Головной мозг служит центром управления нашего организма и представляет собой один из самых жизненно важных органов. Эволюции мозга млекопитающих, особенно возникновению исключительно большого человеческого мозга, посвящено немало исследований. Но, несмотря на все внимание, которое уделялось этому вопросу, исследователи часто пренебрегали тесной связью, существующей между развитием мозга и размножением. Высокая потребность головного мозга в энергии делает его одним из самых дорогостоящих органов нашего тела. У взрослых млекопитающих на работу каждого грамма мозговой ткани требуется раз в десять больше энергии, чем в среднем уходит на работу одного грамма других тканей. Хотя средняя масса головного мозга взрослого человека составляет меньше 1,5 кг (всего лишь около 1/50 от массы тела), на его обслуживание уходит около 1/5 всей расходуемой организмом энергии.
Затраты энергии на развитие мозга оказываются еще выше. Можно сказать, что к стоимости поддержания при этом добавляется стоимость строительства, из-за чего потребность в ресурсах возрастает еще больше. Нашему телу, как и любой другой работающей системе (кроме регионального правительства), для успешной работы необходим сбалансированный бюджет. Поэтому повышенную потребность развивающегося и работающего мозга в ресурсах требуется как-то компенсировать. Добиться этого можно посредством того или иного сочетания использования запасенных ресурсов (обращение к резервам), увеличения потребления энергии (повышение доходов) и сокращения затрат энергии на поддержание остальных частей организма (сокращение других отделов). Такое стремление сбалансировать бюджет обычно требует поиска компромиссов между затратами на поддержание мозга и другими расходами, в особенности связанными с размножением.
Когда я занялся исследованиями эволюции приматов, у меня, по счастью, сразу сложилось необычный набор интересов: к репродуктивной биологии и к эволюции мозга. Это сочетание позволило мне заметить взаимосвязи данных двух областей. В частности, оно привлекло мое внимание к вкладу любой матери в развитие своего потомства. Специалисты по эволюционной биологии обычно склонны задаваться вопросом, почему тому или иному виду млекопитающих нужен большой головной мозг. Я же пошел по другому пути, задавшись вопросом о том, как какое-либо млекопитающее вообще может позволить себе иметь большой мозг.
С биологической точки зрения ключевой момент состоит в том, что у всех млекопитающих именно мать обеспечивает потомство большей частью ресурсов, необходимых для развития мозга. Поначалу, во время беременности, эти ресурсы поставляются через плаценту. Затем, после родов, мать выкармливает своих детей, поставляя им дальнейшие ресурсы с молоком. При этом мозг выделяется среди других органов не только ненасытностью своих потребностей в энергии, но и тем, что быстро растет уже на ранних этапах развития и вскоре достигает своих окончательных размеров. Эта особенность вполне понятна, потому что мозг, бортовой компьютер организма, должен быть полностью готов к работе к тому моменту, когда детеныши начнут передвигаться самостоятельно. У млекопитающих мозг обычно завершает рост, по крайней мере прекращает увеличиваться в размерах, по большей части к тому моменту, как детеныш перестает питаться молоком. После этого за быстрым ростом следует относительный застой. Именно поэтому у новорожденных млекопитающих голова так непропорционально велика по сравнению с остальным телом, а у взрослых ее относительные размеры уже намного меньше.
Другие основные органы и системы органов (сердце, легкие, печень, почки, пищеварительный тракт, мышцы и скелет), в отличие от мозга, растут от рождения и до зрелости непрерывно и довольно равномерно. Например, у человека мозг, по сути, достигает своих окончательных размеров, свойственных взрослым, уже к семилетнему возрасту, в то время как остальное тело продолжает расти еще лет четырнадцать. На поздних этапах развития рост других органов все больше обгоняет рост мозга. У новорожденных человеческих младенцев масса мозга составляет около 0,1 от массы тала, а у взрослых людей – лишь около 1/50. В связи с повышенной потребностью в энергии мозг новорожденного младенца, на который приходится 10 % массы тела, потребляет около 60 % всей расходуемой организмом энергии. Затем доля потребляемой энергии, приходящаяся на мозг, постепенно снижается, и у взрослых обычно составляет лишь около 20 %.
