Чтение онлайн

Нам повезло, что есть окаменелости вообще.

Ископаемый червь, Palaeoscolex sinensis, из Чэнцзян, прекрасно видны детали мягких частей тела. Окаменелости Чэнцзян относятся ко времени нижнего кембрийского периода, приблизительно 525 миллионов лет назад. [Иллюстрация добавлена переводчиком.]

Менее часто, чем раковины, кости или зубы, иногда фоссилизируют мягкие части животных. Самые известные места – сланец Бюргера в канадских Скалистых горах и немного старший Чэнцзян в Южном Китае, с которым мы встретимся снова в «Рассказе Бархатного Червя». И на обоих этих участках окаменелые черви и другие мягкие, беспозвоночные и беззубые существа (так же как обычные твердые) прекрасно увековечили кембрийский период более пятисот миллионов лет назад. Большая удача, что есть Чэнцзян и Сланец Бюргера. Действительно, как я уже заметил, нам сильно повезло, что мы имеем ископаемые вообще где-нибудь. Считалось, что 90 процентов всех видов никогда не будут известны нам как ископаемые. Если это число справедливо для видов в целом, только подумайте, как мало людей могут когда-либо надеяться достигнуть цели, о которой упоминалось в начале рассказа, и превратиться в окаменелость. По одной из оценок для позвоночных животных вероятность составляет один к миллиону. Мне кажется, это высокие шансы, и для животных без твердых частей истинное число должно быть гораздо меньше.

УМЕЛЫЙ

За 1 миллион лет до Homo ergaster больше нет никаких сомнений, на каком континенте лежат наши генетические корни. Все, включая «мультирегионалистов», согласны с тем, что это место – Африка. Самые очевидные ископаемые кости этого возраста обычно классифицируются как Homo habilis. Некоторые авторы признают другой, очень подобный, современный ему тип, который они называют Homo rudolfensis. Другие приравнивают его кениапитеку, описанному командой Лики в 2001 году. Еще другие осторожно воздерживаются от предоставления этим окаменелостям названия вида вообще и только называют их всех «ранний Homo». Как обычно я не буду занимать чью-либо позицию в названиях. Это не имеет значения для существ с реальной плотью и костями, и я буду использовать «Habilines» - «Умелый» как англицизм для их всех. Ископаемые Умелые, будучи старше, понятно, менее многочисленны, чем Работающие. Сохраненный лучше всего череп имеет базовый номер KNM-ER 1470 и широко известен как «Четырнадцать семьдесят». Его обладатель жил приблизительно 1.9 миллиона лет назад.

Почему мозг увеличивался?

Пронумерованный KNM-ER1470 череп Homo habilis был обнаружен Ричардом Лики в Восточном Туркана, Кения, в 1972 году. Лицо длинное и плоское, лоб выше, чем у представителей рода австралопитеков, обеспечивает больше места для мозга. [Иллюстрация восстановлена переводчиком.] 

Умелый столь же сильно отличался от Работающего, как Работающий от нас, и, как мы и ожидали, были промежуточные звенья, которые трудно классифицировать. Черепа Умелого менее крепкие, чем черепа Работающего, и не обладают столь явно выраженными надбровными дугами. В этом отношении Умелые были больше похожи на нас. Это не должно вызвать удивление. Прочность черепа и надбровные дуги являются особенностями, которые, вероятно, подобно волосам, гоминиды, похоже, способны приобретать и терять снова в процессе эволюции. Умелые отмечают место в нашей истории, где мозг, этот самый впечатляющий из органов человека, начинает увеличиваться. Или, более точно, начинает увеличиваться в сравнении с нормальным размером уже увеличенного мозга других обезьян. Это различие, действительно, является основанием для того, чтобы поместить Умелого в род Homo вообще. Для многих палеонтологов большой мозг – отличительный признак нашего рода. Умелые с их мозгами, вышедшими за пределы 750 см куб, пересекли Рубикон и являются людьми. Читатели скоро могут устать слушать, что я не любитель рубиконов, барьеров и промежутков. В частности нет никакой причины ожидать, что ранний Умелый будет отделен от своего предшественника большим промежутком, чем от своего преемника. Это может показаться заманчивым, поскольку у предшественника есть иное родовое название (австралопитек), тогда как преемник (Homo ergaster) является «просто» другим Homo. Верно, что, если рассматривать живущие виды, можно ожидать, что члены различных родов будут менее подобны, чем члены различных видов в пределах одного и того же рода. Но это не срабатывает в отношении окаменелостей, где есть непрерывный исторический ряд поколений в развитии. На границе между любым ископаемым видом и его непосредственным предшественником должны быть некоторые особи, о которых нелепо спорить, так как доведение такого аргумента до абсурда должно показать, что родители одного вида родили ребенка другого. Еще более нелепо предположить, что ребенок рода Homo появился от родителей совершенно иного рода, австралопитеков. Это – эволюционные области, для которых наши зоологические соглашения о названиях никогда не предназначались (Рубикон в 750 см куб для определения Homo изначально был выбран сэром Артуром Кейтом (Arthur Keith). Как уверяет нас Ричард Лики (Richard Leakey) в «Происхождении человечества», когда Луи Лики впервые описал Homo habilis, у его экземпляра был объем мозга 650 см куб, и Лики фактически переместил Рубикон, чтобы это уладить. Более поздние экземпляры Homo habilis впоследствии оправдали его, достигая показателей ближе к 800 см куб. Это льет воду на мою анти-рубиконовую мельницу.).

