Компьютерное моделирование показало, что неандертальцы не были способны мощно кусаться, зато строение носа позволяло им вдыхать в минуту почти в 2 раза больше воздуха, чем современному человеку.
Неандертальцы резко отличались от нас с вами, и большинство этих отличий сосредоточено в строении их черепа. Но почему древние обитатели Европы были такими? Давно прошли времена, когда неандертальцев изображали обезьяноподобными. Эти существа были не менее эволюционно продвинутыми, чем Homo sapiens, только их эволюция происходила в иных реалиях: наши предки формировались в жаркой Африке, а неандертальцы выживали в суровом климате ледниковой Европы. Логично предположить, что тяжёлые условия наложили печать на строение неандертальского лица. Если бы мы увидели неандертальца живьём, то, помимо мощного надбровья и покатого лба, в глаза нам сразу бы бросились крупные челюсти и большой, сильно выступающий нос. Специалисты добавят сюда большое ретромолярное пространство (между 3-м коренным и восходящей ветвью нижней челюсти), вогнутое носовое дно и ряд других особенностей носовой полости.
Существует несколько гипотез, объясняющих такие странности неандертальского лица. Первая гипотеза — «сильного укуса» — постулирует, что этим древним людям приходилось часто и сильно нагружать свои передние зубы, разгрызая грубую пищу, а также пользуясь резцами и клыками, как инструментами. Согласно второй гипотезе — климатической — неандертальцы должны были дышать холодным и сухим воздухом, нагреву и увлажнению которого служит строение их носовой полости и лица в целом. Если исходить из третьей гипотезы — энергетической — интенсивный стиль жизни древних охотников требовал эффективного энергетического обмена. Усиленному снабжению лёгких кислородом и служит неандертальский нос и весь их дыхательный тракт. Наконец, всё это могло сформироваться случайно, в результате «эффекта основателя», или просто достаться в наследство от предков. Гипотез много, вопрос в том, как их проверить?
Надо сказать, что гипотеза «сильного укуса» пользовалась среди учёных наибольшей поддержкой, поскольку в её пользу говорили косвенные признаки. Зубы неандертальцев сильно стёрты, им действительно приходилось постоянно подвергать жевательный аппарат сильным нагрузкам. Специалисты считают, что неандертальцы часто удерживали пищу — например, мясо — в зубах, при этом отрезая или отрывая от неё куски. Впрочем, сильный износ зубов характерен и для некоторых групп современных людей.
Авторы новой статьи в Proceedings B (Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences) оценивают разные гипотезы, сравнивая 3D-модели черепов неандертальцев, современных людей и гейдельбергского человека. Для создания биомеханической модели они использовали метод конечных элементов, позволяющий количественно оценить механические нагрузки на зубы и поток воздуха, проходящий через дыхательные пути.
Для анализа выбрали череп гейдельбергского человека Брокен-Хилл 1 (Замбия), пять неандертальских черепов (Ла-Феррасси 1, Ля Шапель 1, Гибралтар 1, Ле-Мустье 1, Регурду 1), древнего сапиенса Младеч 1 и 10 сапиенсов, мужчин и женщин — 2 европейцев, 2 азиатов, инуитку, новозеландца, перуанку и африканца. Авторы специально выбрали современных людей, живших в очень разных климатических условиях.
С помощью компьютерной томографии получили 3D-копии всех образцов. Сделали виртуальную реконструкцию древних черепов — достроили недостающие элементы и восстановили форму деформированных частей. Исходя из площади крепления жевательных мышц, промоделировали их силу.
С помощью этих моделей оценили эффективность челюстей при нескольких типах нагрузки: двустороннем укусе передними зубами — резцами и клыками, одностороннем укусе на уровне левого первого верхнего резца и одностороннем укусе на уровне левого второго верхнего коренного.
После этого построили модель носовой полости неандертальца из Ля Шапель (его выбрали ввиду наилучшей сохранности). Уже при моделировании антропологи убедились, что внутреннее устройство неандертальского носа сильно отличается от того, как устроен нос современных людей, а также гейдельбергского человека. Воспроизвели и мягкие ткани.
Для каждого черепа вычислили энергию, получаемую при дыхании, максимальный поток воздуха, передачу тепла и влажности.
Каковы результаты исследования?
При любой нагрузке на зубы, двусторонней и односторонней, челюсти гейдельбергского человека из Брокен-Хилл работали наименее эффективно. Отличий же между сапиенсом и неандертальцем оказалось не очень много, но там, где они всё же наблюдались, выигрыш был на стороне сапиенсов. Это не значит, что сапиенсы могут кусать сильнее, чем крупнозубый мужчина из Брокен-Хилл. Речь о том, что строение их челюстей позволяет им затрачивать меньше усилий для столь же мощного укуса. Выигрыш в эффективности даёт возможность уменьшить площадь зубов, сократить мускулатуру, облегчить скелет и более экономично расходовать энергию.
Авторы делают вывод: про гипотезу «сильного укуса» в отношении неандертальцев можно благополучно забыть.
А что можно сказать о борьбе с холодом? Снова наиболее эффективными оказались современные люди, чьи носы лучше всех нагревали поступающий воздух. Неандертальский нос справлялся с этой задачей на 8-10% хуже, и опять всем проиграл Брокен-Хилл, оказавшийся слабее ещё на 5—15%.
Наконец, через чью носовую полость проходит самый большой поток воздуха?
Объём носового прохода неандертальца оказался рекордным — около 19 тыс. куб. мм, что на 29% больше, чем у сапиенсов (у них в среднем 14 500 куб. мм), а замыкает список уже традиционно Брокен-Хилл со своими жалкими 11 800 куб. мм. Надо сказать, что на проходящий через нос поток воздуха влияет не только общий объём носового тракта, крайне важны размеры ноздрей и носового клапана. Анализ показал, что нос Ля Шапель пропускал в единицу времени почти в два раза больший воздушный объём, чем у сапиенсов (50 и 27 литров в минуту соответственно). Кстати, несмотря на маленький объём, Брокен-Хилл здесь обогнал современных людей, его поток составил 42 литра в минуту.
Что получается? Неандертальцы кусались не лучше, чем мы с вами, зато могли гораздо интенсивнее дышать носом. Видимо, этого требовал интенсивный, энергетически затратный образ жизни, который вели древние европейские охотники в холодном климате. Авторы статьи добавляют, что дыхание через нос не только согревает воздух, но обеспечивает фильтрацию, защищая от грязи и патогенов — неандертальцам носовое дыхание было очень на пользу. Странно, что, несмотря на это, они вымерли.
