Как у людей менялась длина рук и ног

В ходе эволюции некоторые кости человека не подчинялись экологическим закономерностям.

Человек со времени своего возникновения прошёл долгий эволюционный путь и сильно изменился. Как и в случае других живых существ, на него действовал естественный отбор, то есть выживали и/или оставляли больше потомства в популяции только те, кто обладал признаками, наиболее выгодными в конкретных обстоятельствах. Но что это были за обстоятельства? И какие именно признаки оказались эволюционно более выгодными? Человек (как и любое другое живое существо) устроен довольно сложно, так что, очевидно, разные особенности строения формировались под давлением разных условий.

Исследователи из Университета Теннесси попытались выяснить, какие эволюционно-экологические факторы влияли на длину человеческих рук и ног. До сих пор считалось, что человек в отношении конечностей подчиняется двум известным экологическим законам: правилу Аллена и правилу Бергмана.

По правилу Аллена, у теплокровных животных со сходным образом жизни выступающие части тела (то есть ноги, уши, хвосты и т. д.) будут меньше в холодном климате и больше – в тёплом. Особенно хорошо это проявляется, например, у лис: у северного песца самые маленькие уши и короткая морда, а у пустынного фенека всё наоборот – большие уши и длинная морда.

Правило Бергмана говорит в целом о величине тела: согласно ему, те из теплокровных, что живут в холодном климате, будут крупнее тех, что живут в тепле. Например, самые крупные медведи – арктические белые, а самые мелкие – очковые из Южной Америки. Правило Бергмана также выполняется для многих близких видов и для популяций внутри одного вида (иными словами, не стоит сравнивать слонов с леммингами).

С физиологической точки зрения оба правила говорят об одном и том же – об экономии тепла. Общая теплопродукция у теплокровных зависит от объёма тела, а скорость теплоотдачи – от площади его поверхности. При увеличении размеров организмов объём тела растет быстрее, чем его поверхность, так что в холодных широтах выгодно быть большим. Выступающие части тела, в свою очередь, сильно увеличивают поверхность и слабо увеличивают объём, так что ради экономии тепла уши, ноги и прочее должны быть поменьше.

Довольно долго считалось, что правила Аллена и Бергмана выполняются и для людей, и потому у экваториальных и тропических народов руки и ноги будут длиннее, а у северных – короче. Кристен Савейл (Kristen R. R. Savell) и её коллеги ещё раз перепроверили это на людях из Северной Африки, из так называемой Чёрной Африки, которая лежит к югу от Сахары, из Европы и из Арктики – всего 14 популяций и 400 индивидуумов.

Конечности сравнивали не целиком, а по костям: плечевые и лучевые кости в руках, бедренные и большие берцовые кости в ногах. Насчёт лучевой и большой берцовой костей всё подтвердилось: они действительно укорачивались при движении к северу. Бедренная кость тоже менялась в размере, однако, как говорится в статье в PNAS, изменения в нём не были связаны с окружающим климатом.

Что же до плеча, то оно, вопреки правилу Аллена, у северных популяций становилось длиннее, а не короче – по мнению авторов работы, тут свою роль сыграли генетические взаимовлияния: укорочение лучевой и большой берцовой костей через какой-то внутренний молекулярный механизм спровоцировали удлинение плечевой кости.

Тут стоит заметить, что правило Бергмана (и примыкающее к нему правило Аллена) вовсе не универсально – из него есть исключения, и сейчас про него говорят, что оно носит статистический характер и отчётливо проявляется лишь при прочих равных условиях. На размеры животных влияют и другие факторы, кроме температуры, а приспосабливаться к суровому климату можно разными способами, например, перенастраивая свою биохимию.

В случае с разными человеческими популяциями видно, как один признак (длина конечностей) распадается на несколько (длина разных костей), так что правило может действовать и не действовать в пределах одного и того же вида, и что рассматривая такие комплексные признаки, следует всегда помнить о влиянии генов друг на друга.

Всё это, очевидно, относится не только к рукам и ногам, но и к другим характерным особенностям организма, чью эволюционную историю мы пытаемся восстановить.