Одна научная загадка
Недавно я узнал [ 1], что наш мозг уменьшается в размере. Нет, про его уменьшение в течение жизни каждого из нас я, увы, слышал и раньше (это связано с депрессией, потерей памяти, старческим слабоумием). Кстати, удивительно и завидно, что у шимпанзе ничего подобного нет - это чисто человеческое изобретение [ 2]. Но тут я имею в виду не старческое слабоумие, а постепенное уменьшение среднего размера человеческого мозга за последние 20 тысяч лет.
Нас учили в школе, что человек произошёл от обезьяны, и мозг его постепенно увеличивался в процессе. Мы - венец творения, наш мозг - самый большой, мы - самые умные. Эту приятную в своей корыстной простоте модель придумали ещё викторианцы. Кажется, Томас Хаксли первым нарисовал шагающих друг за другом существ от обезьяны до человека. Понятное дело, между анатомией человека и обезьяны есть разница, так что должна была быть последовательность промежуточных форм. И действительно, стали находить кости этих промежуточных. А так как кости черепа сохраняются особенно хорошо, проследить увеличение объёма мозга стало главным в палеоантропологии. Предсказанное постепенное увеличение подтвердилось и все очень обрадовались. На графиках тут ниже [ 3, 4], это увеличение хорошо видно - жаль только, что графики не идут дальше назад.
Но настоящая наука сложнее, чем школьная или даже викторианская. Размер мозга зависит от размера тела - чем зверь больше, тем больше должен быть мозг, просто чтобы управлять телом. У собаки (гончей) он весит 72 г, а у бегемота - 582 г [ 5], из чего совсем не следует, будто бегемот умнее собаки. Кстати, у современных мужчин мозг в среднем больше, чем у женщин. <Строго> И это потому, что мы сами в среднем больше, а не потому, что умнее.
В среднем мозг у зверей увеличивается, как масса тела в степени 0.75. Так что "честно" сравнивать не размер мозга, а то, во сколько раз он больше "ожидаемого" для данной массы тела. Это называется "Encephalization Quotient", EQ. Палеоантропологам с EQ трудно - ведь для него недостаточно найти только череп.
Человек прямоходящий (H. erectus), которого раньше называли питекантропом, появился где-то 2 миллиона лет назад. Вокруг тогда бегали разного сорта австралопитеки. Мозг у прямоходящего был тогда где-то 600-800 cm3, гораздо больше, чем у поздних австралопитеков (450-550 cm3). Мы думаем, что прямоходящий был умнее, потому что он умел делать каменные топоры. Но вот беда - австралопитеки были малявки, ростом в метр с кепкой двадцать, а прямоходящие были даже выше нас - метр восемьдесят. Неудивительно, что бедные травоядные австралопитеки вскоре все куда-то подевались. Были ли страшные прямоходящие тролли, пожравшие этих безобидных гномиков, действительно умнее их, или только больше и агрессивнее - неясно. Потом они постепенно поумнели, правда.
"Анатомически современный" человек появился в Африке где-то 200 тысяч лет назад. Как обычно, вокруг были и другие сорта людей, но постепенно они все куда-то делись. Потом мы, разумные, вышли из Африки в Азию (60-100 тысяч лет назад, точно неизвестно). Прямоходящие в Азии исчезли 70 тысяч лет назад. Нет, мы не знаем, почему (это надо говорить с невинным видом, незаметно отворачиваясь и вытирая рот). Потом разумные пришли в Европу, где жили неандертальцы (40 тысяч лет назад). Последние неандертальцы умерли 28 тысяч лет назад в Португалии - частично потому, что они были крепкими орешками, а частично потому, что путь от Румынии до Португалии занял у нас некоторое время.
На каждом из трёх континентов более умные (мы) побеждали более глупых. Да, некрасиво, что мы их съели, но это, хотя бы, справедливо. Мы ведь несли в себе прогресс. Наш мозг был больше.
Хотя... Никакого явного увеличения мозга, связанного с нашим появлением, не было. Разница между разными людьми сегодня гораздо больше, чем любая разница между нами и нашими бывшими конкурентами. А у неандертальцев мозг был точно больше нашего - в среднем. Правда, они сами были тяжелее нас, так что неясно, были ли они умнее.
