Извилины мозга: в чем их ценность
При всех существовавших отличиях различные виды людей имели нечто общее: прежде всего у них был необычайно большой мозг по сравнению с другими животными. Если у млекопитающих с весом тела в 60 кг объем мозга составлял в среднем 200 см3, то объем мозга Homo sapiens такого же веса был более солидным — 1200–1400 см3. Первые люди, которые жили 2,5 млн лет назад, обладали мозгом небольшого размера, но по сравнению, например, с леопардом, который весил столько же, их мыслительный аппарат был очень большим. В процессе развития эта разница становилась все значительнее. Оглядываясь назад, представляется весьма логичным, что эволюция способствовала непрерывному увеличению размеров мозга, поскольку чем больше мощность мозга, тем, очевидно, лучше. Почему же тогда во всем животном мире, населяющем нашу планету, только у Homo sapiens развился такой мощный аппарат мышления? Почему эволюция не наделила, например, кошек аналогичным мозгом, чтобы они могли вычислять интегралы?
Действительно, обладание огромным мозгом требует огромных энергетических затрат. Это очень большая нагрузка для человеческого тела — таскать на себе этот тяжелый череп — вместилище мозга, учитывая, что он пожирает огромное количество энергии.
Около 100 млрд нервных клеток мозга непрерывно обмениваются между собой биохимическими сигналами. Посредством 100 биллионов синапсов, связанных друг с другом, они образуют конструкцию, ни с чем не сравнимую по сложности. Число всех теоретически возможных контактов в нашем мозге больше, чем число атомов во всей Вселенной. У Homo sapiens мозг составляет только 2–3 % общего веса тела, но даже в состоянии покоя, лежа на диване, он потребляет 20 % всей энергии, необходимой для жизнедеятельности всего организма. А уж если мы читаем статью и пытаемся вникнуть в ее смысл, мозг «поедает» уже все 25 %. «Мозг требует непропорционально высоких затрат энергии, — объясняет Э. Мозер, руководитель отдела физики при Центре медицинской физики и биомедицины г. Вены. — Он включается не только в случае необходимости, а находится в состоянии постоянной готовности и не отдыхает никогда».
Уже в XIX в. итальянец А. Мокко продемонстрировал потребность мозга в «горючем»: он уложил человека на своеобразные весы, на одном конце которых находилась голова, на другом — ноги, и привел их в баланс. После того как Мокко попросил испытуемого решить математическую задачу, часть весов, на которых находилась голова, опустилась вниз: с целью обеспечения мыслительного процесса организм «накачал» в мозг больше крови и кислорода.
Несмотря на то что, по отношению ко всему организму, потребность в энергии мозга весьма значительна, эффективность его работы невероятно высока: он легко обходится 20–30 Вт, соответствующими мощности одной слабенькой лампочки. Конструкторы компьютеров могут ему позавидовать: самый высокомощный вычислительный прибор, легко «пожирая» 100 кВт в день, даже отдаленно не способен выполнить комплексную работу нейронов. «Чтобы обеспечить мозг энергией, достаточно лишь кусочка виноградного сахара, — объясняет ученый Сандкюллер. — Один лишь этот факт показывает, насколько биология сложнее, мощнее и эффективнее любой техники».
В мозге человека происходит интенсивный коммуникационный процесс: миллиарды нервных клеток постоянно обмениваются информацией. Так, известно, что нервные импульсы поступают в мозг по 2,5 млн нервных волокон, а 1,5 млн других участвуют в выводе переработанной мозгом информации. В секунду каждое такое нервное волокно передает в мозг до 300 импульсов, и даже если в него не поступает импульс, мозг все равно получает информацию о наличии, например, тишины или темноты. Если обозначить импульсы единицей, а их отсутствие нулем, то мощность мозга будет равна 2 500 000 х 300 bits в секунду, что соответствует с учетом разного рода потерь почти 100 МВ.
Задача мозга состоит в том, чтобы поток входящей мощности перевести в поток исходящей мощностью до 60 МВ/сек. Этот сигнал поступает к мышцам, железам, органам, выполняющим важные функции жизнедеятельности, — и это происходит почти мгновенно.
Для сравнения: мозг обезьяны потребляет только 8 % всей энергии организма. Наши предки заплатили очень высокую цену за свой большой мозг. Как государство, сокращая свои затраты на вооружение, инвестирует в образование, так и человек управляет своей энергией, переводя ее из мышечной массы (силовой составляющей) в развитие мозга. При этом спорно, что в саванне, например, такая стратегия выживания была разумной. Можно предположить, что Homo sapiens того времени теоретически мог дискутировать с шимпанзе, ставя его в тупик своими аргументами, но при этом шимпанзе без дискуссии мог разорвать человека на куски.
С сегодняшней точки зрения увеличение мозга было оптимальным условием выживания человека. Но как можно было избежать увеличения объема мозга за счет уменьшения массы мышц? Ученые считают, что решающую роль сыграло употребление мяса. «Без него приматы не могли бы эволюционировать в людей», — считает историк и эколог Дж. Райххольф (J. Reichholf). Причиной этому является потребность человеческого мозга в протеинах. По его словам, мясо начало входить в рацион наших ранних сородичей около 5 млн лет назад — в переходную эпоху их разделения на ветви, ведущие непосредственно к виду Homo sapiens и на его «обезьяних» родственников.
У человека, по отношению к общей массе тела, мозг почти втрое больше, чем у горилл или шимпанзе. Именно увеличение размеров мозга требовало дополнительных веществ, позволяющих поддерживать и развивать функции этого ощутимо объемного органа, в частности, протеинов и этерифицированных жирных кислот. Его быстрый рост сразу после рождения был необходим для дифференцирования процессов мышления и обучения, отличающих ранних людей от своих сородичей.
Вполне вероятно, что, если бы наши предки остались вегетарианцами, вряд ли они развились бы до Homo sapiens. Однако шимпанзе, например, тоже время от времени едят мясо. Ощущая острую потребность в протеинах, они становятся самыми настоящими бестиями: нападая на павианов или на своих же сородичей, они разрывают свою добычу с неистовой жадностью и яростью. Такое поведение — выражение острого недостатка протеинов, который не может компенсировать растительная пища.
Ко времени появления Homo sapiens мозг его предков непрерывно развивался. Но за исключением каменного ножа и заостренных копий это развитие принесло человеку относительно мало. С точки зрения эволюции развитие человеческого мозга так же парадоксально, как появление перьев у павлина или тяжелых рогов у оленя. Зачем все эти затраты?
Самые древние раскопки убеждают, что уже 2,5 млн лет назад человек применял приспособления и инструменты для облегчения своей жизнедеятельности. Причем они были выполнены людьми, имевшими прямую походку. Наши обезьяноподобные предки в течение миллионов лет развили скелет, который предусматривал передвижение на четырех ногах. Голова была относительно легкой и движений не затрудняла. Перенастройка на прямую походку выдвигала новые требования, так как конструкция скелета должна была удерживать уже значительно утяжеленный череп владельца. Стоя на двух ногах, нашим предкам было удобнее искать пищу или разглядывать врага в саванне. Платой за прямохождение стали боли в спине и закостенелая шея.
