L; апос; людина одношерста мавпа Для науки
Чому, на відміну від інших приматів, люди втратили хутро? Коли з’явилася гола шкіра? Останні результати дають відповідь і розкривають переваги випадіння волосся.
Australopithecus afarensis, представлений тут викопною Люсі (внизу), що датується 3,2 мільйона років тому, нагадував великих мавп своїми короткими кінцівками, непридатними для подорожей на великі відстані.
Тамі ТолпаДжен КрістіансенД.Фіннін і Дж.Бекетт, Американський музей природознавстваД.Фіннін і Дж.Бекетт, Американський музей природознавстваВіктор ДікВіктор Дік
Орангутанг має красиве мідне руно. Горили, шимпанзе і бонобо прикрашені коричневим або чорним хутром. І ти ? Тільки волосся і кілька добре локалізованих волохатих ділянок. Нічого більше. Люди - єдині примати, які мають майже безволосу шкіру. Більш того, він відрізняється майже від усіх інших ссавців. Чому чоловік позбавлений хутра? Ми дивувались про цю особливість протягом століть. марно. Викопні відомості не допомагають: там зафіксовано більшість важливих переходів в еволюції людини, таких як поява біпедалізму, але від людської шкіри немає сліду. Тому чи варто відмовлятися від повторної історії зникнення людського волосся? ?
Історія у волоссі !
Ні, оскільки в останні роки палеонтологи помітили, що скам'янілості містять непрямі докази трансформації шкіри людини. Завдяки цим підказкам, які ми опишемо, та результатам, отриманим за останні десять років у генетиці та фізіології, ми сьогодні можемо пояснити, чому люди втратили хутро, та оцінити період, у який це сталося. Крім того, згідно з розробленим нами сценарієм, поява майже безшерстої шкіри сприяло розвитку інших характеристик людини, зокрема високорозвиненого мозку.
Щоб зрозуміти, чому предки людей втратили хутро, давайте спочатку подивимося, чому це існує у інших видів. Волосся - це специфічний покрив тіла ссавців. Насправді, виховуючи молодняк, вони визначають клас: усі ссавці мають принаймні трохи волосся (іноді тимчасово), і більшість із них забезпечуються рясно. Волосся є хорошим теплоізолятором і захищають організм від стирання, вологи, сонячного світла, паразитів і патогенів. Вони також служать камуфляжем і засобом спілкування.
Однак деякі лінії ссавців придбали з часом настільки рідкісне і тонкошерстне хутро, що воно вже не виконує жодної ролі. Це стосується підземних тварин, таких як крот, та морських тварин, особливо китів та дельфінів. В останньому гладка шкіра полегшує плавання та занурення. Щоб компенсувати відсутність зовнішньої теплоізоляції, ці тварини мають під шкірою шар жиру. Навпаки, напівводні тварини, наприклад видри, мають щільне, водонепроникне хутро, яке затримує повітря, щоб тварина могла легше плавати. Це хутро також захищає шкіру на землі.
Найбільші наземні ссавці (слони, носороги та ін.) Також мають оголену шкіру, тому їм не надто жарко. Насправді, чим більша тварина, тим менша площа поверхні тіла в порівнянні з масою, і тим більше труднощів їй відводить надлишкове внутрішнє тепло. У плейстоцені - між двома мільйонами і 10000 років тому - у мамонтів та інших родичів слонів і носорогів було хутро, що дозволяло їм жити в холодних умовах. Їх зовнішня ізоляція допомогла їм зберегти тепло тіла і зменшити потреби в їжі.
Приблизно гола шкіра людей не є пристосуванням до підземного чи водного життя, хоча деякі помилково вважають, що предки людини пройшли водну фазу під час своєї еволюції. Це також не результат великих розмірів. Шкіра стала майже безволосною, оскільки людина придбала ефективну систему регулювання температури свого тіла. У будь-якому випадку, саме про це говорить ефективність людського потовиділення.
Підтримувати низьку температуру тіла важко багатьом ссавцям, і не тільки більшим, особливо коли вони живуть у жарких регіонах і виробляють багато тепла під час тривалої ходьби та бігу. Ці тварини повинні регулювати свою внутрішню температуру, свої тканини та органи, особливо мозок, які можуть бути пошкоджені надмірним нагріванням.
Ссавці використовують різну тактику для зниження внутрішньої температури: собаки задихаються, деякі коти живуть вночі, і багато антилопи можуть передавати тепло від артеріальної крові до венозної крові, яка охолоджується, проходячи через ніздрі. У приматів, включаючи людей, основною стратегією є потовиділення. Він охолоджує тіло за допомогою рідини, поту, який випаровується на поверхні шкіри і при цьому виділяє теплову енергію. Цей механізм дуже ефективний.
