Новый подход к эволюции мозга и культуры
Александр Марков пишет в предисловии к своему известному двухтомнику "Эволюция человека": "На моем научно-популярном веб-сайте "Проблемы эволюции" страницы, посвященные эволюции человека, по посещаемости сильно опережают все остальные. Вторая по популярности тема — происхождение жизни — отстает примерно на порядок. Это общая закономерность, не связанная с качеством научно-популярных материалов". Книга Маркова "Эволюция человека" вышла в 2011 году, и с тех пор число книг о происхождении человека выросло еще больше; как отмечает Антон Нелихов, впору говорить об их избытке. И вот перед нами еще одна книга о происхождении человека, причем не содержащая описания каких-либо новых палеонтологических или археологических открытий. Ее автор — крупный антрополог, профессор Гарвардского университета Джозеф Хенрик. Зачем эта книга нужна? Дело в том, что проблема происхождения человека — не только крайне сложная, но и принципиально междисциплинарная (в этом отношении она превосходит проблему происхождения жизни: та по крайней мере не требует привлечения гуманитарных дисциплин). Здесь совершенно недостаточно коллекционирования фактов — нужны грамотные концептуализации, а их создать очень трудно, потому что сумма знаний, которая для этого необходима, едва посильна одному человеку. Один из лучших существующих на данный момент подходов к такой концептуализации как раз и предлагает книга Хенрика, главную тему которой можно обозначить как механизм эволюции дочеловеческой и человеческой культуры.
Выход двух книг Джозефа Хенрика (Joseph Henrich) — "Секрет нашего успеха" и "Самые странные в мире" — стал крупным событием в мировой научно-популярной литературе. В некотором смысле эти книги можно рассматривать как одно целое. Как признается Хенрик в предисловии к книге "Самые странные в мире", ее задуманная вступительная часть в процессе работы разрослась, отпочковалась и превратилась в книгу "Секрет нашего успеха". Тут автор поступил совершенно правильно: вместо того, чтобы утрамбовывать огромный материал под одну обложку, он подготовил две отдельные книги и выпустил их по очереди.
В предисловии к "Секрету нашего успеха" Хенрик рассказывает, что антропологом он стал благодаря учебе у другого крупного североамериканского антрополога — Роберта Бойда (Robert Boyd), с которым потом много лет работал. Это важно вот почему. Первая книга Хенрика (в отличие от второй) не претендует на большую оригинальность: она опирается на результаты исследований не только самого Хенрика, но и Бойда и других авторов. Их тоже можно почитать — правда, на английском. Бойд, который старше Хенрика на 20 лет, выпустил (с соавторами) штук пять книг. Самая популярная из них, написанная в соавторстве с Питером Ричерсоном (Peter Richerson), называется "Не генами едиными: как культура трансформировала эволюцию человека" ("Not by genes alone. How culture transformed human evolution").
Интересно, что Бойд по первому образованию был физиком, а Хенрик — инженером. Элементы подхода, свойственного точным наукам, явно пригодились этим ученым в исследовании людей и их культуры. Уместно вспомнить, что великий Грегор Мендель тоже основательно изучал физику.
Задача книги "Секрет нашего успеха" — описать своеобразие людей по сравнению со всеми другими животными, пользуясь по возможности точным естественно-научным языком. Книга содержит очень много информации, сделать обзор всех глав в кратком отзыве невозможно, да и зачем портить удовольствие будущему читателю? Но ключевые моменты обсудить хочется.
Орудия, культура и мозг
Для того, чтобы охарактеризовать уникальность человека, Хенрик использует три ключевых понятия: кумулятивная культурная эволюция, культурно-генетическая коэволюция и коллективный мозг. Поговорим о них по порядку.
