راز دندان‌های فسیلی: کودکی طولانی و تکامل مغز بزرگ

آیا پیوندهای اجتماعی کلید مغزهای بزرگ انسان‌ها هستند؟

یک مطالعه بر روی دندان‌های فسیلی انسان‌های اولیه از گرجستان که به ۱.۷۷ میلیون سال پیش بازمی‌گردد، نشان می‌دهد که با کمک تسهیلات سنکرون‌تریون اروپا (ESRF) در گرنوبل، دوران کودکی طولانی‌تری وجود داشته است. هرچند مغز این انسان‌ها کوچک بوده و بزرگسالی آن‌ها مشابه بزرگ‌میمون‌ها بوده است، این کشف پیشنهاد می‌کند که دوران کودکی طولانی، همراه با انتقال فرهنگی در گروه‌های اجتماعی سه‌نسلی، ممکن است باعث تکامل مغز بزرگ مانند مغز انسان‌های مدرن شده باشد، نه بالعکس. این مطالعه در نشریه Nature منتشر شده است.

چالش فرضیه‌های قبلی

یک تیم بین‌المللی از محققان از دانشگاه زوریخ (سوئیس)، تسهیلات سنکرون‌تریون اروپا (ESRF) در گرنوبل، فرانسه و موزه ملی گرجستان فرضیه‌ای را به چالش کشیده‌اند که دوران کودکی طولانی انسان‌های مدرن (Homo sapiens) به مغز بزرگ آن‌ها مرتبط است. آن‌ها با مطالعه یک فسیل از انسان‌های اولیه در گرجستان که به ۱.۷۷ میلیون سال پیش بازمی‌گردد، نشان دادند که این گونه، هرچند به سرعت به بزرگسالی می‌رسید (حدود ۱۲ سال)، اما توالی رشد دندان آن مشابه انسان‌های مدرن بود که نشان‌دهنده دوران کودکی طولانی‌تر و وابستگی بیشتر به بزرگ‌ترها نسبت به بزرگ‌میمون‌ها است.

با توجه به اینکه مغز انسان‌های اولیه تنها کمی بزرگ‌تر از مغز یک شامپانزه بود، محققان فرض می‌کنند که این توسعه کندتر به انتقال فرهنگی شدیدتر در نسل‌ها مرتبط بوده است، جایی که بزرگ‌ترها دانش خود را به جوان‌ترها منتقل می‌کنند. دوران کودکی طولانی‌تر در یک زمینه اجتماعی سه‌نسلی به اعضای نارس گروه این امکان را می‌دهد که به طور مؤثرتری دانش بیشتری را جذب کنند.

تأثیر انتخاب طبیعی

پس از اینکه این فرآیند تکاملی آغاز شد، انتخاب طبیعی بر روی ویژگی‌هایی که انتقال فرهنگی در گروه‌های اجتماعی را به طور فزاینده‌ای کارآمدتر می‌کرد، عمل می‌کرد. تنها در یک مرحله دوم و با افزایش انتقال اطلاعات اجتماعی، تکامل به توسعه مغزهای بزرگ‌تر تمایل پیدا می‌کرد که منجر به بزرگسالی دیرهنگام و طول عمر طولانی که مشخصه انسان‌های مدرن است، می‌شد. این مطالعه در نشریه Nature نقش مغزهای بزرگ را در تکامل دوران کودکی طولانی روشن می‌کند و به جای آن پیشنهاد می‌دهد که دوران کودکی طولانی به همراه ساختار اجتماعی سه‌نسلی در نهایت به مغزهای بزرگ‌تر منجر شده است.

دوران کودکی انسان‌ها

در مقایسه با بزرگ‌میمون‌ها، انسان‌ها دوران کودکی به‌طور استثنایی طولانی دارند که در آن والدین، پدربزرگ‌ها و دیگر بزرگ‌ترها به توسعه جسمی و شناختی آن‌ها کمک می‌کنند. این یک دوره کلیدی برای کسب تمام مهارت‌های شناختی لازم در محیط اجتماعی پیچیده یک گروه انسانی است. توافق کنونی این است که رشد بسیار طولانی انسان‌های مدرن به عنوان نتیجه‌ای از افزایش حجم مغز تکامل یافته است، زیرا چنین ارگانی به منابع انرژی قابل توجهی برای رشد نیاز دارد. با این حال، فرضیه «مغز بزرگ – دوران کودکی طولانی» ممکن است نیاز به تجدید نظر داشته باشد، همان‌طور که یک تیم بین‌المللی از محققان در نشریه Nature نشان داده‌اند، بر اساس تحلیلی از رشد دندانی یک فسیل استثنایی.