Але піт відрізняється залежно від виду. Шкіра ссавців містить три типи потових залоз (які виробляють піт): сальні, апокринні та еккринні залози. У більшості видів домінують сальні та апокринні залози. Розташовані поблизу волосяних фолікулів - там, де волосся народжується - вони виробляють жирну суміш, яка покриває волосся. Цей піт трохи охолоджує пухнастого звіра, але здатність цієї речовини розсіювати тепло низька.
У 1980-х Едгар Фолк з Університету штату Айова в США та його колеги показали, що ефективність охолодження зменшується, оскільки шерсть тварини змочується і плутається під впливом цього густого жирного поту. Насправді в цьому випадку випаровування відбувається на поверхні хутра, а не на поверхні шкіри, що зменшує тепловіддачу. Щоб компенсувати цю втрату теплової ефективності та охолодитись, тварина повинна пити багато води і зменшити свої рухи.
Олія або вода ?
У людини відсутність хутра покращує ефективність потовиділення. Більше того, у людини багато еккринових залоз - від двох до п’яти мільйонів. Ці залози можуть виробляти до 12 літрів водянистого поту на день. Вони знаходяться не біля волосяних фолікулів, а біля поверхні шкіри, де вони виділяють піт через крихітні пори. Поєднання майже оголеної шкіри та рідкого поту, що поширюється по її поверхні, замість того, щоб накопичуватися в хутрі, дозволяє людям ефективно відводити надлишкове тепло. Ця система охолодження людини настільки ефективна, що під час марафону, у спекотний день, людина виграє у коня.
Що спонукало появу майже оголеної шкіри, багатої еккринними залозами, у предків сучасних людей, коли їхній найближчий родич, шимпанзе, зберіг хутро? Можливо, кліматичні зміни.
Три мільйони років тому Земля охолола, спричинивши пересихання Східної та Центральної Африки, де жили предки людини. Менш политі лісистими середовищами перших гомінідів поступилися місцем відкритим саванним лукам, а продукти харчування австралопітецинів (фрукти, листя, бульби та насіння) стали дефіцитними та сезонними. Це стосувалось і прісної води. Як результат, предки людини відмовились від сидячих звичок для більш активного способу життя. Вони шукали їжу та воду, подорожуючи все довшими та довшими подорожами.
Також приблизно в цей час гомініди почали вводити м’ясо у свій раціон, про що свідчать залишки знарядь праці. М’ясна їжа калорійніша, ніж овочі, але рідше. Тому хижі тварини повинні охоплювати більшу територію, ніж травоїдні, щоб отримати достатню кількість їжі.
Крім того, рухома тваринна здобич змушує хижаків витрачати більше енергії для отримання їжі. Таким чином, тіло мисливців або сміттярів-гомінідів, які все ще проводили час на деревах, було схоже на тіло великих мавп, але воно перетворилося на тіло з довгими ногами, придатне для стійкої ходьби та бігу.
Однак це значне збільшення активності гомінідів мало свою ціну: підвищення температури тіла та ризик перегрівання. На початку 1980-х Пітер Вілер з університету Джона Мура в Ліверпулі, Англія, імітував спеку, яку предки людини мали протистояти в савані. У 1994 році, використовуючи його результати, ми показали, що збільшена ходьба та біг вимагали від гомінідів скидання хутра та покращення здатності до еккринної транспірації, щоб уникнути перегріву.
Перша гола шкіра
Коли сталася ця метаморфоза? Незалежні дослідження Д. Лібермана та Крістофера Раффа з Університету Джона Хопкінса у США показали, що приблизно 1,6 мільйона років тому ранній представник людської раси, званий Хомо ергастер, набув сучасних пропорцій тіла, що сприяло тривалим прогулянкам та бігу. Крім того, деталі суглобових поверхонь щиколотки, коліна та стегна підтверджують, що ці гомініди брали участь у таких заходах. Ми прийшли до висновку, що перехід до оголеної шкіри та еккринної системи потовиділення повинен був розпочатися вже 1,6 мільйона років тому.
Генетичні дослідження кольору шкіри дають ще одну підказку щодо дати появи майже безшерстої шкіри. У 2004 році Алан Роджерс з університету штату Юта в США та його колеги досліджували послідовності людського гена mc1r, який бере участь у пігментації шкіри. Команда показала, що певний варіант гена, все ще присутній у африканців з темною пігментацією, з’явився 1,2 мільйона років тому. Вважається, що найдавніші предки людей мали рожеву шкіру, вкриту чорним хутром, дуже схожу на шимпанзе сьогодні; після втрати хутра було б корисним придбання темної шкіри, що захищає від сонця.
