Огонь, ум и маленькие зубы: о влиянии питания на развитие мозга
Почти всю ночь над саванной бушует гроза. Ревет ветер, то и дело гремит гром, а небо прорезают яркие молнии. На небольшой возвышенности, под выступом скалы, приютилась группа из 12 доисторических людей, тесно прижавшихся друг к другу. Они напряжены и очень напуганы. Незадолго до рассвета раздается оглушительный треск: на расстоянии нескольких сотен метров в высокое дерево ударила молния, и оно сразу же загорелось. Из-за горящий веток, которые падают на землю, начитается локальный пожар. Наши предки завороженно наблюдают за бушующей стихией. Когда пожар утихает, уже давно рассвело. Четверо мужчин без промедления хватают свои рубила и каменные ножи и отправляются за добычей.
Доисторические люди и раньше уже находили преимущественно мелких, но иногда и крупных животных, становившихся жертвами таких пожаров. Заветной целью поисков является жареное мясо, ведь его намного легче жевать, да и на вкус оно гораздо лучше сырого. В этот раз удача улыбнулась добытчикам в самом начале: они обнаружили крупную антилопу, которую придавила упавшая на землю большая ветка. Вокруг животного лежат все еще тлеющие или догорающие остатки дерева. При помощи своих инструментов мужчины быстро принимаются снимать с антилопы шкуру и отделять мясо от костей. Вдруг непосредственно сзади них раздается хихикающий крик гиен. Один мужчина рефлекторно хватает горящую ветку и начинает размахивать ею, чтобы отпугнуть опасных соперников.
Только после того, как гиены скрылись из виду, он понимает, что держит в руках огонь. В то время как с одного конца ветка горит, он может, не обжигаясь, держать ее за другой. Полные любопытства, трое других тоже хотят потрогать горящую ветку, но делают это с почтительной осторожностью. Так они узнали, что если с огнем обращаться аккуратно, то его можно переносить. В этот день главной добычей, которую люди принесли в лагерь, было не мясо, а всесильный огонь.
Возможно, примерно так древние люди и открыли для себя всю пользу огня. В процессе человеческой эволюции это достижение сыграло чрезвычайно важную роль и было даже более значимым, чем изобретение орудий труда[235].
Постепенно это знание стало распространяться, начали появляться кострища[236]. За ними постоянно следили и подкладывали в них дрова, чтобы огонь не потух. Этого никак нельзя было допустить, ведь разжигать огонь люди научились лишь несколько поколений спустя[237]. Когда доисторическим людям нужно было покидать лагерь, они обкладывали кострище древесной корой, накрывали его листьями, чтобы защитить, и уносили с собой. Огонь был самым ценным из того, чем они владели, ведь холодными и темными ночами он давал свет и тепло, отпугивал бродивших в округе хищных кошек и других животных, благодаря ему люди могли жарить еду и чувствовали себя в безопасности.
Первые следы от костра
Вопрос о том, когда и где древним людям впервые удалось укротить огонь, является предметом ожесточенных научных споров. Возможно, окончательно мы этого так никогда и не узнаем. Проблема заключается в интерпретации древних следов, оставленных огнем, а именно в том, чтобы понять, разгорелся ли он естественным путем или его разожгли люди. В этом отношении никаких сомнений не вызывают находки, сделанные в пещере Вандерверк[238], которая находится на севере ЮАР, недалеко от границы с Ботсваной. Внутри пещеры – приблизительно в 30 метрах от входа и на глубине 2 метров по отношению к уровню пола – международная группа исследователей обнаружила множество подпаленных костей и останков растений, лежавших в непосредственной близости от рубил и других доисторических орудий труда, которые могли принадлежать человеку работающему.
