Dlaczego tak trudno zrekonstruować ewolucję człowieka

Jeden z najbardziej niezwykłych epizodów w historii paleoantropologii zdarzył się u zarania tej dyscypliny. W 1886 r. Eugène Dubois, młody holenderski lekarz zafascynowany teorią ewolucji, zaciągnął się do armii, by służyć w oddziałach stacjonujących w Indonezji. Nie planował wielkiej kariery medycznej ani wojskowej – przeniósł się na Daleki Wschód, by na własną rękę prowadzić wykopaliska i odszukać „brakujące ogniwo” w naszej ewolucji, czyli istotę o cechach pośrednich między typową małpą a człowiekiem. 

Założył, że takie stworzenia musiały dawniej żyć w Afryce lub Azji, ale nie był w stanie uzyskać finansowania dla planowanej ekspedycji – pozostało mu kombinowanie z armią Holenderskich Indii Wschodnich, w której przełożeni przymknęli oko na dodatkową działalność. Zabrał więc z sobą niedawno poślubioną żonę i malutkie dziecko i udał się na drugi koniec świata. Pierwszych kilka lat spędził na Sumatrze, potem przeniósł się na Jawę, gdzie w 1891 r. w Trinil nad rzeką Solą odnalazł upragnione skamieniałości małpoluda. 

Były to sklepienie czaszki, kilka zębów i kość udowa – każda z tych części szkieletów przypominała ludzkie kości, ale miały one zachwiane proporcje. Istota, po której pozostały, chodziła na dwóch nogach, jednak miała zbyt małą jak na człowieka głowę. Dubois uznał to za dowód, że Darwin miał rację – w dawnych czasach na świecie istnieli praludzie o głowach o połowę mniejszych niż nasze, czyli formy pośrednie między człowiekiem współczesnym i małpą.

Przełom w badaniach nad ewolucją człowieka

Niezwykłe w tej historii jest to, że Dubois dokładnie tak jak zamarzył, odkrył nieznanego wcześniej praczłowieka. To trochę tak, jakby ktoś postanowił, że wygra na loterii i rzeczywiście mu się to przytrafiło. Skamieniałości hominidów są rzadkie – wielu paleoantropologów przez całą karierę nie wykopało nawet maleńkiej kosteczki. Dubois musiał mieć wyjątkowe szczęście, ponieważ wilgotny i gorący klimat wysp Azji Południowo-Wschodniej czyni z nich kiepskie miejsca do prowadzenia wykopalisk. W takich warunkach skamieniałości znacznie szybciej się rozkładają.

Łatwiej znaleźć je w wapiennych jaskiniach, gdzie swoją ofiarę zawlókł drapieżnik, a potem wiatr, woda i grawitacja pokryły jej szczątki warstwą osadów, albo w pobliżu dawnych wulkanów – pył również dobrze konserwuje kości. Takie warunki geologiczne panują w południowej Afryce, w miejscu nazywanym „Kolebką ludzkości”, gdzie na sawannach roi się od jaskiń, i na terenie Wielkich Rowów Afrykańskich, gdzie równiny przecinały dawne wulkany – dlatego to tam znaleźliśmy najwięcej skamieniałości hominidów. 

Azjatycki małpolud odkryty przez Dubois przetrwał do naszych czasów dlatego, że jego szczątki porwała rzeka, a potem pokryła je warstwą mułu, odcinając do nich dostęp mikroorganizmom.

W XX w. nasza wiedza na temat przodków zaczęła się szybko rozrastać. Na drzewie rodowym człowieka wyrosły kolejne konary i gałęzie i dzisiaj moglibyśmy na nim umieścić nawet 30 gatunków występujących w ciągu ostatnich 7 mln lat: australopiteki i parantropy (dwunożne małpy człowiekowate żyjące na sawannach), a także innych przedstawicieli naszego rodzaju: Homo habilis, H. rudolfiensis, H. ergaster, H. antecessor... Gatunek, który Dubois nazwał Pithecanthropus erectus, czyli: małpolud wyprostowany, dziś nazywamy Homo erectus.