Проведенные мною сравнения разных млекопитающих показали, что размер мозга взрослой особи достоверно связан не только с потреблением энергии, но и с продолжительностью беременности. Это открытие подтвердило мое интуитивное предположение о тесной связи развития мозга с размножением. Биологи Джордж Сейчер и Эверетт Стаффельдт получили первые отчетливые свидетельства такой связи в 1974 году. Они проанализировали данные по репрезентативному набору млекопитающих и показали, что продолжительность беременности сильнее связана с размерами мозга новорожденного, чем с размерами его тела. Более того, Сейчер и Стаффельдт сделали из этого открытия вывод, что мозг может даже задавать ритм развития плода. Эта гипотеза по-прежнему ожидает тщательной проверки, но в любом случае ясно, что размеры мозга новорожденного тесно связаны с продолжительностью беременности.
Мозг продолжает расти и после рождения за счет ресурсов, поставляемых с материнским молоком, а значит, продолжительность кормления молоком тоже связана с окончательными размерами мозга, но все же определяющим фактором размеров мозга взрослого организма остается продолжительность беременности. Мозг млекопитающих обычно достигает примерно 9/10 своих окончательных размеров к моменту прекращения питания материнским молоком. Поэтому нет никаких сомнений в том, что именно мать поставляет бо́льшую часть ресурсов, необходимых для развития мозга.
Размеры мозга млекопитающих статистически достоверно связаны не только с продолжительностью беременности, но и с уровнем энергетического обмена. Исходя из связей между размерами мозга, длительностью внутриутробного развития и энергозатратами, я некогда сформулировал свою «гипотезу материнской энергии». Согласно этой гипотезе, на размеры мозга новорожденного напрямую влияет уровень обмена энергии в организме матери во время беременности. При прочих равных чем продолжительнее беременность или чем выше уровень обмена, тем больше ресурсов материнский организм может передать через плаценту, способствуя развитию головного мозга у плода. Уровень обмена энергии в организме матери продолжает влиять на ее вклад в рост мозга потомства и после родов, в ходе кормления молоком. Чем выше суммарная продолжительность беременности и кормления молоком, то есть периода, в течение которого мать может поставлять ресурсы, необходимые потомству для развития мозга, тем больше времени имеется у матери на передачу таких ресурсов. Поэтому окончательные размеры мозга, свойственные взрослому организму, во многом определяются именно этим периодом.
Приматы в целом подчиняются данному правилу, но при этом демонстрируют уникальную связь роста мозга с развитием всего организма. Развитие плода у всех приматов идет не так, как у других млекопитающих. В 1982 году все тот же Джордж Сейчер внес еще один существенный вклад в наше понимание механизмов развития мозга, открыв знаменитый принцип, известный теперь как правило Сейчера: на всех этапах беременности плод у приматов неизменно имеет примерно вдвое больше мозговой ткани, чем плод тех же размеров любого другого млекопитающего. Иными словами, развитие мозга идет у приматов в особом, привилегированном режиме.
Однако объем информации, доступной Сейчеру, был сильно ограничен, потому что размеры мозга и всего тела в ходе развития плода как у приматов, так и у других млекопитающих измеряли редко. К счастью, существует непрямой способ проверки правила Сейчера. Поскольку правило предполагает, что разница между приматами и другими млекопитающими наблюдается на всех этапах развития плода, она должна наблюдаться и у новорожденных, а данных о размерах тела и мозга новорожденных млекопитающих имеется как раз довольно много. Когда я собрал и проанализировал довольно большой объем таких данных, выяснилось, что у новорожденных приматов действительно имеется примерно вдвое больше мозговой ткани, чем у новорожденных детенышей других млекопитающих. Правило Сейчера тем самым получило убедительное подтверждение.
Человеческие младенцы в этом отношении похожи на детенышей других приматов. Средние размеры мозга новорожденного человеческого младенца можно точно прогнозировать на основании данных о средней массе тела по формуле, рассчитанной для других приматов. Средний новорожденный человеческий младенец весит 3,4 кг, а его головной мозг – 340 г. Соотношение между этими показателями примерно такое же, какое наблюдается у других приматов, в то время как у других млекопитающих, новорожденные детеныши которых весят около 3,4 кг, головной мозг новорожденных обычно весит лишь около 170 г. Свойственное всем приматам привилегированное развитие мозга в ходе развития плода дает их детенышам большое преимущество в начале жизненного пути. Более того, поскольку эта черта свойственна всем современным приматам, она должна была быть свойственна и их общему предку. Первопричины разрастания нашего мозга, как и его связь с размножением, имеют глубокие корни в нашем эволюционном прошлом.
