Ostatnie badania podważają teorię, że długie dzieciństwo u ludzi jest spowodowane dużymi rozmiarami mózgu. Zamiast tego analiza wczesnych skamieniałych zębów Homo sugeruje, że długotrwały rozwój był niezbędny do lepszego uczenia się kulturowego i dzielenia się wiedzą, co później przyczyniło się do większych mózgów i dłuższej długości życia.
W porównaniu z małpami człekokształtnymi ludzie mają wyjątkowo długie dzieciństwo. W tym okresie rodzice i inne osoby dorosłe przyczyniają się do ich rozwoju fizycznego i poznawczego, zapewniając im nabycie wszystkich umiejętności poznawczych niezbędnych do prawidłowego rozwoju w złożonym środowisku społecznym grup ludzkich.
Dominująca teoria głosi, że wydłużony okres wzrostu współczesnego człowieka ewoluował w wyniku wzrostu objętości mózgu, który do wzrostu wymaga znacznych zasobów energii. Jednak nowe badanie dotyczące wzrostu zębów wyjątkowej skamieniałości sugeruje, że hipoteza „duży mózg – długie dzieciństwo” może wymagać przeglądu.
Zęby są kluczem
Badanie przeprowadzone przez naukowców z Uniwersytetu w Zurychu (Szwajcaria), Europejskiego Ośrodka Promieniowania Synchrotronowego (ESRF, Grenoble, Francja) i Gruzińskiego Muzeum Narodowego (Georgia) i opublikowane w czasopiśmie Naturawykorzystali obrazowanie synchrotronowe do zbadania rozwoju zębów prawie dorosłej skamieliny z wczesnego okresu Homo ze stanowiska Dmanisi w Gruzji, datowanego na około 1,77 miliona lat temu.
„Dzieciństwo i funkcje poznawcze nie ulegają skostnieniu, dlatego musimy polegać na informacjach pośrednich. Zęby są idealne, ponieważ dobrze się skamieniają i wytwarzają słoje dzienne, tak jak drzewa wytwarzają słoje roczne, które dokumentują ich rozwój” – wyjaśnia Christoph Zollikofer z Uniwersytetu w Zurychu i pierwszy autor publikacji.
„Rozwój zębów jest silnie powiązany z rozwojem reszty ciała, w tym rozwojem mózgu. Dostęp do szczegółów wzrostu zębów kopalnego hominida dostarcza zatem wielu informacji na temat jego ogólnego wzrostu” – dodaje Paul Tafforeau, naukowiec z ESRF i współautor badania.
Rekonstrukcja 3D skamieniałej czaszki dorosłego wczesnego Homo ze stanowiska w Dmanisi w Gruzji. Kolory zielony, pomarańczowy i czerwony reprezentują zachowane zęby (zobrazowane odpowiednio synchrotronem przy 5 um, synchrotronem przy 47 um i skanerem przemysłowym przy 250 um). W niebieskich zębach brakuje zębów dodanych przez odbicie ich symetrycznych odpowiedników. Fioletowe pierwsze dolne siekacze nie zostały odzyskane i zostały ekstrapolowane z drugiego dolnego siekacza. Następnie pokazano prawy górny kieł w rozdzielczości 5 um, aby zilustrować widoczność linii wzrostu na jego powierzchni, a także na wirtualnych przekrojach szkliwa i zębiny. Drugi poziom powiększenia pozwala uzyskać rozdzielczość 0,7 µm, która pokazuje dzienny przyrost linii w szkliwie. Następnie wszystkie zęby są wirtualnie usuwane z czaszki i usuwane, aby pokazać ostateczny stan uzębienia po śmierci danej osoby. Na podstawie przyrostów zębowych zaobserwowanych we wszystkich zębach obliczono wirtualną serię wzrostu co 6 miesięcy od urodzenia do śmierci osobnika w wieku poniżej dorosłego, co miało miejsce w wieku 11,42 lat. Źródło: ESRF/Paul Tafforeau, Vincent Beyrand
18 lat badań
Projekt rozpoczęto w 2005 roku, po początkowym sukcesie nieniszczących analiz mikrostruktur zębów przy użyciu tomografii synchrotronowej z kontrastem fazowym w ESRF. Technika ta umożliwiła naukowcom utworzenie wirtualnych mikroskopijnych przekrojów zębów tej skamieliny. Wyjątkowa jakość zachowania struktur wzrostowych w tym okazie umożliwiła z niespotykaną dotąd precyzją odtworzenie wszystkich faz wzrostu zębów, od narodzin aż do śmierci. W pewnym sensie naukowcom praktycznie odrosły zęby tego hominida.
Projekt trwał prawie 18 lat, od jego pierwotnej koncepcji w 2005 r. do sfinalizowania wyników w 2023 r. Naukowcy po raz pierwszy zeskanowali zęby w 2006 r., a pierwsze wyniki dotyczące wieku skamieniałości w chwili śmierci uzyskano w 2007 r.
„Spodziewaliśmy się rozwoju zębów typowego dla wczesnych hominidów, zbliżonego do rozwoju małp człekokształtnych, albo rozwoju zębów zbliżonego do rozwoju współczesnych ludzi. Kiedy otrzymaliśmy pierwsze wyniki, nie mogliśmy uwierzyć w to, co zobaczyliśmy, ponieważ było to coś innego, co sugerowało szybszy wzrost korony zębów trzonowych niż u jakiegokolwiek innego kopalnego hominina lub żywej małpy człekokształtnej” – wyjaśnia Tafforeau.