Sama idea „brakującego ogniwa” jest dziś podejrzana, bo ewolucja nie jest prostym ciągiem przekształceń gatunków prymitywnych w bardziej zaawansowane. Afrykańskie sawanny i ogromne połacie Eurazji równocześnie przemierzały zróżnicowane grupy istot ludzkich i „prawie ludzkich” – prowadzących bogate życie społeczne i wytwarzających narzędzia z kamienia i drewna, które pomagały im wykopywać jadalne bulwy, rozbijać kości zwierząt dla pozyskania szpiku, w końcu także polować i objadać się mięsem pieczonym w ogniu.

Dzięki kolejnym wykopanym skamieniałościom zrozumieliśmy więc, że nasi przodkowie byli zróżnicowani i wiele odmiennych grup żyło obok siebie równolegle. W XXI w. w badaniach nad ewolucją człowieka nadszedł jeszcze jeden przełom: odkryliśmy, że te wszystkie grupy nie żyły w izolacji. Natrafiały na siebie i mieszały się z sobą, wymieniając się wynalazkami kulturowymi – i genami.

Zmiana reguł gry w paleoantropologii

– Przez długi czas w naszej dziedzinie uważano, że mieszanie się ludzi, przenikanie się populacji, kultur i zwyczajów, to zjawisko stosunkowo nowe. Dziś wiemy, że jest inaczej. Ludzie od dawna żyli w różnych grupach, spotykali się, krzyżowali, współdziałali i wymieniali kulturę – mówi paleoantropolog John Hawks z Uniwersytetu Wisconsin w Madison.

Trudno przecenić znaczenie tego odkrycia. Tak samo musieli pomyśleć członkowie komitetu noblowskiego, którzy w 2022 r. przyznali Nagrodę Nobla z medycyny i fizjologii Svante Pääbo. Człowiekowi, który wymyślił, jak badać DNA ze skamieniałości, i udowodnił w 2013 r., że nasi przodkowie krzyżowali się z neandertalczykami i denisowianami (a te dwie grupy między sobą). Denisowian, zamieszkujących Azję jeszcze kilkadziesiąt-kilkanaście tysięcy lat temu, zespół Pääbo zidentyfikował wyłącznie na podstawie badań genetycznych – analizy fragmentów DNA z maleńkiej kosteczki palca. 

Badania prehistorycznego DNA zmieniły reguły gry w paleoantropologii. Po pierwsze, okazało się, że dysponujemy metodą określania pokrewieństwa między populacjami reprezentowanymi przez niektóre skamieniałości (te lepiej zachowane i na ogół liczące poniżej pół miliona lat, z których da się wydobyć niezdegradowane DNA). Nie musimy więc opierać się tylko na podobieństwie anatomicznym kości, które mogło pojawiać się przypadkowo w populacjach mniej z sobą spokrewnionych. Po drugie, otwarło nam to oczy na skalę zmienności wewnątrz poszczególnych populacji czy gatunków, co jeszcze bardziej wstrząsnęło gałęziami naszego drzewa rodowego.

– Dowiadujemy się dzisiaj o istnieniu głębokich linii rodowych, o których kiedyś nie mieliśmy pojęcia, a które przetrwały do stosunkowo niedawnych czasów. Jeszcze 15 lat temu dominował prosty model: współcześni ludzie na całym świecie mieli wywodzić się z Afryki, mniej więcej sprzed 100 tysięcy lat, jako jedna stosunkowo jednorodna populacja. Dziś wiemy, że również w samej Afryce panowała wówczas ogromna różnorodność – istniały tam od dawna różne linie rodowe, które się ze sobą mieszały – mówi John Hawks.

Mieszanie się populacji hominidów to dzisiaj jeden z najważniejszych obszarów badań w naszej ewolucji. I powód, dla którego odchodzi się nie tylko od myślenia o niej w kategoriach „marszu postępu” czy łańcucha kolejnych ewolucyjnych udoskonaleń – ale nawet od obrazu drzewa, które coraz bardziej się rozgałęzia. Bo wiele z tych gałęzi jest z sobą połączonych, niczym kanały w delcie rzeki.