И вообще, размер мозга связан с интеллектом, но слабо (корреляция - где-то 20%). Ведь важно, что там внутри, а не сколько. Принято приводить в пример нобелевских лауреатов Нильса Бора (>2000 г) против Анатоля Франса (1017 г), размер мозга у которых отличался вдвое. По-моему, правда, это совсем слабый аргумент, но это субъективно - первый мне нравится, а второй - нет.
И потом, с кем только ни сравнивали бедного Анатоля Франса - и с Бисмарком (1807 г), и с Кювье (1820 г), и с Байроном (~2000 г), и с Джонатаном Свифтом (>2000 г). Большеголовых среди умных хватает. А в команду микроцефалов со скромным размером, кроме прямоходящего Анатоля Франса, удаётся наскрести только неприятных Уолта Уитмана (1282 г) и Альберта Эйнштейна (1230 г). Да и то, у этих двоих - нормальный женский размер, ничего особенного. Так что связь всё-таки есть.
Поэтому уменьшение среднего размера - новый для меня удар по простой и любимой школьной модели. Оно вполне доказано - измерено с достаточной выборкой на черепах древних людей. В Европе, в разных местах Азии и в Африке - та же картина, уменьшается. Правда, наши тела тоже немного уменьшились, так что уменьшение EQ всё ещё иногда оспаривается. Но большинство признаёт, что средний EQ уменьшился за последние 20 тысяч лет на 3-4% [ 6]. И уж точно он перестал быстро увеличиваться, как раньше. Этот график [ 6] - только схематичный, но общую печальную картину он показывает (видите крючочек справа сверху?). Если так будет продолжаться, мы вернёмся на уровень прямоходящих и Анатоля Франса всего через 200 тысяч лет, а то и быстрее.
Объяснений, как всегда - куча. Самое вялое и неубедительное - что размер становится меньше, но внутри там всё лучше организовано и упаковано, так что мы всё-таки умнее кроманьонцев. Вроде миниатюризации компьютерных чипов. Непонятно, почему эта миниатюризация вдруг началась, и куда делась предыдущая тенденция роста.
Два самых изящных объяснения - "культурные". Во первых, уменьшение началось тогда, когда нас стало намного больше и мы стали жить плотнее. Теперь уже не нужно каждому самому изобретать, как лучше сделать иголку из рыбьей косточки (или куда нажать, чтобы включился телевизор) - научат. Мы, так сказать, храним часть своих мозгов сообща, вроде distributed computing. Так что мы уже не должны быть такими умными, как раньше - нас много.
Во вторых, мы себя "одомашнили". У всех видов домашних животных мозг меньше, чем у диких. Причём домашние не глупее диких, просто они менее агрессивны. Был даже знаменитый эксперимент, начатый Дмитрием Беляевым в Новосибирске в 1959 году. Он проводил отбор популяции серебристо-чёрных лис по наименьшей агрессивности к человеку. Через несколько поколений среди лис стали появляться разные морфологические и поведенческие изменения (и изменения в мозгу), характерные для ручных животных. Так вот, предполагается, что когда люди стали жить плотнее, они начали казнить и изгонять особенно агрессивных, постепенно проводя среди себя такую селекцию, как Беляев среди лис. Иначе трудно объяснить разные постепенные изменения, которые проходили похоже в изолированных друг от друга популяциях - например, в Европе и в Китае, например, уменьшение толщины лба и ослабление пигментации. Говорят, только два из многих характерных признаков одомашнивания не появились у людей, да и те чисто по техническим причинам - скрюченные хвосты и обвислые уши.
Ещё есть диетологические объяснения. Понятно, что среди тех, кто слишком голодал до или сразу после рождения, часто будут встречаться патологические размеры мозга. Но даже если исключить патологию, размер мозга в постоянно голодающих популяциях будет меньше. Предполагается, что переход к сельскому хозяйству привёл к ухудшению качества и количества еды. Но это объяснение хромает - уменьшение мозга началось раньше, чем сельское хозяйство (в Африке - наверняка, а в Европе и Азии - по-видимому).
Есть ещё климатические идеи, но они в целом не объясняют ни поступательного поумнения, ни его остановки и реверсии. Впрочем, о климате я вечером отдельно доложу.