Принятие одного из названий дает нам возможность более конструктивно обсудить, почему мозг внезапно начал увеличиваться. Как бы мы измерили увеличение мозга гоминида и начертили бы график зависимости среднего размера мозга от геологического времени? Совершенно понятно, в каких единицах мы будем измерять время: в миллионах лет. С размером мозга сложнее. Ископаемые черепа и слепки позволяют нам оценивать размер мозга в кубических сантиметрах и достаточно легко преобразовать его в граммы. Но абсолютный размер мозга не обязательно служит мерой, которая нам нужна. У слона мозг больше, чем у человека, но не только тщеславие заставляет нас думать, что мы мозговитее, чем слоны. Мозг тиранозавра не был намного меньшим, чем наш, но все динозавры расцениваются как тупые существа с маленьким мозгом. Нас делает более умными то, что у нас больший мозг для нашего размера, чем у динозавра. Но что именно означает «для нашего размера»?

Есть математические методы корректировки абсолютного размера и выражение размера мозга животного в зависимости от того, насколько большой ему «нужен» размер тела. Это – тема, достойная отдельного рассказа, и Homo habilis, умелец, стоящий одновременно на обеих сторонах мозгового «Рубикона», расскажет его со своей ненадежной точки зрения.

Мы хотим оценить, каков мозг у определенного существа, такого как Homo habilis: больше или меньше, чем он «должен» быть, если учесть размеры тела животного. Мы принимаем (немного неохотно в моем случае, но я соглашусь с этим), что у больших животных должен быть большой мозг, а у маленьких животных – маленький. Делая поправку на это, мы все еще хотим знать, являются ли некоторые виды более «мозговитыми», чем другие. Итак, как мы делаем поправку на размер тела? Нам необходимо разумное основание для того, чтобы вычислить ожидаемый размер мозга животного в зависимости от размера его тела, так, чтобы мы могли решить, больше или меньше реальный мозг определенного животного, чем ожидаемый.

В нашем путешествии в прошлое мы, как оказалось, столкнулись с проблемой, связанной с мозгом, но подобные вопросы могут возникнуть относительно любой части тела. Имеют ли некоторые животные большие (или меньшие) сердца, или почки, или лопатки, чем они должны иметь при их размерах? Если так, то можно было бы предположить, что их образ жизни диктует особый размер сердца (почки или лопатки). Как мы узнаем, какой размер «должен» быть у какой-либо части животного, при условии, что мы знаем общий размер его тела? Заметьте, что «должен быть», не означает «необходимо иметь по функциональным причинам». Это означает, «можно было бы ожидать, сравнивая с сопоставимыми животными». Так как это – «Рассказ Умельца», и так как самый удивительный признак Умельца – его мозг, мы продолжим использовать мозг при обсуждении этой проблемы. Уроки, которые мы усвоим, будут более общими.

Мы начинаем, вычерчивая график разброса массы мозга относительно массы тела для большого количества видов. Каждый символ на графике ниже (сделанном моим коллегой, выдающимся антропологом Робертом Мартином (Robert Martin)) представляет один живой вид млекопитающих – их 309 в диапазоне от наименьшего до наибольшего. В случае если Вас заинтересует, Homo sapiens - отметка со стрелкой, а та, что рядом с нами – дельфин. Толстая черная линия, протянувшаяся среди отметок, является прямой, которая, согласно статистическому вычислению, дает наилучшее совпадение по всем отметкам (Это линия, которая минимизирует сумму квадратов расстояний от точек до нее.).