دندان‌ها کلید هستند

تیم تحقیقاتی، متشکل از دانشمندان دانشگاه زوریخ (سوئیس)، تسهیلات سنکرون‌تریون اروپا (ESRF) در گرنوبل، فرانسه و موزه ملی گرجستان، از تصویربرداری سنکرون‌تریون برای مطالعه توسعه دندانی یک فسیل نزدیک به بزرگسال از انسان‌های اولیه در سایت دمناسی گرجستان، که به حدود ۱.۷۷ میلیون سال پیش بازمی‌گردد، استفاده کردند. “دوران کودکی و شناخت نمی‌توانند فسیل شوند، بنابراین ما باید به اطلاعات غیرمستقیم تکیه کنیم. دندان‌ها ایده‌آل هستند زیرا به خوبی فسیل می‌شوند و حلقه‌های روزانه تولید می‌کنند، به همان شیوه‌ای که درختان حلقه‌های سالانه تولید می‌کنند و رشد آن‌ها را ثبت می‌کنند”، کریستوف زولیکوفر از دانشگاه زوریخ و نویسنده اصلی این مقاله توضیح می‌دهد. “رشد دندانی به شدت با توسعه سایر قسمت‌های بدن، از جمله رشد مغز مرتبط است. دسترسی به جزئیات رشد دندانی یک هومینید فسیلی بنابراین اطلاعات زیادی درباره رشد کلی آن ارائه می‌دهد”، پل تافوراو، دانشمند ESRF و همکار این مطالعه، اضافه می‌کند.

۱۸ سال تحقیق

این پروژه در سال ۲۰۰۵ آغاز شد، پس از موفقیت اولیه تحلیل‌های غیرمخرب از میکروساختارهای دندانی با استفاده از توموگرافی کنتراست فازی سنکرون‌تریون در ESRF. این تکنیک به دانشمندان این امکان را داد که برش‌های میکروسکوپی مجازی از دندان‌های این فسیل ایجاد کنند. کیفیت استثنایی حفظ ساختارهای رشد در این نمونه، امکان بازسازی تمام مراحل رشد دندانی آن، از تولد تا مرگ، با دقت بی‌سابقه‌ای را فراهم کرده است.

بازسازی دندان‌های یک هومینید: پروژه‌ای ۱۸ ساله

به نوعی، دانشمندان توانسته‌اند دندان‌های این هومینید را دوباره رشد دهند. این پروژه تقریباً **۱۸ سال** به طول انجامید؛ از زمان آغاز آن در **سال ۲۰۰۵** تا نهایی شدن نتایج در **سال ۲۰۲۳**. دانشمندان برای اولین بار در **سال ۲۰۰۶** دندان‌ها را اسکن کردند و نتایج اولیه درباره سن فسیل در **سال ۲۰۰۷** به دست آمد. پل تافوراو، یکی از محققان، توضیح می‌دهد: “ما انتظار داشتیم که یا توسعه دندانی مشابه با هومینیدهای اولیه، نزدیک به آنچه در میمون‌های بزرگ وجود دارد، پیدا کنیم و یا توسعه دندانی نزدیک به انسان‌های مدرن. وقتی اولین نتایج را به دست آوردیم، نمی‌توانستیم آنچه را که دیدیم باور کنیم، زیرا این یک چیز متفاوت بود که نشان‌دهنده رشد سریع‌تر تاج دندان‌های آسیاب نسبت به هر هومینید فسیل شده یا میمون بزرگ زنده‌ای بود.”

در سال‌های بعد، پنج سری آزمایش و چهار تحلیل کامل با استفاده از رویکردهای مختلف انجام شد، در حالی که پیشرفت‌های فنی در تصویربرداری سینکروترون دندانی به وقوع پیوست. با توجه به اینکه تمام نتایج به یک سمت اشاره می‌کردند و احتمالاً تأثیر زیادی بر فرضیه “مغز بزرگ – کودکی طولانی” داشتند، دانشمندان مجبور شدند به شیوه‌ای غیرمعمول به درک این فسیل بپردازند. پل تافوراو نتیجه‌گیری می‌کند: “این یک بلوغ تدریجی، هم از نظر فنی و هم از نظر فکری، بوده است تا سرانجام به فرضیه‌ای که امروز منتشر می‌کنیم برسیم.”

