Человеческий мозг — один из самых сложных объектов во Вселенной, позволивший нашему виду добиться технологического прогресса и покорить космос. Этот орган относительно большой, и многие годы исследователи пытаются понять, благодаря чему он эволюционировал. Согласно авторам новой работы, ответ на вопрос может скрываться в самом интимном месте — утробе матери. По мнению ученых, причиной может быть плацента и ее гормональный коктейль, который она вырабатывает, достигнув достаточного развития.
Гормоны, вырабатываемые плацентой в утробе матери, могут повлиять на развитие головного мозга / © Getty Images, Peter Dazeley
Одно из отличий человека от других приматов — объем мозга. Например, у Homo sapiens он в пределах 1250-1650 кубических сантиметров, у нашего ближайшего родственника — Pan troglodytes (обыкновенный шимпанзе) — от 280 до 500 кубических сантиметров. То есть разница в три-четыре раза.
Общепринятая теория гласит, что увеличение размера мозга, то есть его эволюция, дало нашим предкам ряд адаптивных преимуществ. В частности, способность к абстрактному мышлению, планированию, многозадачности, хранению и передаче информации, созданию сложных орудий. Кроме того, это способствовало развитию языка.
Человеческий мозг потребляет колоссальное количество энергии, при этом развивается достаточно долго: начинается на этапе эмбриогенеза и продолжается до 25 лет. В связи с этим научное сообщество задается вопросом: какое эволюционное преимущество оправдало такие затраты?
Одна из ведущих гипотез — гипотеза социального мозга — гласит, что большой мозг развился как инструмент для выживания в сложных социальных группах. Управление отношениями, кооперация, обман, распознавание намерений сородичей — все это требовало мощных «вычислительных» ресурсов. Идею косвенно подтверждают другие умные животные — дельфины и слоны: у них мозг тоже крупнее среднего, и они формируют социальные сообщества. Но долгие годы оставалось неясным, какой конкретный биологический механизм связывает социальность и размер мозга. То есть ученые пытаются понять, как эволюция мозга протекала на клеточном и молекулярном уровнях.
Молекулярный биолог Алекс Цомпанидис (Alex Tsompanidis) из Кембриджского университета в Великобритании и его коллеги считают, что этот механизм — гормоны плаценты, временного органа, который соединяет плод и будущую маму. Плацента не просто питает зародыш, но и служит мощной гормональной фабрикой. Она вырабатывает гормоны, необходимые для развития плода и формирования мозга, в том числе эстрогены.
«Казалось бы, при чем здесь плацента к эволюции? Но мы изучали колебания и изменения уровня этих гормонов в утробе матери и увидели четкую связь. Уровни этих гормонов в утробе предсказывают ключевые аспекты развития ребенка — речь и социальные навыки», — объяснил Цомпанидис.
Авторы последних исследований подтверждают прямое влияние гормонов плаценты на мозг. Эксперимент 2022 года показал, что добавление тестостерона (андроген, основной половой гормон) к мини-мозгам, выращенным из стволовых клеток человека, — органоидам — резко увеличивает число клеток в коре. Кора головного мозга отвечает за высшие функции: память, обучение, мышление. Другие опыты доказали, что эстрогены укрепляют в органоидах связи между нейронами, которые составляют основу нейронных сетей.
Главное открытие команды Цомпанидиса касается различий уровня гормонов между людьми и другими приматами. У людей их концентрация оказалась непомерно высокой: человеческий плод буквально купается в этих гормонах.
Выводы британских ученых подтвердили данные их коллег, полученные в 1983 году. Тогда биологи измерили уровень эстрогена в моче горилл, шимпанзе и беременных женщин. Оказалось, что у беременных он в четыре-пять раз выше.
«Гормоны, вырабатываемые плацентой, критически важны для плода, они повлияли на эволюционное развитие нашего мозга. Сравнительные данные убедительно показывают, что их уровень в утробе людей аномально высок», — пояснил Цомпанидис.
Но эволюция мозга — лишь одна сторона медали. Человеческий вид характеризует еще и другая уникальная черта: способность создавать исключительно большие, стабильные социальные группы, значительно превосходящие по размеру сообщества шимпанзе и даже, как полагают, неандертальцев. Для этого требовалось решить сложную задачу: поддерживать высокую рождаемость, одновременно снизив риски конкуренции за партнеров и ресурсы внутри этих больших коллективов.
Часть плаценты под микроскопом / © Clark Brelje and Robert Sorenson
Высокий уровень тестостерона относительно эстрогена обычно усиливает мужские черты: физическую силу, выраженную конкурентностью. Однако сравнение человека с другими приматами и вымершими гомининами, такими как неандертальцы, выявило любопытную деталь. Средние половые различия у современных людей — например, в размере тела или агрессивности — менее выражены, чем у других приматов.
Более того, многие анатомические черты, специфичные для человека — уменьшение волосяного покрова или характерное соотношение длины пальцев, — по мнению ученых, больше связаны с действием эстрогенов и особенностями женской биологии.
Казалось бы, способность человека формировать сложные общества должна была усилить у людей «мужские черты» или хотя бы не предполагать их ослабления. Однако эволюция пошла другим путем: половой диморфизм снизился, а уникальные черты человека оказались ближе к «женскому» профилю. Почему так произошло?
Разгадку этого парадокса исследователи видят в ароматазе — ферменте, преобразующем «мужской» тестостерон в «женские» эстрогены. Этот фермент производят гены, которые вырабатывает плацента. Данные, полученные командой Цомпанидиса, указывают, что активность ароматазы у человека выше, чем, например, у макак. Более того, есть свидетельства, что она может быть выше и у мужчин, чем у женщин.
Иными словами, человеческая плацента действует как уникальный гормональный фильтр, активно превращая потенциально усиливающий конкуренцию тестостерон в «социально полезные» эстрогены. По мнению авторов научной работы, с одной стороны, высокие уровни тестостерона и эстрогена стимулировали рост мозга и усиление нейронных связей. С другой — активное превращение тестостерона в эстрогены плацентой приводило к смягчению типичных мужских конкурентных черт, что позволило уменьшить агрессию внутри группы.
Одновременно эстрогены позитивно влияли на женскую фертильность. Вместе эти факторы создали биологическую основу, позволившую людям жить в больших, относительно мирных и плодовитых сообществах, где процветали кооперация и обмен знаниями, — среда, идеальная для дальнейшего развития сложного мозга и культуры.
Научная работа опубликована в журнале Evolutionary Anthropology Issues News and Reviews.
Комментарии (0)