Я алгеброй потение поверил

Наконец нашелся ученый, который проверил сформулированные выше идеи с помощью цифр. Таким молодцом оказался английский биолог Питер Уилер, посвятивший теме терморегуляции серию статей в 80–90-е годы прошлого века.

Сначала Уилер решил оценить выгоды прямохождения. Для этого он провел забавный эксперимент. Ученый изготовил маленькую модель гоминида с конечностями на шарнирах, которую ставил в четырехногую и двуногую позиции и фотографировал под разными углами — как бы с «точки зрения» движущегося по небу солнца. А затем измерял площадь, которую фигурка занимала на фотографиях. При этом получалось, что когда солнце невысоко над горизонтом, двуногий гоминид подставляет солнечным лучам слегка бóльшую площадь, чем четвероногий. Зато когда солнце в зените и, следовательно, жарит сильнее всего, облучаемая поверхность тела прямоходящего существа становилась меньше на 60%, чем у его собрата на четвереньках. Если же голову, да еще и плечи двуногого примата покрывали волосы, то выигрыш становился еще значительнее, так как волосами закрывалось более 70% площади, облучаемой солнцем. В качестве аналогии Уилер вспоминал бородавочников, также живущих в жаркой саванне, — их тело покрыто редкой щетиной, однако вдоль хребта тянется густая грива, вероятно, выполняющая ту же функцию, что и шапка волос на нашей голове.

Кроме того, при вертикальной позе можно быть долговязым, с длинными руками и ногами — площадь облучения от этого не растет, зато увеличивается поверхность охлаждения. Наконец, на высоте 1,5–2 м температура воздуха бывает на пару градусов ниже, чем у поверхности, а ветер сильнее.

Кстати, Уилер объяснял, почему живущие в саванне павианы не стали прямоходящими: они меньше размером и обладают более скромным мозгом, чем гоминиды, а значит, меньше греются. Кроме того, из-за своего невысокого роста павианы, перемещаясь на четвереньках, полностью скрывались в высокой траве, защищавшей их от солнца. С этим, правда, можно поспорить, ведь ископаемые павианы бывали очень крупными.

Уилер на этом не остановился. Он решил подсчитать общий тепловой «бюджет» в нескольких температурных режимах для разных вариантов гоминида: четвероногого и двуногого, покрытого шерстью и голого^, . Ученый рассмотрел даже два варианта теплопроводности шерсти, не забыв о том, что у «бесшерстного» примата сохранились волосы на голове. Сколько тепла получает каждый из вариантов гоминида с шести утра до шести вечера? И сколько способен рассеять с помощью потения? Ученый постарался учесть как можно больше параметров, в том числе скорость ветра, разницу температур на разном расстоянии от земной поверхности, долю прямого и отраженного теплового излучения, получаемого гоминидом, а также вырабатываемое животным внутреннее тепло.

Расчеты снова показали выгоды прямохождения: тепловая нагрузка для двуногих была заметно ниже. А вот с отсутствием шерсти все получилось не так радужно (и об этом почему-то мало пишут). Выходило, что в самые жаркие часы голый гоминид, что двуногий, что четвероногий, нагревался сильнее, чем его волосатый близнец. А в начале и в конце дня безволосый примат быстрее остывал. Если расчеты Уилера верны, то исчезновение природной изоляции — шерсти — привело к тому, что древние гоминиды стали и получать, и терять больше тепловой энергии. Днем перегреваться, а утром и вечером мерзнуть.

Однако, рассуждал ученый, потеря изоляции компенсировалась многократно (в пять раз!) возросшей эффективностью потения. Там, где волосатый гоминид получал тепловой удар, голый за счет испарения с кожи продолжал чувствовать себя комфортно.

Более того, расчеты Уилера показали, что при максимальной температуре воздуха до 35 °C голый гоминид расходовал меньше воды, чем покрытый шерстью. За счет чего? В утренние и вечерние часы, когда солнце невысоко, активно движущееся животное все равно должно охлаждаться — избавляться от излишков внутреннего тепла. Вот это охлаждение у безволосого примата происходило быстрее, и таким образом, согласно Уилеру, экономилась жидкость. Но только в случае двуногого гоминида! Четвероногий таких выгод не получал. Поэтому, считал ученый, потеря шерсти у наших предков могла произойти только после того, как они встали на две ноги.

В 1996 году выкладки Уилера подвергла жесткой критике Лиа Кейрозду Амарал (Lia Queiroz do Amaral), бразильский физик. К чему городить огород! Из расчетов Уилера напрямую следует, что шерсть в саванне выгодна и днем, когда защищает от солнца, и ночью, когда согревает, ведь в саванне ночами температура падает до –11 °C или даже ниже. Животным в таких условиях нужно усиливать изоляцию, а не уменьшать ее. Недаром у саванных обезьян плотная шерсть! Мартышки-гусары вовсе не голые, но при этом потеют почти как человек. Значит, шерсть потению не мешает. Амарал повторяла выводы Ньюмэна: скорее всего, потеря волос на теле произошла не в саванне, а в лесистой местности, где и температура пониже, и прямых солнечных лучей нет. И это вполне согласуется с новыми реконструкциями среды обитания австралопитеков: не саванна, а мозаичный ландшафт, редколесье.