На основании положения находок, а также структуры остатков золы археологи пришли к выводу, что огонь в пещере был разожжен, а не возник в результате лесного пожара. Кроме того, толщина слоя золы свидетельствует о том, что огонь разводили много раз на одном и том же месте. Исследователи датировали находки возрастом в один миллион лет. Проанализировав останки при помощи специального спектроскопического метода, ученые установили, что кости нагревались при температуре не более 500 °C. Температура же пламени, образующегося в результате горения древесины, обычно составляет около 800 °C, кроме того, в пещере не было никаких останков древесного угля. Поэтому исследователи пришли к заключению, что обитатели пещеры в качестве горючего материала использовали не крупные куски дерева, а мелкие части растений, например листья, стебли или сухую траву. Ввиду того, что такой материал сгорает полностью, зола после него образуется очень мелкая и легко развеивается. Вероятно, поэтому до нас дошло так мало следов кострищ эпохи палеолита.
Не столь однозначные находки, свидетельствующие о возможных доисторических кострищах, были сделаны в местности Сварткранс, недалеко от Йоханнесбурга, а также в Кении и Эфиопии. Их возраст составляет 1,5 миллиона лет. В Китае, наряду с окаменелостями человека прямоходящего, исследователи обнаружили обугленные кости млекопитающих, датированные даже 1,7 миллиона лет. С эволюционно-биологической точки зрения, представленной Ричардом Рэнгемом, приматологом из Гарвардского университета, использование огня сыграло ключевую роль для дальнейшего развития людей еще до появления человека прямоходящего или же непосредственно во время становления этого вида, то есть более двух миллионов лет назад. По мнению исследователя, иначе доисторические люди и вовсе не смогли бы выжить и прочно обосноваться практически на два миллиона лет в самых разных регионах Азии, Европы и Африки[239].
Ведь по строению своего тела прямоходящие люди уже были очень похожи на нас. Ростом они были явно выше 150 сантиметров, передвигались так же, как и мы, имели такую же форму ступней и, в отличие от предлюдей и наиболее ранних представителей рода людей, уже не могли проворно лазать по деревьям, потому что утратили необходимые для этого анатомические особенности в строении рук, плеч и туловища. Поэтому следует предположить, что спали они преимущественно на земле, где на них могли напасть хищники и другие опасные животные, например носороги, слоны или буйволы, которые просто могли пройти через их лагерь, сметая все на своем пути. Чтобы защититься от всех этих угроз, они могли полагаться только на свою находчивость, слаженные действия, палки, камни и, возможно, огонь, который согревал, освещал их по ночам и отпугивал хищных врагов.
От сырого мяса к жареному
И все же основным аргументом Рэнгема является сравнительно небольшой размер зубов у прямоходящих людей. В промежутке между существованием человека умелого и появлением человека прямоходящего у представителей нашего рода наблюдается наиболее явное уменьшение зубов за последние шесть миллионов лет человеческой эволюции. Однако такое преобразование в высшей степени невыгодно для существ, питавшихся главным образом жестким сырым мясом, волокнистыми кореньями и фруктами с твердой кожурой. Поэтому Рэнгем убежден, что уменьшение зубов у прямоходящих людей может объясняться лишь появлением способности жарить пищу на огне или варить ее в источниках с горячей водой, ведь пищу, предварительно подвергнутую термической обработке, значительно легче жевать. По мнению Рэнгема, применение огня и различных инструментов для приготовления и измельчения сырой пищи сделало ненужным мощный жевательный аппарат, который в процессе эволюции претерпел изменения и стал менее энергозатратным.
