защищавшей от солнечных ожогов и царапин. Но наш более близкий предок — человек умелый — освоил изготовление каменных рубил. С помощью орудий он смог разделывать трупы крупных травоядных, убитых хищниками или погибших от других причин. Тут уж пришлось побегать: желающих использовать такой ресурс, как трупы, — множество, и их нужно опередить. Бегать приходилось днем, чтобы не столкнуться со львом или саблезубой кошкой — они активны в сумерках. (Позднее другие виды людей, охотившиеся на крупную дичь, тоже были вынуждены много бегать за подранками. И в наши дни бушмены и другие охотники могут преследовать раненое животное сутками.)

В этих условиях двуногость оказалась очень кстати. Расчеты показывают, что получаемая суммарная солнечная радиация при вертикальном положении тела меньше примерно на треть; а в полдень она меньше в целых четыре раза. К тому же в вертикальном положении тело лучше охлаждается ветром. Но даже двуногому существу, если оно покрыто шерстью, при долгом беге грозит перегрев. Поэтому от шубы пришлось избавиться.

Параллельно с утратой шерсти у человека увеличилось число потовых желёз, выделяющих водянистый пот (в меньших количествах такие железы есть у многих приматов). Для охлаждения лучше испарять пот с поверхности кожи, чем с мокрой шерсти. Так у предков человека появилась эффективная система охлаждения. Она не позволяла температуре тела сильно повышаться даже при длительном беге.

Под палящим солнцем голой коже грозит солнечный ожог, а из-за ультрафиолетового облучении может возникать рак. Поэтому в связи с утратой шерсти кожа у людей потемнела. Темный пигмент меланин поглощает опасное ультрафиолетовое облучение. У шимпанзе в большинстве популяций кожа светлая (хотя этот признак довольно изменчив); вероятно, и у общих предков человека и шимпанзе, покрытых шерстью, кожа была светлой. У всех аборигенных народов экваториальной зоны кожа темная. За цвет кожи отвечают многие гены. Изучение вариантов одного из них показало, что кожа потемнела, видимо, не позднее чем 1,2 млн лет назад.

Часто против всех этих объяснений выдвигают, казалось бы, убийственный аргумент — почему же не исчезла шерсть у других крупных млекопитающих саванны — зебр, жирафов, антилоп, львов и гепардов? Но убийственный он только на первый взгляд. Среди этих млекопитающих нет двуногих. Многие из них, как я уже отмечал, активны не днем, а в сумерках. У них отсутствуют или слабо развиты потовые железы, выделяющие водянистый пот — а именно они дают наибольшее преимущество в охлаждении тела при голой коже. Наконец, у некоторых из них есть особые механизмы охлаждения мозга, которых нет у человека. Например, у антилопы при беге температура тела может повышаться на 4-5°C; но из-за особого устройства сети кровеносных сосудов в голове температура мозга при этом почти не меняется. У человека нет такой системы сосудов, поэтому приходится охлаждать всё тело, чтобы не перегрелся мозг.

Есть и другие объяснения редукции шерсти у предков человека. Одна из них связывает «безволосость» человека с неотенией и действием полового отбора. Известно, что человек — «недоразвитая обезьяна». По многим признакам мы больше похожи на детенышей шимпанзе, чем на взрослых. В частности, детеныши шимпанзе рождаются с густыми волосами на голове, но с почти голым телом. «Детские» признаки у многих животных вызывают инстинктивное стремление заботиться об их обладателях. Иметь такие признаки выгодно самкам, чтобы о них лучше заботились самцы. (Девушки не только внешне больше напоминают детей, чем мужчины. Они нередко демонстрируют ухажёрам детские элементы поведения — потребность в ласке, «выпрашивание» пищи и т. п.). «Отбор на безволосость» среди женщин привел и к утрате шерсти у мужчин (правда, не столь полной).

Ещё одна гипотеза связывает утрату шерсти с избавлением от паразитов. Видимо, уже очень давно человек начал сооружать жилища и использовать пещеры как убежища. В этих условиях «гнездовые» паразиты (клещи, блохи, клопы) могли донимать наших предков гораздо сильнее, чем строящих только «одноразовые» гнезда шимпанзе. Искать и удалять присосавшихся паразитов при голой коже легче.

Видно, что все эти гипотезы не противоречат друг другу. Например, гипотезу о роли паразитов с предыдущей связывает идея о том, что демонстрация здоровой, чистой кожи могла играть важную роль при выборе полового партнера. Вероятнее всего, на утрату шерсти повлияло сочетание многих факторов.

А почему же волосы сохранились на голове, под мышками и в паху? Тут тоже есть разные объяснения.