– Kiedy różne grupy się spotykały, ich krzyżowanie się mogło mieć istotne znaczenie dla przetrwania – mówi prof. Hawks. – Np. 250 tys. lat temu występujący w Eurazji neandertalczycy otrzymali znaczący „zastrzyk” DNA od populacji afrykańskich, co wyraźnie zmieniło ich pulę genetyczną. Wszyscy późniejsi neandertalczycy noszą ślady tego dziedzictwa. A gdy około 50 tys. lat temu ludzie z Afryki weszli do Eurazji, ponownie spotkali neandertalczyków i doszło do krzyżowania, to miało wpływ na nasz układ odpornościowy. Nie wiemy jednak, czy przełożyło się na swoisty rozkwit zachowań: czy kontakt między grupami doprowadził do istotnych zmian kulturowych.

Odkrycie w Jaskini Wschodzącej Gwiazdy

Zaprosiliśmy Johna Hawksa na Copernicus Festival, ponieważ specjalizuje się w paleoantropologicznych zagadkach i krzyżówkach – łączy wiedzę z zakresu paleogenetyki z tradycyjną (morfologiczną) analizą skamieniałości i jest  współautorem odkryć dwóch gatunków hominidów żyjących w „Kolebce ludzkości”: A. sediba i H. naledi. Zwłaszcza ten drugi może sprawić, że wiele rozdziałów w podręcznikach do paleoantropologii trzeba będzie pisać od nowa.

Nawet dzisiaj wiele badań paleoantropologicznych przypomina historię Eugène’a Dubois – lata poszukiwań i wykopalisk, które w najlepszym razie dają pojedyncze kości. Odkrycie H. naledi całkowicie wyłamuje się z tego schematu. Grotołazi z zespołu Lee Bergera z Uniwersytetu Witwatersrand, którego John Hawks jest od dawna najbliższym współpracownikiem, odnaleźli w Jaskini Wschodzącej Gwiazdy w RPA tysiące fragmentów szkieletów zidentyfikowanych potem jako H. naledi. Kości należały do przynajmniej kilkunastu osobników, zmarłych w różnym wieku, dzięki czemu Berger, Hawks i współpracownicy mogli drobiazgowo opisać anatomię tego hominida.

Przedziwne to było stworzenie – niezbyt rosłe, o mózgu trzykrotnie mniejszym od naszego, zachowujące mozaikę cech bardziej małpich i tych bardziej ludzkich. Trochę tak, jakby nie mogło się zdecydować, czy na dobre zejść z drzewa. Datowanie tych szczątków na ok. 335-236 tys. lat temu było zresztą dużym zaskoczeniem – bo „na oko” (wyłącznie na podstawie cech morfologicznych) oceniono, że te istoty żyły ok. 2-3 mln lat temu. 

Zalety dużego mózgu. Dwie hipotezy

Największe debaty wywołał mózg H. naledi, bo przez dekady uważano, że duży mózg to w ewolucji człowieka droga w jedną stronę i autostrada do człowieczeństwa – bardziej złożonych zachowań. Jak to się więc stało, że w czasie, gdy żyli już ludzie przypominający anatomicznie nas samych, gdzieś na południu Afryki zachował się gatunek człowieka o małym mózgu, a przy tym, jak podkreślali autorzy, złożonym zachowaniu? To ostatnie przypuszczenie bierze się m.in. z braku możliwości wyjaśnienia, jak zwłoki przynajmniej kilkunastu osobników Homo naledi dostały się do niedostępnych części jaskini. Ktoś musiał je tam celowo zanieść.

A jeśli H. naledi mógł przetrwać setki tysięcy lat obok ludzi o dużych mózgach, to trzeba na nowo zastanowić się, dlaczego tylko w naszej linii mózg urósł.

– No tak: do czego służą duże mózgi? Są z nimi przecież problemy. Zużywają dużo energii. Ich wytworzenie zajmuje dużo czasu, co ma konsekwencje ewolucyjne i rozwojowe. Dłuższe dojrzewanie oznacza późniejsze rozmnażanie, a więc potencjalnie mniejszą liczbę potomstwa. Taka inwestycja musi się więc „opłacać” z punktu widzenia doboru naturalnego – mówi prof. Hawks. I dodaje, że istnieją dwie hipotezy wyjaśniające korzyści z dużego mózgu.