Кроме того, термически обработанная пища легче и быстрее переваривается, и из нее можно извлечь больше питательных веществ. Благодаря этому значительно повышается количество энергии, получаемой человеком из одной порции. Например, если подвергнуть термической обработке такие крахмалосодержащие продукты, как злаковые или картофель, они дают на 30–50 % больше энергии[240], а количество ценного белка, которое можно извлечь из яиц, приготовленных таким же образом, увеличивается более чем на 40 %[241]. Благодаря тому, что такая пища была более удобной для переваривания, а получаемые питательные вещества расходовались более эффективно, в ходе эволюции постоянно уменьшался размер желудочно-кишечного тракта. Это также позволяло экономить значительное количество энергии, которая теперь могла направляться в мозг. Данный орган, в свою очередь, все больше увеличивался, и его питание требовало все более высоких затрат. Кроме того, термическая обработка делает пригодными в пищу некоторые продукты (например, семена или крахмалосодержащие клубни растений), которые в сыром виде практически несъедобны. Под воздействием высокой температуры лопаются и раскалываются твердые, волокнистые части растений. Термическая обработка также нейтрализует определенные ядовитые вещества растительного происхождения, убивает микробы и патогенные организмы, позволяет дольше сохранять продукты.
В отличие от некоторых исследователей Ричард Рэнгем считает, что ключом к успешному эволюционному развитию человека является не употребление сырого мяса – благодаря которому доисторические люди обогатили свой рацион по сравнению с предлюдьми, чей образ питания был преимущественно вегетарианским, – а термическая обработка мяса и пищи растительного происхождения. По мнению приматолога, рацион доисторического человека, как и в случае современных охотников и собирателей, более чем наполовину состоял из крахмалосодержащих кореньев, орехов, семян и фруктов. Рэнгем пишет следующее: «Целый ряд таких особенностей, как уменьшение размера зубов, признаки более эффективного расходования энергии, а также способность к заселению новых территорий, подтверждает точку зрения о том, что термическая обработка пищи сыграла очень значимую роль в эволюции человека прямоходящего»[242]. А если взглянуть на более поздние стадии эволюции рода людей, то можно отметить, что этот шаг в развитии оказал немаловажное влияние и на формирование головного мозга в его современном объеме.
Крахмал и развитие интеллекта
Несмотря на то что на долю человеческого мозга приходится лишь около 2 % массы тела, поддержание работоспособности этого крупного и сложно устроенного органа требует такого количества энергии, что наш организм отводит на это более 20 % дневной нормы питательных веществ и 60 % содержащейся в крови глюкозы. Обеспечивать всем необходимым столь дорогостоящий орган мы можем только в том случае, если будем регулярно получать достаточно питательного материала. Более чем вероятно, что наши предки извлекали его главным образом не из мяса, а из термически обработанных растений с высоким содержанием крахмала. Он является лучшим в природе источником глюкозы – «горючего», которое состоит из длинных цепочек этого вещества. Однако только при термической обработке крахмал теряет свою кристаллическую структуру и может практически полностью расщепляться в организме.
Тот факт, что даже наши самые древние предки были большими любителями сахара, подтверждается исследованиями моей команды. Уже на зубах дриопитека каринтского – они были найдены в австрийской федеральной земле Каринтия в 1953 году, их возраст составляет 12,5 миллиона лет – мы обнаружили кариес глубокой стадии[243]. Этот результат нас очень удивил, ведь до тех пор появление кариеса связывалось с возникновением земледелия, то есть с неолитической революцией, произошедшей приблизительно 10 000 лет назад. Дело в том, что, по-видимому, именно в это время люди стали употреблять вареный крахмал в особенно больших количествах. Интересно, что у современных человекообразных обезьян проблем с кариесом практически нет. Ученые провели обширное исследование, в ходе которого сравнили состояние зубов у 365 шимпанзе, обитающих в дикой природе в Западной Африке, и выяснили, что лишь 0,17 % их зубов были поражены этой болезнью.