И ещё паразиты - куда же без них. Среди людей, живущих плотно, их больше, особенно там, где жарко. Как и голод, они влияют на эмбриональное и детское развитие. В общем, получается, что все объяснения связаны с плотностью населения - чем плотнее мы живём, тем меньше у нас мозг, по самым разным причинам.
Наслушавшись с детьми Высоцкого, я хочу добавить сюда совсем другое объяснение, полу-эволюционное, полу-мистическое. В течение всей нашей эволюции мы жили бок о бок с "другими" - одновременно существовало несколько сортов людей. Мы боялись и ненавидели своих опасных соседей, страшных и таинственных троллей, эльфов, гномов, гоблинов и хоббитов. Мы изо всех сил старались перехитрить и уничтожить соседей, или, хотя бы, избежать того же от них. Потому-то мы все и становились умнее так быстро - и наши предки, и их соседи - все сорта людей параллельно (иначе параллельное увеличение мозга не объяснить). Кто не успевал, того съедали. И вот, после миллионов лет эволюции, мы съели последних прямоходящих и неандертальцев и остались одни. Важная причина умнеть исчезла. Наш мозг перестал увеличиваться и начал уменьшаться.
Заметьте, нечто подобное произошло с прямоходящими в начале, примерно 2 миллиона лет назад, когда пропали австралопитеки. EQ прямоходящих потом долго стоял на месте.
Это вроде того неудачника-колдуна, хитреца и злюки. Он говорил, что если мы съедим неандертальцев, с их большим мозгом, мы станем умными, как они. Но он ошибался - тот, кто съест умного, не станет умнее сам. Совсем наоборот.
1. John Hawks, The teacher who wouldn't believe in shrinking brains, http://johnhawks.net/weblog/mailbag/teacher-who-doubted-the-shrinking-brain-2010.html
2. John Hawks, Chimp brains don't shrink with age, http://johnhawks.net/weblog/reviews/brain/chimpanzee-brain-size-sherwood-2011.html
3. John Hawks, Misinformation about brain evolution, http://johnhawks.net/weblog/reviews/brain/paleo/blakemore-brain-evolution-2010.html
4. Drew H. Bailey and David C. Geary, Hominid Brain Evolution: Testing Climatic, Ecological, and Social Competition Models, http://www.fed.cuhk.edu.hk/~lchang/material/Evolutionary/Hominid/Bailey_Geary_Human%20Nature%20FINAL%202.pdf
5. Brain Facts and Figures, http://faculty.washington.edu/chudler/facts.html
6. David C. Geary, The origin of mind: Evolution of brain, cognition, and general intelligence, 2005, Chapter 3, http://web.missouri.edu/~gearyd/Chapter%203PDF.g.pdf
Ещё про разумных и неандертальцев:
Человек разумный-разумный
Человек болтливый-болтливый
Вкус верный, острый ум и нравов чистота
Вот просто на полмизинца не было похожего - и вдруг...
Мама для мамонтёнка
В затылки наши круглые глядят
Из Грузии с прямой спиной
Одна научная загадка
Очень жарко
О дивный новый мир
Чем дальше в лес
Владимир Высоцкий
Одна научная загадка, или почему аборигены съели Кука
Не хватайтесь за чужие талии,
Вырвавшись из рук своих подруг,
Вспомните, как к берегам Австралии
Подплывал покойный ныне Кук.
Как в кружок усевшись под азалии
Поедом с восхода до зари,
Ели в этой солнечной Австралии
Друг дружку злые дикари.
Но почему аборигены съели Кука?
За что - неясно, молчит наука.
Мне представляется совсем простая штука:
Хотели кушать - и съели Кука.
Есть вариант, что ихний вождь - большая бука -
Кричал, что очень вкусный кок на судне Кука.
Ошибка вышла - вот о чем молчит наука:
Хотели кока, а съели Кука.
И вовсе не было подхода или трюка -
Вошли без стука, почти без звука,
Пустили в действие дубинку из бамбука,
Тюк прямо в темя - и нету Кука.
Но есть, однако же, еще предположенье,
Что Кука съели из большого уваженья,
Что всех науськивал колдун - хитрец и злюка:
"Ату, ребята, хватайте Кука!
Кто уплетет его без соли и без лука,
Тот сильным, смелым, добрым будет вроде Кука".
