Примеры адаптация человека: Приведите известные вам примеры адаптации человека к климатическим условиям.

Приведите известные вам примеры адаптации человека к климатическим условиям.

Человек имеет удивительное свойство адаптироваться к любым климатическим условиям. Меня всегда поражало, как люди могут жить на той или иной территории, но ведь живут и не жалуются. По сути можно привыкнуть к любым условиям, главное, желание и мотивация. Лично я не хотел бы жить в холоде или жаре, но ведь обстоятельства иногда складываются так, что приходится привыкать к новым условиям жизни.

Адаптация человека к климатическим условиям

Для того, чтобы раскрыть тему адаптации человека, нужно заглянуть в прошлое на несколько десятков тысяч лет. Всем известно, что примерно тридцать тысяч лет назад значительная часть территории планеты была покрыта ледниками. Во время ледникового периода вымерли мамонты, а вот человек остался жить дальше.

Люди прекрасно адаптировались к новым условиям, которые наступили на планете. Строили более теплое жилье, придумали теплую одежду и нормально выживали. Это самый яркий пример адаптации, на мой взгляд.

Люди в древности завоевывали все новые и новые территории, селились на разных континентах, в других климатических условиях. Благодаря эволюции они хорошо адаптировались к тем условиям, где жили. Вот какие изменения, которые помогали адаптироваться человеку, происходили:

• в зависимости от климата менялся цвет кожи;
• менялись черты лица, например, разрез глаз;
• образ жизни менялся в зависимости от климатических условий.

По сути, человек может выживать в любых условиях на нашей планете.

Современные примеры адаптации людей

В наше время тоже порой приходится адаптироваться. Например, люди, которые живут в умеренном климате могут переехать в Заполярье в силу разных обстоятельств. Там им приходится привыкать к холоду, полярному дню или ночи и тому подобное.

Что уже говорить о тех, кто живет и работает на Северном или Южном полюсах. Но ведь спустя некоторое время организм привыкает к любым изменениям. Может это происходит не безболезненно, бывают аллергии, например, на холод или жару, но все же в конечном результате человек может работать и жить в любых условиях на планете.

Адаптация человека к среде обитания

Адаптация человека к новой для него среде – сложный социально-биологический процесс, в основе которого лежит изменение систем и функций организма, а также привычного поведения. Под адаптацией человека понимаются приспособительные реакции его организма на изменяющиеся факторы среды. Адаптация проявляется на разных уровнях организации живой материи: от молекулярного до биоценотического. Адаптация развивается под воздействием трёх факторов: наследственность, изменчивость, естественный/искусственный отбор. Существует три основных пути приспособления организмов к среде обитания: активный путь, пассивный путь и избегание неблагоприятных воздействий.

Активный путь – усиление сопротивляемости, развитие регуляторных процессов, позволяющих осуществлять все жизненные функции организма, несмотря на отклонение фактора среды от оптимума. Например, поддержание постоянной температуры тела у теплокровных (птиц, млекопитающих, человека), оптимальной для протекания биохимических процессов в клетках.

Пассивный путь – подчинение жизненных функций организма изменению факторов среды. Например, перехлд при неблагоприятных условиях среды в состояние анабиоза (скрытой жизни), когда обмен веществ в организме практически полностью останавливается (зимний покой растений, сохранение семян и спор в почве, оцепенение насекомых, спячка позвоночных животных и т.д.).

Избегание неблагоприятных условий – выработка организмом таких жизненных циклов и поведения, которые позволяют избежать неблагоприятных воздействий. Например, сезонные миграции животных.

Обычно приспособление вида к среде проходит тем или иным сочетанием всех трёх возможных путей адаптации.
Адаптации можно разделить на три основных ипа: морфологические, физиологические, этологические.

Морфологические адаптации – изменения в строении организма(например, видоизменение листа в колючку у кактусов для снижения потерь воды, яркая окраска цветов для привлечения опылителей и др.). Морфологические адаптации у животных приводят к образованию определённых жизненных форм.

Физиологические адаптации – изменения в физиологии организма (например, способность верблюда обеспечивать организм влагой путём окисления запасов жира, наличие целлюлозоразрушающих ферментов у целлюлозоразрушающих бактерий и др.).

Этологические (поведенческие) адаптации – изменения в поведении (например, сезонные миграции млекопитающих и птиц, впадение в спячку в зимний период, брачные игры у птиц и млекопитающих в период размножения и др.). Этологические адаптации характерны для животных.