Можно ли утверждать, что человек от природы умнее шимпанзе? Современная психология позволяет ответить на этот вопрос довольно точно. Разумеется, сказать просто "умнее" или "глупее" — значит не сказать ничего; чтобы ответ имел смысл, "ум" надо разбить как минимум на несколько строго определенных показателей. На рис. 2 мы видим диаграмму, показывающую сравнительные успехи шимпанзе, орангутанов и человеческих детей одного-трех лет (в этом возрасте мозг у них уже больше, чем у взрослого шимпанзе, но они еще не владеют большей частью человеческого культурного арсенала) в решении разных классов задач. Были, например, задачи на восприятие пространства, где надо было запомнить местоположение предмета или проследить за его вращением, или на количество — считать предметы и оценивать, сколько их исчезло или появилось.
Ответ получился следующий. Единственная (!) область интеллекта, в которой люди от природы превосходят человекообразных обезьян, — это способности к социальному обучению, то есть к перенятию навыков друг у друга. Зато уж здесь превосходство колоссально. Мозг человека специализирован в этом направлении. Это самая настоящая биологическая специализация — глубокая предрасположенность, созданная естественным отбором и заложенная на физиологическом уровне.
Можно посмотреть на эту проблему с другой стороны. Хорошо, мы знаем, что уникальное преимущество людей — это способность эффективно учиться у других особей своего вида. Ну, а чем культурная наследственность шимпанзе принципиально отличается от человеческой? Напомним, что культурой у животных биологи называют устойчивое наследование поведенческих признаков путем социального обучения (см., например: Культура у животных – не редкий курьез, а вездесущее явление, "Элементы", 13.04.2021).
Хенрик разбирает этот вопрос на примере. Пусть некий "прямоходящий мыслитель" (воспользуемся выражением Леонарда Млодинова, которое стало названием его известной книги) догадался, что можно использовать палочку, дабы доставать съедобных термитов из глубины термитника. Эта адаптация реально встречается у современных шимпанзе, ее называют ужением термитов (termite fishing). Она, несомненно, полезна. Обозначим ее буквой T.
Полезную адаптацию T шимпанзе могут перенимать друг у друга, так что она иногда "заражает" целые популяции. Это вполне себе обучение, культурная традиция. Никаких гипотетических предположений мы пока не вводим — только реальность.
Теперь посмотрим, что может происходить дальше. Пусть другой мыслитель по какой-то случайной причине решит, что палочка должна быть острой, и станет ее обламывать или заострять зубами. Обозначим этот вариант адаптации T*.
Третий мыслитель обнаружит, что палочка может быть полой и в этом случае через нее можно пить воду, скопившуюся глубоко в дупле, до которой иначе не доберешься. В сухой саванне это полезно. Этот вариант адаптации мы назовем T2.
Четвертый мыслитель, уже пользующийся острой палочкой (T*), воткнет ее в заброшенный термитник и совершенно случайно убьет сидящего там кролика. Для шимпанзе, которые всегда не прочь полакомиться мясом, это большая удача. В результате удочка для термитов превращается в норное копье. Назовем эту адаптацию T**. Это тоже не фантастика: шимпанзе действительно используют острые палочки таким образом, охотясь на более мелких млекопитающих (например, на галаго).
Наконец, пятый и последний в этой истории мыслитель научится выслеживать кроликов по следам, которые они оставляют после дождя. Назовем эту адаптацию T3. Но норного копья у него как раз и нет! Поэтому кролика, сидящего в глубине норы, обладатель адаптации T3 достать не сможет.
Мы видим, что по отдельности все эти адаптации приносят лишь ограниченную пользу. Но представим, что какая-нибудь особь следующего поколения овладеет сразу всем набором перечисленных адаптаций: T + T2 + T** + T3. Получится прекрасный пакет для выживания в саванне. Вот это и есть кумулятивная культурная эволюция: то, на что люди способны, а шимпанзе — нет.