Кому-то под руку попался каменюка,
Метнул, гадюка, и нету Кука.
А дикари теперь заламывают руки,
Ломают копья, ломают луки,
Сожгли и бросили дубинки из бамбука -
Переживают, что съели Кука.
Нас учили в школе, что человек произошёл от обезьяны, и мозг его постепенно увеличивался в процессе. Мы - венец творения, наш мозг - самый большой, мы - самые умные. Эту приятную в своей корыстной простоте модель придумали ещё викторианцы. Кажется, Томас Хаксли первым нарисовал шагающих друг за другом существ от обезьяны до человека. Понятное дело, между анатомией человека и обезьяны есть разница, так что должна была быть последовательность промежуточных форм. И действительно, стали находить кости этих промежуточных. А так как кости черепа сохраняются особенно хорошо, проследить увеличение объёма мозга стало главным в палеоантропологии. Предсказанное постепенное увеличение подтвердилось и все очень обрадовались. На графиках тут ниже [ 3, 4], это увеличение хорошо видно - жаль только, что графики не идут дальше назад.
Но настоящая наука сложнее, чем школьная или даже викторианская. Размер мозга зависит от размера тела - чем зверь больше, тем больше должен быть мозг, просто чтобы управлять телом. У собаки (гончей) он весит 72 г, а у бегемота - 582 г [ 5], из чего совсем не следует, будто бегемот умнее собаки. Кстати, у современных мужчин мозг в среднем больше, чем у женщин. <Строго> И это потому, что мы сами в среднем больше, а не потому, что умнее.
В среднем мозг у зверей увеличивается, как масса тела в степени 0.75. Так что "честно" сравнивать не размер мозга, а то, во сколько раз он больше "ожидаемого" для данной массы тела. Это называется "Encephalization Quotient", EQ. Палеоантропологам с EQ трудно - ведь для него недостаточно найти только череп.
Человек прямоходящий (H. erectus), которого раньше называли питекантропом, появился где-то 2 миллиона лет назад. Вокруг тогда бегали разного сорта австралопитеки. Мозг у прямоходящего был тогда где-то 600-800 cm3, гораздо больше, чем у поздних австралопитеков (450-550 cm3). Мы думаем, что прямоходящий был умнее, потому что он умел делать каменные топоры. Но вот беда - австралопитеки были малявки, ростом в метр с кепкой двадцать, а прямоходящие были даже выше нас - метр восемьдесят. Неудивительно, что бедные травоядные австралопитеки вскоре все куда-то подевались. Были ли страшные прямоходящие тролли, пожравшие этих безобидных гномиков, действительно умнее их, или только больше и агрессивнее - неясно. Потом они постепенно поумнели, правда.
"Анатомически современный" человек появился в Африке где-то 200 тысяч лет назад. Как обычно, вокруг были и другие сорта людей, но постепенно они все куда-то делись. Потом мы, разумные, вышли из Африки в Азию (60-100 тысяч лет назад, точно неизвестно). Прямоходящие в Азии исчезли 70 тысяч лет назад. Нет, мы не знаем, почему (это надо говорить с невинным видом, незаметно отворачиваясь и вытирая рот). Потом разумные пришли в Европу, где жили неандертальцы (40 тысяч лет назад). Последние неандертальцы умерли 28 тысяч лет назад в Португалии - частично потому, что они были крепкими орешками, а частично потому, что путь от Румынии до Португалии занял у нас некоторое время.
На каждом из трёх континентов более умные (мы) побеждали более глупых. Да, некрасиво, что мы их съели, но это, хотя бы, справедливо. Мы ведь несли в себе прогресс. Наш мозг был больше.
Хотя... Никакого явного увеличения мозга, связанного с нашим появлением, не было. Разница между разными людьми сегодня гораздо больше, чем любая разница между нами и нашими бывшими конкурентами. А у неандертальцев мозг был точно больше нашего - в среднем. Правда, они сами были тяжелее нас, так что неясно, были ли они умнее.
И вообще, размер мозга связан с интеллектом, но слабо (корреляция - где-то 20%). Ведь важно, что там внутри, а не сколько. Принято приводить в пример нобелевских лауреатов Нильса Бора (>2000 г) против Анатоля Франса (1017 г), размер мозга у которых отличался вдвое. По-моему, правда, это совсем слабый аргумент, но это субъективно - первый мне нравится, а второй - нет.