– Pierwsza zakłada, że większy mózg zwiększa zdolności, które w podstawowej formie mogą być realizowane także przez mniejsze mózgi. Dobrą analogią będzie język. U wielu zwierząt obserwujemy elementarne formy uporządkowanej komunikacji. Nie dysponują jednak zdolnością przekazywania tak bogatych treści jak ludzie. Większy mózg działa trochę jak większy słownik – umożliwia przechowywanie większej ilości informacji, w tym informacji społecznych, i wspiera tworzenie bardziej złożonych sieci relacji.

– Druga hipoteza – kontynuuje prof. Hawks – odwołuje się do funkcji buforowej. Rozwój mózgu jest podatny na zakłócenia. Jeśli mózg jest mały i użytkowany do granic wydajności, to nawet niewielkie zaburzenie może doprowadzić do załamania całego systemu. Duży mózg daje pewien margines bezpieczeństwa. U ludzi widać to w zdolności do regeneracji i reorganizacji funkcji po uszkodzeniach. Duży mózg to nie tylko narzędzie większej złożoności poznawczej, lecz także system zabezpieczeń – zapewniający odporność na urazy, choroby i zakłócenia rozwojowe.

Zagadka hobbitów

H. naledi nie jest jedynym znanym hominidem o małym mózgu. Na indonezyjskiej wyspie Flores, a być może także na Filipinach, jeszcze ok. 50-60 tys. lat temu żyli „hobbici” – skarłowaciali ludzie o jeszcze mniejszych niż H. naledi mózgach. To, skąd się tam wzięli, stanowi jedną z największych zagadek paleoantropologii. Być może ulegli obserwowanemu u różnych zwierząt procesowi karłowacenia wyspowego – choć po swoich przodkach (mógł być nim H. erectus, o którym wiemy, że pojawił się w Azji ok. 2 mln lat temu) odziedziczyli mózgi o nieco większym rozmiarze. Ale możliwe też, że hobbici wywodzą się ze znacznie starszej linii ewolucyjnej, sięgającej samych początków naszego rodzaju ok. 2,5-3 mln lat temu, czyli czasów, gdy jeszcze żadnym ludziom wyraźnie nie urosły mózgi.

Zapytałem prof. Hawksa, czy hobbici mogli być bliżej spokrewnieni z H. naledi niż z nami – czy jedni i drudzy stanowili wspólną falę „ludzi o małych mózgach”.

– Jestem prawie pewien, że nie – odpowiada. – Jedni i drudzy różnią się od nas w inny sposób. U H. naledi mamy do czynienia z bardzo spłaszczoną twarzą oraz zębami o wielkości zbliżonej do ludzkiej, ale o morfologii przypominającej raczej australopiteki. Z kolei u hobbitów jest niemal odwrotnie: zęby są mniejsze niż u ludzi, ale bardziej „ludzkie” w budowie, a twarz przypomina pomniejszoną wersję twarzy H. erectus.

– Jeszcze wyraźniej widać to w szkielecie pozaczaszkowym. H. naledi ma np. nadgarstek o bardzo „ludzkiej” budowie. Natomiast H. floresiensis zachował nadgarstek o cechach bardzo prymitywnych – nawet bardziej pierwotnych niż u australopiteków. To sugeruje, że mamy do czynienia z odrębnymi liniami ewolucyjnymi, a nie z jedną falą drobnych hominidów. Jeśli spojrzymy na populacje o dużych mózgach – jak ludzie współcześni, neandertalczycy czy denisowianie – widzimy raczej wspólne pochodzenie i zestaw cech pochodnych. Natomiast te bardziej zróżnicowane formy o mniejszych mózgach najpewniej reprezentują różne, wcześnie rozgałęzione linie wywodzące się z początków rodzaju Homo – dodaje prof. Hawks.

Brakujące gałęzie drzewa ewolucyjnego

Jak zatem wyjaśnić powstanie H. naledi? 

– Trudno odwołać się do procesu karłowacenia, bo nie żyli przecież na izolowanym terenie, jak hobbici – przyznaje prof. Hawks. – H. naledi żył w afrykańskim środowisku, w którym inne duże ssaki mogły swobodnie się przemieszczać. To prowadzi do pytania: co właściwie podtrzymuje tak dużą różnorodność w Afryce? Moja odpowiedź odwołuje się do środowiska i ekologii, zwłaszcza chorób. Zasięgi dużych ssaków afrykańskich często wyznaczają gradienty chorób. Populacje przystosowane do określonych patogenów mogą funkcjonować tylko w konkretnych obszarach, co sprzyja utrzymywaniu się zróżnicowania. 