Проблема в том, что никакой "прямоходящий мыслитель" не додумается в одиночку до полного пакета этих адаптаций. До какой-нибудь одной — может быть, но сразу до четырех — нет. Такой пакет можно только получить в процессе социального обучения. Это и есть простейшая модель того, что не происходит у шимпанзе и что постоянно происходит в культуре людей. В ходе кумулятивной культурной эволюции новые адаптации не только передаются из поколения в поколение, но и комбинируются.
Кумулятивная — значит "накопительная". Сложные культурные пакеты (гораздо более сложные, чем вышеописанный) устойчиво передаются из поколения в поколение. А значит, они накапливаются.
Ясно, что в этом случае культурный багаж начнет очень быстро расти. Усвоить его, удержать в памяти, да и просто ориентироваться в нем станет сложно. Тогда естественный отбор волей-неволей начнет поддерживать морфофизиологические — попросту говоря, телесные — адаптации, облегчающие овладение культурным арсеналом. В том числе "крупный мозг, способный освоить неукротимо растущий массив культурной информации" (цитата из книги Хенрика).
Это не конец истории. По мере того, как биологическая эволюция увеличивает емкость нервной системы, способной управиться с множеством пакетов культурных адаптаций, культурная эволюция, в свою очередь, делает эти пакеты еще более сложными: раз уж возможность появилась, почему ей не пользоваться? Если выражаться языком классической эволюционной биологии, увеличение головного мозга само по себе служит преадаптацией к культурным адаптациям следующего уровня. Когда эти культурные адаптации появляются, естественный отбор получает новый стимул к тому, чтобы поддерживать дальнейший рост мозга. И так — цикл за циклом. "Взаимодействие культурной и генетической эволюции запустило процесс, который можно назвать автокаталитическим: он сам вырабатывает топливо, которое его питает" (опять цитата).
Мозг, челюсти и размножение
Тут стоит сделать два попутных замечания. Первое: вывод, что коэволюция мозга и культуры у рода Homo стала автокаталитическим процессом, далеко не нов. Великий южноафриканский антрополог Филлип Тобиас (Phillip Tobias) сформулировал и обосновал этот вывод еще в 1981 году (P. V. Tobias, 1981. The emergence of man in Africa and beyond). Хенрик не упоминает Тобиаса — вряд ли потому, что не знает: скорее всего, он сознательно хочет дистанцироваться от традиционной "раскопочной" антропологии, начав постижение человеческой природы, насколько это возможно, как бы с чистого листа. Но нам, читателям, помнить о работах Тобиаса будет очень полезно. Здесь у него, безусловно, приоритет.
Подобные мысли приходили в головы и другим ученым, причем независимо друг от друга. Александр Марков вслед за британским антропологом Кевином Лаландом (он же Кевин Лала, см. Kevin Lala) называет давление отбора, ведущее к увеличению мозга в рамках коэволюции мозга и культуры, культурным драйвом (cultural drive; см. Коэволюция мозга и культуры — вероятный механизм становления человеческого разума, "Элементы", 25.05.2020). В момент подготовки большой статьи, посвященной этой теме, Марков еще не читал Хенрика: на работы Хенрика ему указали рецензенты. Так что наблюдается некое общее движение умов в сторону идеи, что в основе роста мозга человека находится механизм положительной обратной связи.
Кроме того, есть смысл специально остановиться на вопросе: почему, собственно, у рода Homo мозг такой большой? Гипотеза культурно-генетической коэволюции как автокаталитического процесса, высказанная Тобиасом и Хенриком, объясняет это прекрасно. Мозг увеличивается, чтобы вместить непрерывно растущие пакеты передающихся из поколения в поколение культурных адаптаций. Но у этой гипотезы есть мощный конкурент в виде гипотезы социального интеллекта, которую в большой серии работ обосновал британский антрополог Робин Данбар (Robin Dunbar). Он показал, что относительный объем полушарий мозга у приматов хорошо коррелирует с размером социальной группы. Отсюда — идея, что большой мозг появился не в качестве приспособления к внешним природным условиям, а для социальных взаимодействий в больших группах особей своего вида, включая интриги, дружбу, вражду, выяснение отношений и тому подобное ("макиавеллиевский интеллект"). Чем больше размер группы, тем больше мозг.