И потом, с кем только ни сравнивали бедного Анатоля Франса - и с Бисмарком (1807 г), и с Кювье (1820 г), и с Байроном (~2000 г), и с Джонатаном Свифтом (>2000 г). Большеголовых среди умных хватает. А в команду микроцефалов со скромным размером, кроме прямоходящего Анатоля Франса, удаётся наскрести только неприятных Уолта Уитмана (1282 г) и Альберта Эйнштейна (1230 г). Да и то, у этих двоих - нормальный женский размер, ничего особенного. Так что связь всё-таки есть.
Поэтому уменьшение среднего размера - новый для меня удар по простой и любимой школьной модели. Оно вполне доказано - измерено с достаточной выборкой на черепах древних людей. В Европе, в разных местах Азии и в Африке - та же картина, уменьшается. Правда, наши тела тоже немного уменьшились, так что уменьшение EQ всё ещё иногда оспаривается. Но большинство признаёт, что средний EQ уменьшился за последние 20 тысяч лет на 3-4% [ 6]. И уж точно он перестал быстро увеличиваться, как раньше. Этот график [ 6] - только схематичный, но общую печальную картину он показывает (видите крючочек справа сверху?). Если так будет продолжаться, мы вернёмся на уровень прямоходящих и Анатоля Франса всего через 200 тысяч лет, а то и быстрее.
Объяснений, как всегда - куча. Самое вялое и неубедительное - что размер становится меньше, но внутри там всё лучше организовано и упаковано, так что мы всё-таки умнее кроманьонцев. Вроде миниатюризации компьютерных чипов. Непонятно, почему эта миниатюризация вдруг началась, и куда делась предыдущая тенденция роста.
Два самых изящных объяснения - "культурные". Во первых, уменьшение началось тогда, когда нас стало намного больше и мы стали жить плотнее. Теперь уже не нужно каждому самому изобретать, как лучше сделать иголку из рыбьей косточки (или куда нажать, чтобы включился телевизор) - научат. Мы, так сказать, храним часть своих мозгов сообща, вроде distributed computing. Так что мы уже не должны быть такими умными, как раньше - нас много.
Во вторых, мы себя "одомашнили". У всех видов домашних животных мозг меньше, чем у диких. Причём домашние не глупее диких, просто они менее агрессивны. Был даже знаменитый эксперимент, начатый Дмитрием Беляевым в Новосибирске в 1959 году. Он проводил отбор популяции серебристо-чёрных лис по наименьшей агрессивности к человеку. Через несколько поколений среди лис стали появляться разные морфологические и поведенческие изменения (и изменения в мозгу), характерные для ручных животных. Так вот, предполагается, что когда люди стали жить плотнее, они начали казнить и изгонять особенно агрессивных, постепенно проводя среди себя такую селекцию, как Беляев среди лис. Иначе трудно объяснить разные постепенные изменения, которые проходили похоже в изолированных друг от друга популяциях - например, в Европе и в Китае, например, уменьшение толщины лба и ослабление пигментации. Говорят, только два из многих характерных признаков одомашнивания не появились у людей, да и те чисто по техническим причинам - скрюченные хвосты и обвислые уши.
Ещё есть диетологические объяснения. Понятно, что среди тех, кто слишком голодал до или сразу после рождения, часто будут встречаться патологические размеры мозга. Но даже если исключить патологию, размер мозга в постоянно голодающих популяциях будет меньше. Предполагается, что переход к сельскому хозяйству привёл к ухудшению качества и количества еды. Но это объяснение хромает - уменьшение мозга началось раньше, чем сельское хозяйство (в Африке - наверняка, а в Европе и Азии - по-видимому).
Есть ещё климатические идеи, но они в целом не объясняют ни поступательного поумнения, ни его остановки и реверсии. Впрочем, о климате я вечером отдельно доложу.
И ещё паразиты - куда же без них. Среди людей, живущих плотно, их больше, особенно там, где жарко. Как и голод, они влияют на эмбриональное и детское развитие. В общем, получается, что все объяснения связаны с плотностью населения - чем плотнее мы живём, тем меньше у нас мозг, по самым разным причинам.