– Te populacje, które znamy często z nielicznych i stosunkowo późnych znalezisk, nie były statyczne. – kontynuuje prof. Hawks. – One ewoluowały – a my nie wiemy jeszcze, jak wyglądały ich wcześniejsze formy, np. czy H. naledi mają coś wspólnego z A. sediba, który żył na tym samym terenie ok. 2 mln lat temu. Łączenie tych „długich gałęzi” drzewa ewolucyjnego z ich potencjalnymi przodkami to jedno z najtrudniejszych wyzwań współczesnej paleoantropologii.

– Jeśli skupimy się na ostatnich dwóch milionach lat, to wciąż brakuje nam istotnych gałęzi drzewa ewolucyjnego. Najpewniej największe luki dotyczą Afryki – wiele wskazuje na to, że tamtejsze populacje hominidów były znacznie bardziej zróżnicowane, niż dotąd udało się udokumentować. W Eurazji, zwłaszcza w ciągu ostatniego miliona lat, nasz obraz jest relatywnie lepszy – ale nadal daleki od kompletności. Dobrym przykładem jest Azja Południowa: wiemy, że żyli tam ludzie, ale dysponujemy zaledwie pojedynczymi dobrze udokumentowanymi skamieniałościami. Trudno uwierzyć, by nie istniały tam inne, nieodkryte jeszcze linie rozwojowe – mówi prof. Hawks.

I dodaje: – Jeśli cofniemy się jeszcze głębiej w przeszłość, to nasza wiedza staje się znacznie bardziej szkicowa. Wiemy na przykład, że wczesne hominidy różniły się dietą – co znajduje odzwierciedlenie w budowie zębów i czaszki – oraz że większość z nich była dwunożna. To ważne ustalenia, ale wciąż bardzo ogólne. Coraz wyraźniej widzimy, że różne gatunki chodziły na dwóch nogach w odmienny sposób. Podobnie wiemy już, że zróżnicowanie rozmiarów ciała było większe, niż sądziliśmy jeszcze dekadę temu.

– Dysponujemy dziś raczej zarysem drzewa ewolucyjnego niż jego szczegółową mapą – przyznaje badacz.

Homo naledi, złożone rytuały i sztuka naskalna

– Jest jeszcze coś, czym na razie nie mogę się podzielić, ale mam nadzieję opowiedzieć o tym podczas mojego wystąpienia na festiwalu – zaznacza Hawks. – To nowe wyniki badań dotyczące H. naledi. To odkrycie było dla mnie dużym zaskoczeniem i gdybyśmy wiedzieli o nim wcześniej, to inaczej podeszlibyśmy do wielu kwestii badawczych. Takie momenty zdarzają się dziś często: pojawia się nowy fakt, który zmienia sposób, w jaki myślimy o przeszłości – i zmusza nas do przeformułowania całych programów badawczych – mówi.

W niedawnych publikacjach Hawks i współpracownicy przekonywali, że znaleźli u H. naledi dowody istnienia złożonych rytuałów, sztuki naskalnej, pochówków i ślady użycia ognia. Trudno sobie nawet wyobrazić, co jeszcze mógłby zdziałać dziwaczny małpolud o niewielkim mózgu, penetrujący 300 tys. lat temu niedostępną jaskinię. 

Ale przecież to tylko nas zawodzi tu wyobraźnia – jemu niekoniecznie jej brakowało.

JOHN HAWKS jest profesorem antropologii na Uniwersytecie Wisconsin w Madison oraz profesorem wizytującym na Uniwersytecie Witwatersrand w Johannesburgu. Specjalizuje się w paleoantropologii i genetyce. Współautor odkryć dwóch gatunków hominidów w RPA: Australopithecus sediba i Homo naledi. Jest także jednym z najbardziej cenionych popularyzatorów paleoantropologii, opublikował wiele wykładów (m.in. serie „The Rise of Humans” i „Major Transitions in Evolution”), prowadzi blog o ewolucji człowieka (johnhawks.net), napisał również (wspólnie z Lee Bergerem) dwie książki: „Almost Human” i „Cave of Bones”.