Уилер ответил на критику едкой статьей, из которой следовало, что Амарал недопоняла и совершенно превратно истолковала результаты автора. Больше Уилер к теме теплообмена гоминид не возвращался. Это сделали другие ученые.

В 2011 году к модели Уилера обратились биологи Грэм Ракстон и Дэвид Уилкинсон^, . По мнению авторов, недочет модели в том, что расчеты производились для неподвижно стоящего гоминида. Но ведь мы говорим о древнем человеке, который гнался за добычей! Зачем стоять столбом под палящим солнцем? Лучше уж добежать до укрытия и отдыхать в тени.

Модель модифицировали на случай примата, движущегося со скоростью 3 м/с. Вспомним, что при беге вырабатывается гораздо больше внутреннего тепла, кроме того, нужно учесть конвекцию — тело бегуна обдувается воздухом. Как и Уилер, авторы рассмотрели четыре случая — прямоходящий и четвероногий примат, голый или покрытый шерстью.

Поскольку шерсть создает теплоизоляцию, тепловая нагрузка на волосатого гоминида в течение дня меняется несильно, ведь главный ее компонент — внутреннее тепло, вырабатываемое организмом. По этой причине внезапно у авторов получилось, что между четвероногим и двуногим шерстистыми приматами разницы с точки зрения терморегуляции почти нет. А главное — в полуденный зной такой покрытый шерстью индивид долго не протянет: после 10–20 мин бега, при температуре у земной поверхности в +40 °C, беднягу накроет тепловой удар.

Другое дело — безволосый вариант. Изоляции теперь нет, и тепла тело получает больше, чем в предыдущем случае, однако за счет интенсивного потения его температура даже в самый жаркий полдень не превысит допустимых значений. Разумеется, это верно лишь в случае, если скорость потения древних людей достигала современного уровня. И, конечно, если под рукой достаточное количество воды. Надо добавить, что утром и вечером наш гладкокожий примат рискует переохладиться, однако с этим можно справиться, если продолжать двигаться, вырабатывая тепло. Побегай и согреешься!

Вот теперь, когда волос нет, двуногий гоминид греется заметно меньше, чем четвероногий. Понимаете, что все это значит? Если прямохождение возникло для снижения тепловой нагрузки, то шерсть должна была исчезнуть до того, как наши предки встали на две ноги. Представьте себе четвероногих ГОЛЫХ обезьян!

Ракстон и Уилкинсон предположили, что поначалу, когда гоминиды еще не могли так обильно потеть, как мы, они перемещались по открытым пространствам утром и вечером, а в середине дня прятались в тени. По мере развития потения дневной перерыв в активности постепенно сокращался, пока не исчез совсем.

Последние штрихи к модели Уилера добавили в 2016 году Тамас Барретт и Робин Данбар из Оксфорда. Они уточнили, что никакое животное не может непрерывно двигаться в течение всего дня. Обычно на перемещения уходит не более 20% времени. Кроме того, ученые заявили, что все останки австралопитеков найдены на высоте не менее 1000 м над уровнем моря. Точнее, сейчас их местонахождения в Восточной Африке, может быть, и ниже, но Восточно-Африканский рифт за 3 млн лет сильно просел. (Что скажете, сторонники «водной обезьяны»?) Это значит, что для местообитаний австралопитеков характерны более низкие температуры — не +40 °C в полдень, а всего лишь 33,5.

Барретт и Данбар провели расчеты в свете новых поправок и пришли к выводу, что и гладкие, и покрытые шерстью особи смогли бы существовать в таком режиме, не перегреваясь, однако тепловая нагрузка на безволосых будет больше. Выше будут потери воды, а утром и вечером гладкокожие гоминиды будут мерзнуть — на высоте 1000 м холодные ночи, разница с дневной температурой может достигать 15 °C. Вот и приплыли! Прохладные ночи и жаркие полдни, оказывается, не давали австралопитекам потерять шерсть, пока те населяли возвышенности. Возможно, гоминиды не спускались в низины потому, что там для них было слишком жарко. И только около 2 млн лет назад, когда на всей планете похолодало, потомки австралопитеков — Homo — смогли заселить низменности, где суточные перепады температур не так велики. Может быть, тогда наши предки наконец утратили волосы.

Играя с параметрами модели, Уилер и его последователи приходят к разным выводам. Кто же прав? И как повлияют на модели новые открытия? Барретт и Данбар, говоря о высоте над уровнем моря, учли лишь часть известных находок гоминид. А как же останки бахр-эль-газальского австралопитека из Республики Чад? Высота местонахождения — всего 250 м (данные Google Maps). Никак не 1000, и вряд ли Сахара с тех пор просела почти на километр!

Как мне кажется, в вопросе о том, стали ли наши предки больше или меньше греться, избавившись от шерсти, многовато неизвестных. И главное: мы по-прежнему не знаем, когда и где это произошло: в лесу, на деревьях? В редколесье, где ардипитеки делали первые шаги на двух ногах? В саванне, где ранние Homo гонялись за антилопами или выискивали свежую падаль? А может, позже? А может, раньше? А каким был в этот момент климат?

И все же переход от риторики к физической модели если и не поднимает гипотезу Уилера на голову выше всех остальных, то выгодно выделяет эту работу.

Отправить