Верно ли это? В какой-то мере да. Но есть факты, указывающие на то, что применительно к роду Homo Хенрик все же ближе к истине, чем Данбар. Во-первых, нет никаких надежных подтверждений тому, что у ранних Homo типичный размер группы стал существенно больше, чем у австралопитеков. Во-вторых, Хенрик сообщает об экспериментах психологов, которые показывают, что при прочих равных условиях в игры на стратегический конфликт — когда нужно спланировать свои действия исходя из предполагаемых намерений партнера — люди играют хуже, чем шимпанзе. В этом смысле гипотеза "макиавеллиевского интеллекта" не подтверждается. В-третьих, есть данные, что размер мозга у приматов значительно лучше предсказывается диетой, чем социальными переменными (A. R. DeCasien et al., 2017. Primate brain size is predicted by diet but not sociality). В частности, у фруктоядных обезьян мозг при прочих равных всегда крупнее, чем у листоядных.
Культурно-генетическая коэволюция, как на это указывал уже Тобиас, приводит к замыканию контура положительной обратной связи: усложнение культурных пакетов — увеличение мозга — культурные адаптации следующего уровня — рост потока культурной информации — дальнейшее увеличение мозга и так далее. При этом, конечно, дело не ограничивается ростом мозга. Отбору подвергаются и другие признаки организма, вплоть до биохимических: после перехода на термически обработанную пищу у людей изменилась биохимия пищеварительного тракта. Времени существования человеческого рода вполне хватает на то, чтобы по соответствующим признакам прошел отбор. Современные люди физиологически неспособны питаться так, как питались их предки — австралопитеки. Культурно-генетическая коэволюция становится путем в один конец.
Интересный пример, который приводит Хенрик, касается мышечных белков. Ген MYH16, кодирующий форму миозина, специфичную для челюстных мышц, в человеческой эволюционной линии (и только в ней) получил мутацию сдвига рамки, которая сразу сделала белок дефектным (H. H. Stedman et al., 2004. Myosin gene mutation correlates with anatomical changes in the human lineage). Предполагается, что именно поэтому род Homo имеет слабые челюстные мышцы и никогда не имеет возвышающегося на средней линии черепа сагиттального гребня, который был характерен для австралопитеков. Мутация, которая при других условиях была бы однозначно вредной, выжила благодаря тому, что люди к тому времени уже научились обрабатывать пищу каменными орудиями: срезать мясо с костей, раскалывать кости, извлекая костный мозг, и тому подобное. Иногда предполагают, что она оказалась даже полезной, "разгрузив" черепную коробку от мышц и облегчив ее рост.
Правда, тут есть проблема, о которой Хенрик умалчивает, а зря. Дело в том, что в другой работе авторы пришли к выводу, что мутация в гене MYH16 произошла не 2,4 млн лет назад (что идеально соответствует предполагаемой эпохе формирования ключевых признаков людей), а 5,3 млн лет назад, то есть задолго до возникновения рода Homo (G. H. Perry et al., 2005. Comparative analyses reveal a complex history of molecular evolution for human MYH16). Это сразу меняет дело. Кажется, эта проблема еще не решена.
Но даже если конкретная гипотеза, касающаяся гена MYH16, и неверна, резкое ослабление челюстных мышц у рода Homo по сравнению с другими гоминидами — это все равно несомненный факт, который отлично объясняется культурно-генетической коэволюцией. Именно она привела к тому, что мощные челюстные мышцы стали попросту не нужны. Ну, а ненужных энергозатрат естественный отбор никогда не допускает.
