Форма следует за функцией

Виртуальные черепа: некоторые предки человека имели облик «щелкунчиков». У людей большая голова, но нет морды - это знает каждый. Но что известно меньше: у предков человека австралопитеков, живших от двух до четырех миллионов лет назад, были маленький череп, морда и очень крупные зубы. Для чего они были нужны первобытному человеку?

Поскольку форма и способ действия взаимосвязаны, па­леоантропологи, специалисты в области эволюции человека, предполагают, что такая форма головы является в большей степени следствием нагрузок на переднюю часть черепа, которые были вызваны пережевыванием пищи. Группа австрийских и американских ученых под руководством Дэвида Стрэйта (Университет Олбани, США) и Герхарда Вебера (Университет Вены) провела серию экспе­риментов по биомеханическому моделированию распределения нагрузки в черепе первобытного человека Australopithecus africanus и сравнила их с нагрузками в черепе яванской макаки Macacafascicularis.

Это стало возможным в ре­зультате применения «анализа конечных элементов» (АКЭ), компьютерной технологии, которая позволяет ученым раз­ложить геометрические тела на маленькие параллелепипеды и тетраэдры и рассчитать их по отдельности. Но вначале необ­ходимо было создать предельно точные трехмерные модели черепов.

В Университете Вены, где на­ходится один из ведущих цен­тров виртуальной антропологии, череп первобытного человека был «составлен» из двух неполных экземпляров из Юж­ной Африки и дополнен иско­паемыми фрагментами Sts 5 и Sts 52. Американские ученые экспери­ментальным путем определили различные типы нагрузок на череп современных обезьян при разгрызании или разжевывании пищи, а также особенности конструкции костей черепа.

В результате расчетов аме­рикано-австрийской группе ученых удалось получить представление о приложении силы в процессе жевания в че­репах Australopithecus africanus и Macacafascicularis. У макак механическую нагрузку при­нимает на себя длинная рако­винообразная морда. У австра­лопитеков жевательное усилие с верхних малых коренных зубов передавалось напрямую небным отросткам верхней челюсти, и отростки эти, расположенные по обеим сторонам носа, выступали у более плосколицых австралопитеков в виде черепных контрфорсов.

Что же это была за пища, создававшая такую нагрузку на предкоренные зубы Australopithecus africanus? «Скорее всего, это были крупные предметы, - полагает Дэвид Стрэйт, - которые не могли из-за своих размеров продвинуть­ся во рту до краев коренных зубов, а также были чересчур жесткими для резцов».

Гипотеза палеоантропологов такова: этот вид гоминидов питался орехами и семенами в твердой скорлупе, диаметр которых достигал пяти санти­метров; по крайней мере таков был их рацион в неплодородное время года.

«Представьте себе, - гово­рит Вебер, - если бы мы, совре­менные люди, по десять месяцев в году ели исключительно антрекоты и мороженое, а в оставшиеся два месяца нам бы ничего не оставалось, как грызть орехи без всяких вспо­могательных инструментов».

И даже в случае, если бы все это происходило только время от времени, процесс естест­венного отбора привел бы же­вательный аппарат человека спустя много поколений к существенным изменениям. И тогда, вполне возможно, у людей появились бы такие же «контрфорсы» у носа и морды.