Исследовательская группа под руководством Карен Харди, специалиста из Автономного университета Барселоны, в ходе своей последней работы обнаружила многочисленные физиологические, генетические, антропологические и археологические доказательства тому, что главным образом крахмал, но также и другие углеводы занимали важное место в рационе наших предков гораздо раньше, чем предполагалось до настоящего времени. По мнению Харди, крахмал сыграл решающую роль в удивительно быстром развитии человеческого мозга[244]. Это можно и сегодня проследить в наших генах. Дело в том, что фермент амилаза, отвечающий за расщепление цепочек крахмала, кодируется в генетическом материале человека значительно чаще, чем у других приматов. Результаты последних генетических исследований показывают, что эта специфическая особенность появилась приблизительно один миллион лет назад. Харди и ее коллеги убеждены, что использование огня для приготовления пищи и увеличение количества генов амилазы на протяжении длительного времени развивались как параллельные, взаимообусловленные эволюционные процессы. По мнению ученых из этой междисциплинарной исследовательской группы, активный рост головного мозга связан, несомненно, и с употреблением богатого белками мяса, однако именно использование в пищу термически обработанных крахмалосодержащих продуктов внесло вклад в становление действительно значимых умственных способностей. Получается, без огня не было бы и интеллекта?
Одной сырой растительной пищи нашим древним предкам было бы недостаточно, чтобы снабжать всеми необходимыми питательными веществами высокофункциональный мозг, который сегодня после долгой эволюции в среднем достигает в объеме 1300 см3 и содержит более 80 миллиардов нейронов. Если бы они питались только сырым мясом и растениями, наш мозг и вовсе никогда бы не сформировался. К такому выводу пришли бразильские ученые, тщательно проанализировав особенности питания современных человекообразых обезьян и количество энергии, необходимое для работы мозга этих животных[245]. По результатам этого исследования, взрослой особи гориллы, питающейся преимущественно листьями, цветами и фруктами, потребовалось бы увеличить более чем на два часа время, уделяемое на еду, чтобы снабжать всем необходимым мозг, по своим размерам пропорциональный человеческому. Однако это едва ли возможно, учитывая, что гориллы и так тратят на потребление и переваривание пищи до восьми часов. Им бы просто-напросто не хватило времени.
Много часов на еду тратят и шимпанзе, которые питаются главным образом листьями и лесными фруктами и лишь изредка – убитыми животными, например обезьянами-толстотелами. Их обычная пища настолько жесткая и тяжелая для организма, что, когда они заканчивают пережевывать и переваривать ее, день уже подходит к концу. Если бы люди каменного века вели сходный образ жизни, у них не было бы никакой возможности получить нужное количество питательных веществ за время от восхода до захода солнца, учитывая, что пищу сначала нужно было добыть, а потом уже измельчить, пережевать и переварить. Даже если бы они питались исключительно сырым мясом, ситуация обстояла бы немногим лучше. У наших предков практически не оставалось бы времени на другие занятия, например на изготовление орудий труда или взаимодействие с другими членами группы. Однако благодаря термической обработке употребляемой пищи люди тратят на еду лишь 10–20 % времени, которое этому должны уделять человекообразные обезьяны. Так у наших древних покорителей огня появилось больше возможностей для творческой деятельности и, кто знает, для непринужденных бесед вокруг общинного костра.
Однако в процессе эволюции огонь не только позволил нашим предкам лучше питаться и дал им больше свободного времени, но и привел к значительно более основательным преобразованиям. Во все времена огонь представлял для нас опасность, но в то же время он нам жизненно необходим. В пламени можно было закалять наконечники копий и стрел, благодаря ему из мягкой и податливой глины можно было создавать керамические изделия, а из руды – получать металл и ковать оружие. При помощи искусственно вызванных пожаров древние люди выжигали леса, освобождая тем самым землю для посевов. Так шаг за шагом огонь помогал людям становиться все более независимыми от окружающей среды, и в конечном итоге пламя осветило развитие нашей цивилизации. Сегодня мы используем огонь на электростанциях, в двигателях внутреннего сгорания, которые приводят в движение машины, корабли и самолеты, и потребляем при этом огромные количества топлива, возникшего, возможно, даже раньше эры динозавров. С того момента, как наши предки впервые приручили огонь, прошло уже почти два миллиона лет, то есть приблизительно 65 000 человеческих поколений. Нам следует понять, что за это время покорение огня коренным образом изменило не только нас самих, но и нашу окружающую среду, наш климат и всю нашу планету.