W ciągu następnych kilku lat przeprowadzono pięć eksperymentów i cztery pełne analizy, stosując różne podejścia, w miarę postępu technicznego w obrazowaniu synchrotronowym zębów. Ponieważ wszystkie wyniki wskazywały w tym samym kierunku i potencjalnie miały silny wpływ na hipotezę „duży mózg – długie dzieciństwo”, naukowcy musieli wyjść nieszablonowo, aby zrozumieć tę skamieniałość. „Dojrzewanie było powolne, zarówno pod względem technicznym, jak i intelektualnym, zanim w końcu doszliśmy do hipotezy, którą dzisiaj publikujemy” – podsumowuje Tafforeau.
Ewolucyjne implikacje wzorców rozwoju zębów
„Wyniki wykazały, że osobnik ten zmarł między 11 a 12 rokiem życia, kiedy wyrosły mu już zęby mądrości, jak ma to miejsce u małp człekokształtnych w tym wieku” – wyjaśnia Vincent Beyrand, współautor badania. Zespół odkrył jednak, że ta skamielina miała zaskakująco podobny wzór dojrzewania zębów do ludzkiego, przy czym tylne zęby pozostawały w tyle za przednimi przez pierwsze pięć lat ich rozwoju.
„To sugeruje, że zęby mleczne były używane dłużej niż u małp człekokształtnych i że dzieci tego wczesnego Homo gatunek były zależne od wsparcia dorosłych dłużej niż małpy człekokształtne” – wyjaśnia Marcia Ponce de León z Uniwersytetu w Zurychu i współautorka badania. „To może być pierwszy eksperyment ewolucyjny wydłużającego dzieciństwo”.
Kwestionowanie ustalonych teorii ewolucji
Tutaj testowana jest hipoteza „wielki mózg – długie dzieciństwo”. Wczesny Homo poszczególne osobniki nie miały dużo większych mózgów niż wielkie małpy człekokształtne czy australopiteki, ale prawdopodobnie żyły dłużej. W rzeczywistości jedna z czaszek odkrytych w Dmanisi należała do bardzo starego osobnika, któremu przez ostatnie kilka lat życia nie pozostały żadne zęby. „Fakt, że tak stary osobnik był w stanie przeżyć bez zębów przez kilka lat, świadczy o tym, że reszta grupy dobrze się nim opiekowała” – komentuje David Lordkipadnize z Muzeum Narodowego Gruzji i współautor badania. Największe doświadczenie mają osoby starsze, więc ich rola w społeczeństwie prawdopodobnie polegała na przekazywaniu wiedzy młodszym. Ta trójpokoleniowa struktura jest podstawowym aspektem przekazywania kultury u ludzi.
Powszechnie wiadomo, że małe dzieci potrafią zapamiętać ogromną ilość informacji dzięki plastyczności ich niedojrzałych mózgów. Jednak im więcej informacji muszą zapamiętać, tym dłużej to zajmuje.
W tym miejscu pojawia się nowa hipoteza. Rozwój dzieci uległby spowolnieniu w tym samym czasie, w którym wzmagał się przekaz kulturowy, co sprawiało, że ilość informacji przekazywanych młodym i starszym stawała się coraz ważniejsza. Przekazanie to umożliwiłoby im lepsze wykorzystanie dostępnych zasobów przy jednoczesnym rozwijaniu bardziej złożonych zachowań, a tym samym dałoby im ewolucyjną przewagę na korzyść dłuższego dzieciństwa (i prawdopodobnie dłuższej długości życia).
Gdy ten mechanizm byłby już wdrożony, dobór naturalny działałby w oparciu o przekaz kulturowy, a nie tylko cechy biologiczne. Następnie, wraz ze wzrostem ilości przesyłanych informacji, ewolucja sprzyjałaby zwiększeniu rozmiaru mózgu i opóźnieniu w dorosłości, co pozwoliło nam zarówno uczyć się więcej w dzieciństwie, jak i mieć czas na wyhodowanie większego mózgu pomimo ograniczonych zasobów pożywienia.
Zatem być może to nie ewolucyjny wzrost rozmiaru mózgu doprowadził do spowolnienia rozwoju człowieka, ale wydłużenie dzieciństwa i struktura trzech pokoleń sprzyjały ewolucji biokulturowej. Mechanizmy te z kolei doprowadziły do zwiększenia rozmiaru mózgu, późniejszej dorosłości i dłuższej długości życia. Badanie zębów tej wyjątkowej skamieniałości mogłoby zatem zachęcić badaczy do ponownego rozważenia mechanizmów ewolucyjnych, które doprowadziły do powstania naszego własnego gatunku, Homo sapiens.
Odniesienie: „Dowody dentystyczne na przedłużony wzrost wczesnego Homo z Dmanisi” autorstwa Christopha PE Zollikofera, Vincenta Beyranda, Davida Lordkipanidze, Paula Tafforeau i Marcii S. Ponce de León, 13 listopada 2024 r., Natura.
DOI: 10.1038/s41586-024-08205-2