Наслушавшись с детьми Высоцкого, я хочу добавить сюда совсем другое объяснение, полу-эволюционное, полу-мистическое. В течение всей нашей эволюции мы жили бок о бок с "другими" - одновременно существовало несколько сортов людей. Мы боялись и ненавидели своих опасных соседей, страшных и таинственных троллей, эльфов, гномов, гоблинов и хоббитов. Мы изо всех сил старались перехитрить и уничтожить соседей, или, хотя бы, избежать того же от них. Потому-то мы все и становились умнее так быстро - и наши предки, и их соседи - все сорта людей параллельно (иначе параллельное увеличение мозга не объяснить). Кто не успевал, того съедали. И вот, после миллионов лет эволюции, мы съели последних прямоходящих и неандертальцев и остались одни. Важная причина умнеть исчезла. Наш мозг перестал увеличиваться и начал уменьшаться.
Заметьте, нечто подобное произошло с прямоходящими в начале, примерно 2 миллиона лет назад, когда пропали австралопитеки. EQ прямоходящих потом долго стоял на месте.
Это вроде того неудачника-колдуна, хитреца и злюки. Он говорил, что если мы съедим неандертальцев, с их большим мозгом, мы станем умными, как они. Но он ошибался - тот, кто съест умного, не станет умнее сам. Совсем наоборот.
1. John Hawks, The teacher who wouldn't believe in shrinking brains, http://johnhawks.net/weblog/mailbag/teacher-who-doubted-the-shrinking-brain-2010.html
2. John Hawks, Chimp brains don't shrink with age, http://johnhawks.net/weblog/reviews/brain/chimpanzee-brain-size-sherwood-2011.html
3. John Hawks, Misinformation about brain evolution, http://johnhawks.net/weblog/reviews/brain/paleo/blakemore-brain-evolution-2010.html
4. Drew H. Bailey and David C. Geary, Hominid Brain Evolution: Testing Climatic, Ecological, and Social Competition Models, http://www.fed.cuhk.edu.hk/~lchang/material/Evolutionary/Hominid/Bailey_Geary_Human%20Nature%20FINAL%202.pdf
5. Brain Facts and Figures, http://faculty.washington.edu/chudler/facts.html
6. David C. Geary, The origin of mind: Evolution of brain, cognition, and general intelligence, 2005, Chapter 3, http://web.missouri.edu/~gearyd/Chapter%203PDF.g.pdf
Ещё про разумных и неандертальцев:
Человек разумный-разумный
Человек болтливый-болтливый
Вкус верный, острый ум и нравов чистота
Вот просто на полмизинца не было похожего - и вдруг...
Мама для мамонтёнка
В затылки наши круглые глядят
Из Грузии с прямой спиной
Одна научная загадка
Очень жарко
О дивный новый мир
Чем дальше в лес
Владимир Высоцкий
Одна научная загадка, или почему аборигены съели Кука
Не хватайтесь за чужие талии,
Вырвавшись из рук своих подруг,
Вспомните, как к берегам Австралии
Подплывал покойный ныне Кук.
Как в кружок усевшись под азалии
Поедом с восхода до зари,
Ели в этой солнечной Австралии
Друг дружку злые дикари.
Но почему аборигены съели Кука?
За что - неясно, молчит наука.
Мне представляется совсем простая штука:
Хотели кушать - и съели Кука.
Есть вариант, что ихний вождь - большая бука -
Кричал, что очень вкусный кок на судне Кука.
Ошибка вышла - вот о чем молчит наука:
Хотели кока, а съели Кука.
И вовсе не было подхода или трюка -
Вошли без стука, почти без звука,
Пустили в действие дубинку из бамбука,
Тюк прямо в темя - и нету Кука.
Но есть, однако же, еще предположенье,
Что Кука съели из большого уваженья,
Что всех науськивал колдун - хитрец и злюка:
"Ату, ребята, хватайте Кука!
Кто уплетет его без соли и без лука,
Тот сильным, смелым, добрым будет вроде Кука".
Кому-то под руку попался каменюка,
Метнул, гадюка, и нету Кука.
А дикари теперь заламывают руки,
Ломают копья, ломают луки,
Сожгли и бросили дубинки из бамбука -
Переживают, что съели Кука.