Голову волосы греют вместо шапки, защищают ее от ударов, предохраняют от перегрева в солнечный день — особенно такие густые и курчавые, как у многих негроидов. Борода, усы и бакенбарды, судя по всему, служат для мужчин украшением. В. Р. Дольник предполагает, что пышная шевелюра у человека (как грива у старых самцов павиана) может повышать его статус в глазах сородичей. А Чарльз Дарвин считал, что борода возникла из-за полового отбора, так как служит украшением, увеличивающим привлекательность самцов. Современные исследования разных культур (в том числе «примитивных» племен) показывают обратное: женщины оценивают безбородые лица как более привлекательные. Зато мужчины считают лица с бородой более агрессивными, а оба пола оценивают бородатых людей как имеющих больший возраст и более высокий социальный статус. Так что борода явно какую-то сигнальную роль играет.

Брови отводят от глаз пот, стекающий по лбу. Ресницы прикрывают глаза от яркого света, а еще защищают их от пылинок, мошек и песчинок, которые могут им повредить.

В подмышечных впадинах и в паху расположены особые потовые железы, выделяющие более густой и маслянистый пот. Часто предполагается, что он содержит половые феромоны и что они постепенно испаряются с поверхности волос. Наличие половых феромонов у человека пока четко не доказано. Тем не менее, женщины могут различать запах подмышечного пота мужчин и реагировать на него по-разному в зависимости от его состава — это доказано вполне надежно (см., например, здесь). Кроме того, на этих участках кожа обычно касается кожи, и начиная с пубертатного периода (когда человек становится гораздо более потливым) волосы защищают кожу от потертостей и опрелостей. Да и сами по себе волосы на лобке и под мышками могут служить сигналом достижения половозрелости.

источник

Ландшафт приспособленности.

Биологи, изучающие эволюцию белков, используют образ громадного, но всё же конечного пространства последовательностей. Это воображаемое пространство включает все возможные «тексты», записанные 20-буквенным аминокислотным «алфавитом». Например, для белка длиной в 300 аминокислот существует 20^300 возможных последовательностей. По сравнению с этим числом количество атомов во Вселенной (примерно 10^80) пренебрежимо мало.


Каждая точка в пространстве последовательностей соответствует одному белку, а расстояние между точками отражает степень различий между двумя белками. Эволюцию белковой молекулы можно представить как движение в пространстве последовательностей.

Каждой функции, выполняемой белками, соответствует некая область в пространстве последовательностей, в пределах которой любая точка — это белок, способный справиться с данной функцией. До тех пор пока эволюция белка идёт без смены функции, его движение ограничено этой областью.

Главный вопрос в том, насколько велики такие области и какова их структура. Теоретически они могут быть как сплошными полями, так и лабиринтами узких тропинок, разделённых «запретными зонами».

Полезным дополнением к образу пространства последовательностей является образ ландшафта приспособленности, введённый в употребелние в 1932 году выдающимся американским генетиком Сьюэлом Райтом (1889-1988). Каждой точке пространства последовательностей соответствует та или иная величина приспособленности. Если речь идёт об аминокислотной последовательности белка, то приспособленность можно понимать как эффективность выполнения белком своей функции. Если речь идёт о нуклеотидной последовтельности генома, то приспособленность — это эффективность размножения организма с таким геномом. Принято представлять области высокой приспособленности в виде возвышенностей, низкой — в виде долин или ям. При этом вышеупомянутые «поля» приобретают вид горных плато, «тропинки» становятся хребтами, а «запретные зоны» — долинами и пропастями. Вредные мутации — это движение вниз по склону, полезные — путь наверх. Мутации нейтральные, не влияющие на приспособленность, соответствуют движению вдоль горизонталей — линий одинаковой высоты. Отбраковывая вредные мутации, естественный отбор мешает эволюционирующей последовательности двигаться вниз по ландшафту приспособленности. Поддерживая мутации полезные, отбор пытается загнать последовательность как можно выше. Спуск в долины запрещён, потому что мутации, снижающие эффективность работы белка, отсеиваютс отбором. В результате белок может оказаться в «ловушке локального максимума», т.е. застрять на одной из второстепенных вершин. Популяция, поднявшаяся на маленький пик, не может сменить его на большой, стать более приспособленной, ибо при смене пиков отбор пойдет против уровня приспособленности. Так, кошка во время наводнения, спасаясь на низком заборе, может утонуть, хотя бы рядом был высокий дом. В конечном счете все вымершие группы (панцирные рыбы и динозавры, саблезубые тигры и мамонты) повинны перед эволюцией лишь в том, что выбрали неудачные, невысокие адаптивные пики.

Именно ловушки локальных максимумов известный биолог Р.Докинз выделяет в качестве одной из причин, препятствующей неограниченному усовершенствованию живых организмов: «Метафора «адаптивного ландшафта» Сьюэлла Райта (1932) отражает ту же идею – отбор в пользу локальных оптимумов (местных «пиков» приспособленности) предотвращает эволюцию в направлении глобальных оптимумов, в конечном счёте более значительных.» (Ричард Докинз «Расширенный фенотип).

Источники: А.Марков, Е.Наймарк «Эволюция. Классические идеи в свете новых открытий»; Р.Докинз «Расширенный фенотип»; Б.Медников «Аксиомы биологии».