دندان‌های شیری که بیشتر مورد استفاده قرار گرفتند

نتایج نشان داد که این فرد در سنین **۱۱ تا ۱۲ سالگی** فوت کرده است، زمانی که دندان‌های عقل او نیز در حال رویش بودند، همان‌طور که در میمون‌های بزرگ در این سن اتفاق می‌افتد. وینسنت بی‌راند، یکی از نویسندگان این مطالعه، توضیح می‌دهد: “با این حال، تیم ما متوجه شد که این فسیل الگوی بلوغ دندانی شگفت‌انگیزاً مشابهی با انسان‌ها دارد، به طوری که دندان‌های پشتی در پنج سال اول توسعه، از دندان‌های جلویی عقب‌تر بودند.” مارسیای پونس د لئون از دانشگاه زوریخ و یکی از نویسندگان این مطالعه می‌گوید: “این نشان می‌دهد که دندان‌های شیری برای مدت طولانی‌تری نسبت به میمون‌های بزرگ مورد استفاده قرار می‌گرفت و کودکان این گونه اولیه هومو برای مدت طولانی‌تری به حمایت بزرگ‌ترها وابسته بودند.”

چگونه دندان‌ها می‌توانند سرنخ‌هایی درباره تکامل مغز بدهند

این‌جا است که فرضیه “مغز بزرگ – کودکی طولانی” مورد آزمایش قرار می‌گیرد. افراد اولیه هومو مغزهای بزرگ‌تری نسبت به میمون‌های بزرگ یا استرالوپیتکوس‌ها نداشتند، اما احتمالاً عمر بیشتری داشتند. در واقع، یکی از جمجمه‌های کشف‌شده در دمانسی متعلق به فردی بسیار پیر بود که در سال‌های آخر زندگی‌اش هیچ دندانی نداشت. دیوید لردکیپادنیز از موزه ملی گرجستان و یکی از نویسندگان این مطالعه می‌گوید: “اینکه چنین فردی پیر توانسته بدون دندان برای چندین سال زنده بماند، نشان‌دهنده این است که بقیه گروه به خوبی از او مراقبت کرده‌اند.” افراد مسن‌تر دارای بیشترین تجربه هستند، بنابراین احتمالاً نقش آن‌ها در جامعه انتقال دانش به جوان‌ترها بوده است. این ساختار سه‌نسلی، جنبه‌ای اساسی از انتقال فرهنگ در انسان‌ها است.

به خوبی شناخته شده است که کودکان کوچک می‌توانند مقدار زیادی اطلاعات را به خاطر بسپارند، به لطف انعطاف‌پذیری مغزهای نارس آن‌ها. با این حال، هر چه اطلاعات بیشتری برای یادگیری وجود داشته باشد، زمان بیشتری می‌برد. این‌جاست که فرضیه جدید مطرح می‌شود. رشد کودکان ممکن است همزمان با افزایش انتقال فرهنگی کند شده باشد، به طوری که مقدار اطلاعات منتقل شده از بزرگ‌ترها به جوان‌ترها به طور فزاینده‌ای مهم‌تر شده است. این انتقال به آن‌ها اجازه می‌دهد تا از منابع موجود بهتر استفاده کنند و رفتارهای پیچیده‌تری را توسعه دهند و در نتیجه به آن‌ها مزیت تکاملی برای کودکی طولانی‌تر (و احتمالاً عمر طولانی‌تر) بدهد.

زمانی که این مکانیزم شکل گرفت، انتخاب طبیعی بر روی انتقال فرهنگی تأثیر گذاشت و نه تنها بر ویژگی‌های بیولوژیکی. سپس، با افزایش مقدار اطلاعاتی که باید منتقل می‌شد، تکامل به نفع افزایش اندازه مغز و تأخیر در بزرگسالی عمل کرد، به ما این امکان را داد که هم در کودکی بیشتر یاد بگیریم و هم زمان کافی برای رشد مغز بزرگ‌تر را داشته باشیم، با وجود منابع غذایی محدود. بنابراین، ممکن است افزایش تکاملی اندازه مغز عامل کند شدن توسعه انسانی نبوده باشد، بلکه گسترش کودکی و ساختار سه‌نسلی بوده که تکامل بیولوژیکی-فرهنگی را تسهیل کرده است. این مکانیزم‌ها به نوبه خود منجر به افزایش اندازه مغز، بزرگسالی دیرتر و طول عمر بیشتر شده‌اند. مطالعه دندان‌های این فسیل استثنایی می‌تواند به محققان کمک کند تا مکانیزم‌های تکاملی که منجر به ظهور گونه خودمان، هومو ساپینس، شده است را دوباره مورد بررسی قرار دهند.