Другие последствия начавшейся культурно-генетической коэволюции — затяжное детство и менопауза. Затяжное детство необходимо, чтобы пройти полный курс обучения, а пул старших особей пострепродуктивного возраста нужен для того, чтобы эти особи были хранителями культурного арсенала племени. Старики служат как бы живой библиотекой. Крупные антропологи, в особенности Оуэн Лавджой (Owen Lovejoy), и раньше отмечали, что долгое взросление и менопауза — хотя и не уникальные, но чрезвычайно характерные для человеческого рода особенности (рис. 6). Подход, который предлагает Хенрик, позволяет встроить эти особенности в элегантную конструкцию, обладающую большой объяснительной силой.
Хенрик приводит замечательный пример с племенем эскимосов, которое однажды в результате эпидемии потеряло всех своих стариков. Это имело катастрофические последствия: люди разучились делать луки, разучились делать копья, которыми надо было бить тюленей, и что хуже всего — разучились делать лодки. Вероятно, они бы так и вымерли, если бы не встретились с другим племенем, коллективный мозг которого помог им возместить потерянные навыки. Изобрести все это самостоятельно было невозможно: за одно поколение столько задач не решить.
При наличии механизма кумулятивной культурной эволюции совершенствовать культурное обучение всегда будет выгоднее, чем проявлять индивидуальную креативность. Может, в одиночку вы и изобретете какую-то одну полезную адаптацию, но полный пакет — никогда. Гораздо лучше получить такой пакет в готовом виде от старших коллег, которые уже обкатали его на опыте. Учиться выгоднее, чем изобретать самому! Поэтому отбор будет подталкивать мозг такого существа не к тому, чтобы он сделал своего обладателя гением, а к тому, чтобы он специализировался на обучении у других особей своего вида. Именно это мы у человека и видим. "Наш вид изобрел такие сложные технологии и добился такого колоссального успеха благодаря коллективному мозгу, действующему на протяжении поколений, а не благодаря врожденной изобретательности и творческим способностям индивидуальных умов", — пишет Хенрик.
Итак, мы говорим о коллективном мозге, "нейронами" которого служат индивидуальные мозги, заключенные в черепных коробках отдельных особей (рис. 1). Коллективный мозг необходим, чтобы поддерживать культурные адаптации, вышедшие на уровень кумулятивной культурной эволюции. В свою очередь, работа коллективного мозга, очевидно, требует широкого и устойчивого канала коммуникации между особями. Эту роль у людей сыграл язык. Здесь, конечно, невозможно обсуждать сложнейшую проблему происхождения языка, но надо отметить, что книга Хенрика помогает взглянуть на нее под новым углом зрения.
Скрещивание идей
Теперь о том, чего в этой книге нет. Изложенный в ней материал позволяет сделать следующее утверждение: культурная наследственность после перехода к описанной кумулятивной модели начинает напоминать генетическую наследственность после перехода к половому размножению. Что это значит? Давайте разберемся.
Общеизвестно, что, кроме происходящей при делении клеток передачи генов "по вертикали", живые организмы регулярно обмениваются генами "по горизонтали". Например, у бактерий есть три способа горизонтального обмена генами: конъюгация, когда одна бактерия передает другой часть своей ДНК через специальную трубочку, трансформация, когда бактерия захватывает свободную чужую ДНК из внешней среды, и трансдукция, когда вирус (бактериофаг) прихватывает какие-то гены у одной бактерии и переносит в другую. Между прочим, именно явление трансформации в свое время помогло открыть генетическую роль ДНК: она оказалась тем самым фактором, благодаря которому бактерии-пневмококки превращались из одного штамма в другой.
Конъюгация, отчасти подобная бактериальной, встречается и у эукариот, например у описанной в школьном курсе зоологии инфузории-туфельки. Размножается она при этом делением. Конъюгация не сопровождается увеличением числа инфузорий и может служить примером полового процесса без размножения.