Якими були інші події? Порівняння геномів різних організмів дає деякі підказки. Таким чином, одна з найважливіших відмінностей між ДНК шимпанзе та ДНК людини полягає в генах, що кодують білки, що контролюють властивості шкіри. Людські варіанти деяких з цих генів кодують білки, які роблять шкіру водонепроникною та стійкою до подряпин, що є важливими властивостями за відсутності хутра. Поява цих варіантів сприяла б виникненню наготи, пом'якшуючи її наслідки.
Шкіра людини є важливим бар'єром завдяки структурі та складу її зовнішнього шару, рогового шару епідермісу. Цей шар містить кілька шарів сплощених мертвих клітин, які містять кератин - волокнистий білок - та інші речовини. Крім того, надтонкі шари ліпідів оточують кожну з цих клітин.
Більшість генів, що контролюють розвиток рогового шару, є старими і дуже добре зберігаються у хребетних. Але ті, хто визначає будову рогового шару людини, є своєрідними: їх вигляд, мабуть, був важливим для виживання. Ці гени кодують унікальну комбінацію білків, які містяться лише в епідермісі, включаючи нові типи кератину.
Зараз кілька команд вивчають механізми виробництва цих білків. Інші зацікавлені в еволюції кератинів для волосся на тілі, щоб визначити, чому волосся на шкірі людини рідкісні і тонкі. У 2008 році Роланд Молл та його колеги з Університету Філіпса в Марбургу, Німеччина, показали, що кератини в волоссі людського тіла є крихкими: вони легко ламаються в порівнянні з іншими тваринами. Тому кератини людських волосків не були б настільки важливими для виживання, як кератини волосків інших приматів.
Ми також хочемо знати, як на шкірі людини з’явилося таке велика кількість еккринових залоз. Це накопичення, ймовірно, є результатом змін у генах, що визначають долю стовбурових клітин ембріона.
Ділянки збереженого волосся
Однак люди не повністю втратили своє хутро: вони зберігають деякі волохаті ділянки. Як це пояснити? Вважається, що волосся під пахвами та на лобку сприяють поширенню феромонів - хімічних речовин, що викликають поведінкову реакцію у потенційних статевих партнерів - і допомагають змащувати ділянки, необхідні для руху. Що стосується волосся, їх можна було б зберегти, щоб уникнути надмірного нагрівання у верхній частині голови: насправді густе волосся створює шар повітря між пітливою шкірою голови та гарячою поверхнею волосся.
Кучеряве волосся є найефективнішим, оскільки воно збільшує товщину простору між поверхнею волосся та шкірою голови, дозволяючи повітрю циркулювати там. Однак еволюція людського волосся ще не з’ясована.
А як щодо волосся на тілі? Чому між чоловіками існує така мінливість? Найчастіше популяції з найменшою кількістю волосся на тілі живуть у тропіках, тоді як найбільш волохаті живуть у прохолодних регіонах. Однак волосся насправді не зберігають тепло. Ці відмінності у волоссі частково зумовлені тестостероном, чоловічим статевим гормоном, оскільки, незалежно від популяції, чоловіки мають більше волосся на тілі, ніж жінки. Запропоновано кілька гіпотез щодо цього дисбалансу, але жодна з них не перевірена.
Більший мозок без перегріву
Відсутність хутра мала важливий вплив на пізніші фази еволюції людини. Втрата більшості волосся на тілі та здатність розсіювати тепло тіла за допомогою еккринного потовиділення сприяли збільшенню обсягу найбільш чутливого до температури мозку.
У той час як австралопітецини мали середній розмір мозку 400 кубічних сантиметрів (приблизно розмір мозку шимпанзе), у Хомо ергастера мозок вдвічі більший. За ще один мільйон років людський мозок набрав ще 400 кубічних сантиметрів, щоб досягти своїх нинішніх розмірів. Звичайно, кілька факторів вплинули на розвиток мозку, наприклад, прийняття дієти, достатньо калорійної, щоб живити цей енергоємний орган. Але втрата хутра, безумовно, зіграла свою роль в еволюції людського мозку.
Поява майже безшерстої шкіри також мало соціальні наслідки. Волосся на тілі чоловіка можуть надибатися, коли дрібні м’язи біля основи волосяних фолікулів скорочуються. Але його волосся настільки тонке, що люди не так спілкуються, як коти, собаки чи шимпанзе. Вони також не можуть здаватися агресивними або маскуватися, як це робить зебра або леопард зі своїм смугастим або плямистим хутром.
Насправді, універсальні риси людини, такі як макіяж та складна міміка, могли розвинутися після того, як люди втратили здатність спілкуватися через хутро. Так само, фарби для тіла, косметика, татуювання та інші види прикраси шкіри існують у всіх людських культурах, оскільки вони передають членство в групі, статус та іншу важливу соціальну інформацію, колись кодовану хутром. Оголена шкіра не тільки освіжила людину, але й зробила її людиною.