Двойной логарифмический график зависимости массы мозга от массы тела для различных видов плацентарных млекопитающих. Закрашенные треугольники представляют приматов. Адаптировано от Мартина (Martin) [185].

Небольшое затруднение, смысл которого станет понятен через мгновение, состоит в том, что график работает лучше, если мы сделаем значения обеих шкал логарифмическими, и именно так этот график и был построен. Мы откладываем логарифм массы мозга животного в зависимости от логарифма массы его тела. Логарифмический означает, что равные отрезки вдоль нижней части графика (или равные отрезки вдоль вертикальной оси) представляют собой степени некоторого определенного числа, десяти, а не приращение числа, как в обычном графике. Основание десять удобно тем, что мы можем рассматривать логарифм как количество нолей в числе. Если Вы должны умножить массу мыши на миллион, чтобы получить массу слона, это значит, что Вы должны добавить шесть нолей к массе мыши: Вы должны добавить шесть к логарифму первого, чтобы получить логарифм второго. На полпути между ними – в логарифмическом масштабе три ноля – находится животное, которое весит в тысячу раз больше, чем мышь, или одну тысячную веса слона: возможно, человек. Использование круглых чисел, таких как тысяча и миллион, должно сделать интерпретацию легкой. «Три с половиной ноля» лежат где-то между тысячей и десятью тысяч. Заметьте, что «на полпути между», когда мы считаем ноли, совсем не одно и то же, что «на полпути между», когда мы считаем граммы. Это все делается автоматически благодаря отысканию логарифмов чисел. Логарифмические величины служат для различного рода интерпретаций простых арифметических величин, которые полезны для различных целей.

Есть, по крайней мере, три серьезных основания для того, чтобы использовать логарифмический масштаб. Во-первых, это позволяет отобразить карликовую землеройку, лошадь и голубого кита на одном и том же графике, не нуждаясь в ста ярдах бумаги. Во-вторых, это помогает отмечать мультипликативные признаки, что иногда мы и делаем. Мы не просто хотим знать, насколько большой у нас мозг, а каков он по отношению к размерам нашего тела. Нам интересно узнать, что наш мозг, скажем, в шесть раз больше, чем он должен быть. Такие мультипликативные суждения могут быть вынесены при непосредственном прочтении логарифмического графика: таковы логарифмические средства. Третья причина для предпочтения логарифмических величин требует немного больше времени для объяснения. Один подход состоит в том, чтобы отобразить разброс наших значений вдоль прямых линий вместо кривых, но есть кое-что еще. Позвольте мне попытаться объяснить это моему собрату, неспециалисту в числах.

Предположите, что Вы берете объект, такой как сфера или куб, или действительно мозг, и раздуваете его равномерно таким образом, чтобы это была все та же форма, но в десять раз больше. В случае сферы это означает увеличение диаметра в десять раз. В случае куба или мозга это означает десятикратную ширину (и высоту, и длину). Во всех этих случаях пропорционального увеличения, что случится с объемом? Он не будет в десять раз большим – он будет в тысячу раз большим! Вы можете доказать это для куба, если представите себе укладывание кубиков сахара. То же самое относится к равномерному увеличению любой формы, которую Вы захотите. Умножьте длину на десять и, если форма не изменяется, Вы автоматически умножаете объем в тысячу раз. В частном случае десятикратного увеличения это эквивалентно добавлению трех нолей. В общем, объем пропорционален третьей степени длины и ее логарифму, умноженному на три.

Мы можем сделать те же вычисления для площади поверхности. Но площадь увеличивается пропорционально второй степени длины, а не третьей. Недаром возведение во вторую степень называется квадратом, в то время как возведение в третью – кубом. Объем куска сахара определяет его количество и сколько он стоит. Но то, как быстро он растворится, будет зависеть от площади его поверхности (не простое вычисление, потому что когда он растворяется, площадь поверхности будет сокращаться медленнее, чем объем оставшегося сахара). Когда Вы увеличиваете объем объекта, удваивая его длину (ширину, и т.д.), Вы умножаете площадь поверхности на 2 ? 2 = 4. Умножьте его длину на десять, и Вы умножите площадь поверхности на 10 ? 10 = 100 или добавите два ноля к числу. Логарифм площади увеличивается как двойной логарифм длины, в то время как логарифм объема увеличивается как тройной логарифм длины. Двухсантиметровый кусок сахара будет содержать в восемь раз больше сахара, чем односантиметровый кусок, но он будет передавать этот сахар в чай только в четыре раза быстрей (по крайней мере, первоначально), потому что это зависит от поверхности куска, которая реагирует с чаем.