Живые организмы хорошо адаптированы к периодическим факторам. Непериодические факторы могут вызвать болезни и даже смерть живого организма. Человек использует это, применяя пестициды, антибиотики и другие непериодические факторы. Однако длительность их воздействия также может вызвать к ним адаптацию.
Среда обитания оказывает огромное воздействие на человека. В связи с этим все большую актуальность приобретает проблема адаптации человека к своей среде. В социальной экологии этой проблеме придается первостепенное значение. В то же время адаптация – это лишь начальный этап, на котором преобладают реактивные формы поведения человека. Человек не останавливается на этом этапе. Он проявляет физическую, интеллектуальную, нравственную, духовную активность, преобразует (в худшую или худшую сторону) свою среду.

Адаптация человека подразделяется на генотипическую и фенотипическую. Генотипическая адаптация: человек вне своего сознания может приспособиться к изменившимся условиям среды (перепадам температуры, вкусу пищи и т. д.), то есть, если механизмы адаптации заложены уже в генах. Под фенотипической адаптацией понимается включение сознания, своих личностных качеств человека, чтобы приспособится организму к новой среде, сохранить в новых условиях равновесие.

К основным видам адаптации относят физиологическую, адаптацию к деятельности, адаптацию к социуму. Остановимся на физиологической адаптации. Под физиологической адаптацией человека понимается процесс поддержания функционального состояния организма в целом, обеспечивая его сохранение, развитие, работоспособность, максимальную продолжительность жизни. Большое значение в физиологической адаптации придается акклимации и акклиматизации. Понятно, что жизнь человека на Крайнем Севере отличается от его жизни на экваторе, так как это разные климатические зоны. Причем южанин, прожив определенное время на севере, адаптируется к нему и может жить там постоянно и, наоборот. Акклимация – это начальный, срочный этап акклиматизации при изменении климато-географических условий. В некоторых случаях синонимом физиологической адаптации является акклиматизация, то есть приспособление растений, животных и человека к новым для них климатическим условиям. Физиологическая акклиматизация наступает когда у человека с помощью приспособительных реакций повышается работоспособность, улучшается самочувствие, которое может резко ухудшиться в период акклимации. При смене новых условий старыми организм может возвратиться к прежнему состоянию. Подобные изменения и называются акклиматизацией. Те же изменения, которые в процессе приспособления к новой среде перешли в генотип и передаются по наследству, называются адаптивными.

Адаптация организма к условиям проживания (городу, селу, другой местности). Среда обитания человека не ограничивается лишь климатическими условиями. Человек может жить в городе и в селе. Очень многие предпочитают мегаполис с его шумом, загрязненностью, бешенным ритмом жизни. Объективно жить в селе, где чистый воздух, спокойный размеренный ритм, более благоприятно для людей.

К этой же сфере адаптации относиться переезд, например, в другую страну. Одни быстро адаптируются, преодолевают языковый барьер, находят себе работу, другие – с большим трудом, третьи, внешне адаптировавшись, испытывают чувство, которое называется ностальгией.

Можно особо выделить адаптацию к деятельности. Различные виды деятельности человека предъявляют различные требования к личности (одни требуют усидчивости, исполнительности, пунктуальности, другие – быстроты реакции, умения самостоятельно принимать решения и т. п.). Однако с теми и другими видами деятельности человек может справиться достаточно успешно. Есть деятельность, которая противопоказана человеку, но он ее может выполнять, так как срабатывают механизмы адаптации, который называется выработкой индивидуального стиля деятельности.
Особо следует остановиться на адаптации к социуму, другим людям, коллективу. Человек может приспособиться к группе, усвоив ее нормы, правила поведения, ценности и т. д. В качестве механизмов адаптации здесь выступают внушаемость, толерантность, конформность как формы подчинительного поведения, а с другой – умение найти свое место, обрести лицо, проявить решительность.

Можно говорить об адаптации к духовным ценностям, к вещам, к состояниям, например, к стрессовым, и ко многому другому. В 1936 году канадский физиолог Ганс Селье опубликовал сообщение «Синдром, вызванный разными повреждающими элементами», в котором описал явление стресса – общей неспецифической реакции организма, направленной на мобилизацию его защитных сил при действии раздражающих факторов. В развитии стресса были выделены 3 стадии: 1. стадия тревоги, 2. стадия сопротивления, 3. стадия истощения. Г. Селье была сформулирована теория «Общего адаптационного синдрома» (ОАС) и адаптивных болезней, как следствия адаптационной реакции, согласно которой ОАС проявляется всякий раз, когда человек чувствует опасность для себя. Видимыми причинами стресса могут быть травмы, послеоперационные состояния и т. д., изменения абиотических и биотических факторов среды. В последние десятилетия значительно возросло число антропогенных факторов среды, обладающих высоким стрессогенным эффектом (химическое загрязнение, радиация, воздействие компьютеров при систематической работе с ними и т. д.). К стрессорным факторам среды следует отнести и негативные изменения в современном обществе: повышение плотности населения, изменение соотношения городского и сельского населения, рост безработицы, преступность.

