Как углеводы изменили зубы древних людей: новое исследование

Исследователи обнаружили, что зубы гомининов, особенно коренные, становились меньше и длиннее на протяжении тысячелетий, чтобы адаптироваться к рациону, богатому жесткими травами и их подземными запасающими органами. Переход к травам начался около 3,8 млн лет назад у австралопитека афарского (слева). Около 2,3 млн лет назад ранний человек Homo rudolfensis (в центре) получил регулярный доступ к богатым углеводами подземным органам растений, таким как клубни и луковицы. Однако эволюция зубов отставала от этого сдвига в питании вплоть до 2 млн лет назад, когда у Homo ergaster (справа) появились зубы, лучше приспособленные для пережевывания приготовленных растительных тканей. Источник: L to R: Public domain; Don Hitchcock; Fernando Losada Rodríguez (rotated)

Когда древние люди переселялись из африканских лесов в саванны, их потребность в легкодоступных источниках энергии привела к тому, что они начали употреблять в пищу травянистые растения, особенно злаки и крахмалистые подземные органы растений.

Однако новое исследование, проведенное учеными Дартмутского колледжа, показывает, что гоминины начали питаться этими углеводными продуктами задолго до того, как у них появились идеальные зубы для этого. Это первое свидетельство из палеонтологической летописи, демонстрирующее, что поведенческие изменения могут опережать физическую адаптацию. Результаты опубликованы в журнале Science.

Авторы исследования проанализировали ископаемые зубы гомининов на содержание изотопов углерода и кислорода, которые остаются после употребления в пищу граминоидов — трав и осок. Они обнаружили, что древние люди начали активно питаться этими растениями гораздо раньше, чем их зубы эволюционировали для эффективного пережевывания. Только через 700 000 лет эволюция наверстала упущенное, и у людей появились более длинные коренные зубы, позволяющие легко перерабатывать жесткие растительные волокна.

«Мы можем точно сказать, что гоминины были очень гибкими в поведении, и это было их преимуществом», — говорит Люк Фаннин, постдокторант Дартмута и ведущий автор исследования. «Как антропологи, мы обычно говорим, что поведенческие и морфологические изменения идут рука об руку. Но мы обнаружили, что поведение может быть самостоятельной движущей силой эволюции с серьезными последствиями для морфологии и рациона гомининов».

Натаниэль Домини, профессор антропологии в Дартмуте и старший автор исследования, отмечает, что изотопный анализ позволяет преодолеть давнюю проблему идентификации факторов, вызвавших появление новых поведенческих стратегий, — ведь поведение не окаменевает.

«Антропологи часто делают выводы о поведении на основе морфологических признаков, но эти признаки могут появляться в палеонтологической летописи с опозданием в полмиллиона лет или больше», — говорит Домини.

«Но эти химические сигнатуры — неоспоримое свидетельство употребления трав, независимо от морфологии. Они показывают значительный разрыв между новым пищевым поведением и необходимостью в более длинных коренных зубах для пережевывания жестких растительных тканей», — добавляет он.

Команда изучила зубы различных видов гомининов, начиная с австралопитека афарского, чтобы проследить, как менялось питание на протяжении тысячелетий. Для сравнения также были проанализированы зубы двух вымерших видов приматов — гигантских наземных бабуинообразных обезьян теропитов и мелких листоядных обезьян колобинов.

Все три вида перешли от фруктов, цветов и насекомых к травам и осокам между 3,4 и 4,8 млн лет назад, несмотря на отсутствие оптимальных зубов и пищеварительной системы для переработки жестких растений.

Около 2,3 млн лет назад изотопный состав зубов гомининов резко изменился, что указывает на сокращение потребления трав и увеличение доли подземных органов растений, богатых углеводами. Исследователи предлагают три возможных объяснения, но наиболее вероятным считают переход к питанию клубнями, луковицами и корневищами.

«Мы предполагаем, что этот переход к подземной пище стал ключевым моментом в нашей эволюции, — говорит Фаннин. — Он обеспечил избыток углеводов, доступных круглый год, что позволило нашим предкам кормить себя и других».

Измерения зубов показали, что, хотя они в целом уменьшались (примерно на 5% каждую 1000 лет), коренные зубы становились длиннее. Однако только около 2 млн лет назад у Homo habilis и Homo ergaster зубы приобрели форму, лучше подходящую для переработки приготовленных растительных тканей.

«Один из главных вопросов антропологии — что делали гоминины иначе, чем другие приматы? Эта работа показывает, что способность усваивать ткани трав могла быть нашим секретным оружием», — говорит Домини.

«Даже сейчас мировая экономика зависит от нескольких видов злаков — риса, пшеницы, кукурузы и ячменя. Наши предки сделали нечто совершенно неожиданное, что изменило ход истории видов на Земле», — заключает он.

Источники:

Материалы предоставлены Дартмутским колледжем.