Шокирующая диета, которая способствовала эволюции человека
Задолго до того, как их зубы эволюционировали, чтобы справляться с жесткими волокнистыми растениями, ранние люди уже выкапывали и ели травы, осоку и крахмалистые подземные продукты.
Новое исследование изотопов зубов ископаемых показывает, что такое поведение началось примерно за 700 000 лет до появления более длинных коренных зубов, что свидетельствует о том, что изменение было вызвано не анатомическими особенностями, а поведенческими инновациями.
Зерновые до появления жевательных зубов: вкус, опередивший эволюцию
Когда ранние люди переселились из густых лесов Африки в открытые степи, они начали полагаться на быстрые и надежные источники энергии. Это изменение среды обитания привело к тому, что они стали предпочитать травянистые растения, особенно зерновые и крахмалистые ткани, хранящиеся под землей.
Новое исследование, проведенное учеными из Дартмута, показывает, что гоминины начали употреблять эти богатые углеводами продукты задолго до того, как у них появились зубы, наиболее подходящие для этого. Исследование предоставляет первые ископаемые доказательства того, что ученые называют «поведенческим импульсом», при котором поведение, способствующее выживанию, появляется раньше, чем физические черты, которые его облегчают. Команда ученых опубликовала свои результаты в журнале Science.
Поведение раньше биологии: ископаемый след
Исследователи изучили окаменелые зубы гомининов на наличие изотопов углерода и кислорода, оставшихся после употребления граминоидов, группы растений, включающей травы и осоки. Их анализ показал, что древние люди начали употреблять эти растения гораздо раньше, чем их зубы эволюционировали до состояния, позволяющего эффективно перерабатывать их.
Потребовалось еще 700 000 лет, чтобы эволюция произвела более длинные коренные зубы, подобные зубам современных людей, которые хорошо подходят для разложения жестких растительных волокон.
Эволюция отстает, а питание стремительно развивается
Результаты исследования показывают, что успех ранних людей был обусловлен их способностью адаптироваться к новой среде, несмотря на физические ограничения, говорит Люк Фаннин, Guarini '25, постдокторский исследователь в Дартмуте и ведущий автор исследования.
«Мы можем с уверенностью сказать, что гоминины были довольно гибкими в своем поведении, и это было их преимуществом», — говорит Фаннин. «Как антропологи, мы говорим о поведенческих и морфологических изменениях как о взаимосвязанных процессах. Но мы обнаружили, что поведение само по себе может быть движущей силой эволюции, оказывая значительное влияние на морфологию и рацион гомининов».
Химия превыше всего: анализ древних блюд
Натаниэль Домини, профессор антропологии Чарльза Хансена и старший автор исследования, говорит, что изотопный анализ преодолевает постоянную проблему идентификации факторов, которые привели к появлению новых форм поведения — поведение не окаменевает.
«Антропологи часто предполагают поведение на основе морфологических признаков, но эти признаки могут появляться в палеонтологической летописи только через долгое время — полмиллиона лет или более», — говорит Домини.
«Но эти химические следы являются безошибочным свидетельством травоядности, не зависящим от морфологии. Они показывают значительное отставание между этим новым типом питания и необходимостью в более длинных коренных зубах для преодоления физических трудностей, связанных с жеванием и перевариванием жестких растительных тканей», — говорит он.
Обезьяна видит, обезьяна жует: общий сдвиг в рационе
Команда проанализировала зубы различных видов гомининов, начиная с далекого родственника человека Australopithecus afarensis, чтобы отследить, как потребление различных частей злаков развивалось на протяжении тысячелетий. Для сравнения они также проанализировали окаменелые зубы двух вымерших видов приматов, которые жили примерно в то же время — гигантских наземных обезьян, похожих на бабуинов, называемых теропитами, и маленьких листоедных обезьян, называемых колобинами.
Исследователи сообщают, что все три вида перешли от фруктов, цветов и насекомых к травам и осокам между 3,4 и 4,8 миллионами лет назад. Это произошло несмотря на отсутствие зубов и пищеварительной системы, оптимальных для потребления этих более жестких растений.
Водная загадка в древних изотопах
Исследование показало, что гоминины и два вида приматов питались схожей растительной пищей до 2,3 миллиона лет назад, когда изотопы углерода и кислорода в зубах гомининов резко изменились. Это резкое падение соотношения обоих изотопов предполагает, что предки человека того времени, Homo rudolfensis, сократили потребление трав и стали потреблять больше воды с низким содержанием кислорода.
Исследователи предлагают три возможных объяснения этого скачка, в том числе то, что эти гоминины пили гораздо больше воды, чем другие приматы и животные саванны, или что они внезапно перешли к образу жизни, подобному бегемотам, погружаясь в воду на весь день и питаясь ночью.
По их мнению, наиболее правдоподобным объяснением, учитывая то, что известно о поведении ранних людей, является то, что более поздние гоминиды получили регулярный доступ к подземным органам растений, известным как клубни, луковицы и корневища. Вода, обедненная кислородом, также содержится в этих выпуклых придатках, которые многие злаковые растения используют для хранения большого количества углеводов в безопасности от травоядных животных.
В поисках углеводов: революция в питании мозга
Переход от трав к этим высокоэнергетическим растительным тканям был бы логичным для вида, популяция и физический размер которого росли, говорит Фаннин. Эти подземные запасы были обильными, менее рискованными, чем охота, и обеспечивали больше питательных веществ для растущего мозга ранних людей. Уже освоив каменные орудия, древние люди могли выкапывать клубни, луковицы и корневища, практически не сталкиваясь с конкуренцией со стороны других животных.
«Мы предполагаем, что этот переход к подземной пище был важным моментом в нашей эволюции», — говорит Фаннин. «Он создал избыток углеводов, которые были многолетними — наши предки могли получить к ним доступ в любое время года, чтобы накормить себя и других людей».
Уменьшение размера зубов, рост адаптивности
Измерения зубов гомининов показали, что, хотя они становились все меньше — уменьшаясь примерно на 5 % каждые 1000 лет — моляры становились длиннее, сообщают исследователи. Смена рациона гомининов в сторону злаков опережала эти физические изменения на протяжении большей части их истории.
Но исследование показало, что около 2 миллионов лет назад соотношение изменилось с появлением Homo habilis и Homo ergaster, зубы которых продемонстрировали резкое изменение формы и размера, более подходящее для употребления в пищу приготовленных тканей, таких как жареные клубни.
Трава: секретное оружие человечества
Травоядные растения широко распространены во многих экосистемах. Где бы они ни находились, гоминины могли бы максимально использовать питательные вещества, полученные из этих растений, поскольку их зубы стали более эффективными в их переработке, говорит Домини.
«Один из насущных вопросов в антропологии заключается в том, что же гоминины делали по-другому, чего не делали другие приматы? Эта работа показывает, что способность использовать ткани травы может быть нашим секретным ингредиентом», — говорит Домини.
«Даже сейчас наша глобальная экономика зависит от нескольких видов травы — риса, пшеницы, кукурузы и ячменя», — говорит он. «Наши предки сделали что-то совершенно неожиданное, что изменило ход истории видов на Земле».