Социальная адаптация человека и ее значение для жизни в обществе

Человек – практически идеальный пример того, как можно приспосабливаться к различным средам климата, флоры и фауны. Достаточно посмотреть насколько отличаются условия, в которых живут люди в разных уголках планеты: ни постоянный холод, ни изнуряющая жара не стали помехой. Но наша среда обитания не ограничивается климатическими особенностями.

Несмотря на высокие адаптивные возможности, нестабильность и динамичность современного мира, требуют повышенной мобильности. Социальная адаптация человека – актуальная проблема рискогенного общества, от которой зависит эмоциональный и психологический комфорт индивидуума. Попадая в различные условия существования, человек вынужден постоянно взаимодействовать и принимать на себя разные социальные роли. 

Что такое социальная адаптация

Это понятие означает сложный и непрерывный процесс приспособления (на латыни – «аdaptatio») отдельной личности или целых групп к социальной среде, в которой они планируют реализовывать себя. Это могут быть как совершенно новые условия, так и привычные ситуации, которые подверглись изменению под давлением экономических, политических, духовных, идеологических или социальных сил. Кроме того, социализация подразумевает не только активное участие в принятии социально значимых правил, норм и ценностей, но и их последующую передачу другим участникам социальной среды.

Французский социолог и философ Эмиль Дюркгейм говорил о том, что социальная адаптация – своеобразный критерий эволюции общества. Отсутствие норм, расплывчатые правила социума, которые в последующем индивидуум примет – патология общества.

Примечательно, что и само понятие адаптируется исследователями. Хотя социальная адаптация широко изучается (биология, философия, социология) в качестве самостоятельного объекта исследования, единого научного термина, определенных критериев и показателей на сегодняшний день не существует. 

Особенности социальной адаптации

Социализация разделяется на два процесса: один затрагивает методы адаптации от рождения до смерти, правила поведения формируется близким кругом окружающей среды (родители, родственники, друзья) – объективный процесс; второй связан с личностными качествами человека, взглядами и убеждениями, без учета возрастных особенностей или положения в обществе – субъективный процесс. 

При оценке учитываются взаимодействие многих составляющих:

• объективные социальные условия. Включают в себя социальное происхождение, уровень образования.
• условия среды обитания. К ним относится взаимодействия внутри семьи, в школьном или трудовом коллективе.
• личностные качества. Учитывается пассивность или активность личности в социальной работе, способности к творчеству и таланты.

Также в зависимости от целей исследований могут проводить сравнительный анализ процесса адаптации личности внутри макросреды (общества в целом), микросреды (внутри одной группы), внутриличностная адаптация (комфорт самого индивидуума).

Приспосабливаясь, человек становится участником новых связей — взаимодействия, и если они достаточно устойчивы, то и цели, которые он ставит перед собой, адаптируясь, будут реализовываться более успешно, а его восприимчивость к стрессам будет минимальна.

Уровни и виды социальной адаптации, стадии социальной адаптации

Личность – не является набором готовых качеств, характеристик и знаний. Процесс формирования происходит под воздействием результатов активной деятельности в различных сферах. 

В адаптировании личности к социуму и социальной среде выделяют несколько уровней:

1. низкий (дезадаптация). Сложный противоречивый процесс, которому присуща социальная не успешность, сопровождаемая психоэмоциональным напряжением.
2. средний. Пассивность вовлечения во взаимодействие с социумом не является причиной психологического напряжения. Другими словами, человек не проявляет желания адаптироваться в социуме, и при этом не испытывает дискомфорта.
3. высокий оптимальный характеризуется высокой социальной успешностью и позитивным психоэмоциональным состоянием.
4. избыточно высокий. Социальная успешность на фоне выраженного психологического дискомфорта и напряженности.

Формы и характер адаптации, мотивы и результаты действия личности во многом определяются уровнем развития общества. Сам процесс приспосабливания связан с развитием и изменением функциональных возможностей и навыков, привычек, качеств. Это в конечном итоге это приводит к гармонии личности и окружающей его среды при определенной деятельности.

Для того чтобы, максимально точно проводить оценку социализации человека, используют комплексный подход, разделяя процесс на несколько видов.