Но, как правило, эукариоты используют куда более экстремальный способ обмена генами: физическое слияние целых клеток с полным объединением их геномов. Так ведут себя половые клетки, которые сливаются в процессе оплодотворения.
При этом возникает очевидная проблема. После каждого слияния клеток геном образовавшейся клетки увеличивается вдвое. Ясно, что до бесконечности увеличивать геном нельзя. Его нужно уменьшить, восстановив первоначальное число хромосом. Эту задачу решает редукционное деление клетки — мейоз. У многих эукариот клетка, возникшая в результате оплодотворения (зигота), делится мейозом сразу; многоклеточные животные, у которых мейоз происходит только при образовании половых клеток, в этом отношении скорее нетипичны.
Механизмом дополнительного перемешивания генов в мейозе служит кроссинговер — процесс, в котором парные (гомологичные) хромосомы перекрещиваются и обмениваются фрагментами. При этом возникают сочетания генов, которых не было у предков. Вот чем половое размножение принципиально отличается от бесполого.
Кстати, а зачем вообще нужно половое размножение, заведомо более затратное и менее эффективное, чем бесполое? Это крайне запутанная проблема, разбираться в которой здесь не место. Тем, кому это интересно, можно посоветовать замечательную книгу Мэтта Ридли "Секс и эволюция человеческой природы" (в оригинале "The Red Queen"). А сейчас нас интересует не происхождение полового процесса, а его результаты.
Рассмотрим популяцию, где все особи имеют гены a и b. Их исходный генотип — ab. Пусть в этой популяции независимо произойдут две мутации: ген a перейдет в аллельное состояние A, ген b — в состояние B. Предположим, обе эти мутации окажутся полезными: по современным представлениям такое хотя и не слишком вероятно, но вполне возможно. Если полового процесса нет, то гены не перемешиваются. В этом случае мутации A и B никогда не встретятся в одном организме (если не учитывать вероятность повторного мутирования). Генотип Ab будет конкурировать с генотипом aB до тех пор, пока один из них не будет либо вытеснен отбором, либо удален случайными генетическими процессами (дрейфом генов). Если же половой процесс есть, то возникает шанс, что в результате скрещивания рано или поздно возникнет новый генотип AB, который сразу получит преимущество над всеми другими (рис. 7). По словам Мэтта Ридли, бесполые организмы "подобны изобретателям-одиночкам, которые никогда не делятся своими знаниями, и в их мире паровые локомотивы буксуют на обычных дорогах, а лошади таскают телеги по железным".
А теперь еще раз посмотрим на рис. 4, изображающий возникновение новых комбинаций культурных навыков. Полезные идеи (мемы, если угодно) ведут себя точно так же, как полезные гены. Еще до выхода книг Хенрика тот же Мэтт Ридли писал об этом в книге "Рациональный оптимист" (см. также его выступление на TED). "Изобретение" кумулятивной культурной наследственности — событие в истории жизни на Земле, сопоставимое по значению с "изобретением" мейоза.
Заодно мы получаем не что иное, как универсальный механизм творчества. По Артуру Кёстлеру (Arthur Koestler), таковым служит бисоциация — встреча идей, которые никогда раньше не встречались. Элементарным примером может послужить научное цитирование: точка бисоциации возникает в любой статье, которая цитирует хотя бы две работы, никогда раньше не цитировавшиеся вместе. Что ж, благодаря Хенрику мы видим, что этот механизм заработал буквально с первых шагов эволюции рода Homo.
Если попробовать определить значение книги "Секрет нашего успеха" одной фразой, можно сказать так: она начинает говорить об уникальности человека на языке точной науки и делает это успешно, так что предложенный подход обладает большой объяснительной силой. При этом, несмотря на высокий уровень обсуждения, ее чтение не требует никакой специальной подготовки. Эту книгу можно и нужно рекомендовать как специалистам, так и всем, кому интересна проблема происхождения человека.