Антроповиталистическая адаптация. В нее входят психологическая (выбор механизмов защиты и стратегий) и виталистическая (человек вынужден быстро перестраивать свое поведение в связи с изменениями в своем здоровье)

Деятельностная адаптация. В ее состав входят: информационная, социально-экономическая, профессиональная. Во время информационного приспосабливания человек выбирает специфику отбора информации, источники, а также учиться определять для себя главное. Экономические изменения носят разноплановый характер в структуре массового сознания, и часто становятся причиной дезадаптации населения. В таких условиях особенно четко видны примеры социально-инфантильных личностей, которые не могут найти «себя» в условиях рискогенного общества. Профессиональная адаптация стала одной из актуальных проблем общества по причине миграций, глобализации и роста безработицы. Известно, что профессиональный успех зависит от симбиоза склонностей к определенному виду работ и благоприятных социальных условий (насколько общество заинтересовано в таких услугах.)

Активная социальная адаптация 

Биологическая и социальная адаптация человека не тождественны, по той причине, что живой организм, адаптируясь к условиям среды обитания, принимает ее как данность, не пытается ее изменить. Человек, обладающий сознанием, активно взаимодействует со средой, и при личных потребностях, старается изменить ее – активная адаптация.

Адаптация занимает большое место в социальной работе, основной посыл которой, восстановление социальных связей и налаживание процесса взаимодействия в макро- и микросредах. Ведь каждый человек, попадая в новые среды и условия, нуждается в защите. 

В развитых обществах особое внимание уделяется социализации незащищенных слоев населения: детям (в том числе и детям-сиротам), людям с ограниченными возможностями, пожилым. Одной из приоритетных задач общества является создание таких условий, при которых неудобства и сложности взаимодействия в социуме при определенных неблагоприятных условиях будут минимальны. По уровню развития социальной среды можно дать оценку всему обществу.

Большое разнообразие социальных ролей и активное развитие социума должно было предоставить больше возможностей для «маневра» и вариантов быстрее и легче проходить адаптацию в обществе, однако, по-прежнему, не все успешно справляются с этой задачей. Как считаете, это проблема незаинтересованности общества в целом или не желание отдельных личностей?

Адаптация человека к природным условиям

Очень нужна помощь. 2) В чем проявляется адаптация человека к природной среде? Приведите примеры биологической и внебиологической адаптации к природным условиям территории проживания у разных народов Российской федерации. 4) В чем разница между терминами «государственная территория» и «экономически эффективная территория страны»? 6) Оцените природно-ресурсный потенциал России. Какие виды природных ресурсов России имеют для страны наибольшее значение? 9) Какое влияние оказывает деятельность человека на природу? В чем разница между терминами «природная среда» и географическая среда»? Заранее спасибо.

2) В чем проявляется адаптация человека к природной среде? Приведите примеры биологической и внебиологической адаптации к природным условиям территории проживания у разных народов Российской федерации. Адаптация человека проявляется в приспособлении организма к условиям окружающей среды.Происходят изменения во внутренних и внешних особенностях организма.Биологическая адаптация-это изменения в самом организме.Пример:рост человека,разрез глаз,густота волосяного покрова,цвет кожи.Внебиологическая адаптация-это приспособление человека к социальным условиям.Например:одежда,религия,жилище,семья.

4) В чем разница между терминами «государственная территория» и «экономически эффективная территория страны»? Государственная территория-это вся территория государства,а экономически эффективная территория страны-это территория,которая благоприятна для жизни и работы человека,где производится основная его хозяйственная деятельность.Например взять территорию России:общая территория-это 17 млн. км²,а экономически эффективная-только 5,5 млн. км².Экономически эффективная территория всегда меньше,чем государственная.

6) Оцените природно-ресурсный потенциал России. Какие виды природных ресурсов России имеют для страны наибольшее значение?Россия обладает большим природно-ресурсным потенциалом.Сюда относятся топливные,лесные,водные,земельные,гидроэнергетические и конечно же минеральные ресурсы.Наибольшее значение для страны имеют те ресурсы,которые пользуются большим спросом на международном рынке.К ним относится нефть,газ,лес,золото,алмазы,цветные металлы.

9) Какое влияние оказывает деятельность человека на природу?

1)разрушительное:

-вырубка лесов

-распашка земель

-осушение болот

-постройка дамб,плотин,водохранилищ

-истребление животных и растений

-загрязнение атмосферы токсическими отходами

-техногенные аварии

-большие терриконы после добычи полезных ископаемых.

2)стабилизирующее:

-почвозащитные мероприятия

-организация заповедников,заказников,экопарков.

3)конструктивные:

-восстановление редких видов животных и растений

-рекультивация земель.

В чем разница между терминами «природная среда» и географическая среда»?Природная среда-это взаимодействие и сочетание четырёх компонентов в естественном своём состоянии (то есть не созданные руками человека):биосферы,гидросферы,атмосферы и литосферы.

А географическая среда-это часть среды обитания человека,источник его основных ресурсов;она постоянно подвергается воздействию человека.

Адаптация человека к окружающей среде
Человек, как и другие виды животных способен адаптироваться к условиям окружающей среды. Адаптацию человека к новым природным и производственным условиям можно охарактеризовать как совокупность социально-биологических свойств и механизмов, необходимых для нормального существования организма в конкретной экологической среде.

Жизнь каждого человека можно рассматривать как непрерывную адаптацию, ведь наша способность к адаптации имеет определенные границы. Это же касается и способности человека к восстановлению своего физического и психического здоровья. Приспосабливаясь к неблагоприятным экологическим условиям, организм человека испытывает состояние напряжения, усталости. Мобилизация всех механизмов, обеспечивая жизнедеятельность человека в определенных условиях существования. Продолжительность напряжения зависит от величины нагрузки, степени подготовки организма, его функционально-структурных и энергетических ресурсов, но при длительном воздействии экстремальных факторов теряются возможности организма функционировать на заданном уровне и наступает усталость.

Способность адаптироваться к новым условиям у разных людей не одинакова. Так, у многих людей при длительных авиационных перелетах и быстрых пересечениях нескольких часовых поясов, а также при сменной работе возникают такие неблагоприятные симптомы, как нарушение сна, снижение работоспособности и т.д. Другие люди адаптируются быстрее.

Среди людей можно выделить два крайних адаптивных типа: спринтер (характеризуется высокой устойчивостью к воздействию кратковременных экстремальных факторов и неспособностью переносить длительные нагрузки) и стайер (обратный тип).

Учет адаптивных способностей человека имеет большое значение для поддержания на высоком уровне ее работоспособности и сохранения здоровья.

Специфика среды обитания человека заключается в сложнейшем переплетении социальных и природных факторов. На заре человеческой истории природные факторы играли решающую роль в эволюции человека. На современного человека воздействие природных факторов в значительной степени нейтрализуется социальными факторами. В новых природных и производственных

условиях человек в настоящее время нередко испытывает влияние весьма необычных, а иногда чрезмерных и жестких факторов среды, к которым эволюционно он еще не готов.
Человек, как и другие виды живых организмов, способен адаптироваться, то есть приспосабливаться к условиям окружающей среды. Адаптацию человека к новым природным и производственным условиям можно охарактеризовать как совокупность социально-биологических свойств и особенностей, необходимых для устойчивого существования организма в конкретной экологической среде.

Жизнь каждого человека можно рассматривать как постоянную адаптацию, но

наши способности к этому имеют определенные границы. Также и способность
восстанавливать свои физические и душевные силы для человека не бесконечна. Люди способны переносить самые суровые природные условия в течение относительного продолжительного времени. Однако человек, не привыкший к этим условиям, попадающий в них впервые, оказывается в значительно меньшей степени приспособленным к жизни в незнакомой среде, чем ее постоянные
обитатели.
Человечество, заселившее уже около 15 тыс. лет назад все более или менее благоприятные для жизни природно-географические зоны, встретилось с необходимостью адаптироваться к самым разнообразным условиям существования. Адаптации человека к среде, как уже указывалось, проявляются в основном на социальном уровне, однако человечество на ранних этапах эволюции подвергалось непосредственному действию биотических и абиотических экологических факторов в значительно большей степени по сравнению с современной эрой научно-технического прогресса. Комплексы таких факторов имели разнонаправленное действие на человеческие популяции. В результате в разных климатогеографических зонах сформировались разнообразные адаптивные типы людей.
Адаптивный тип представляет собой норму биологической реакции на комплекс условий окружающей среды и проявляется в развитии морфофункциональных, биохимических и иммунологических признаков, обеспечивающих оптимальную приспособленность к данным условиям обитания.

Выделяют четыре климатогеографических адаптивных типа человека:

— арктический адаптивный тип;

— тропический адаптивный тип;

— адаптивный тип умеренного пояса;

— горный адаптивный тип.

Вопросы к теме:

1. Составьте характеристику каждого климатогеографического адаптивного типа человека по плану:

а) размеры тела;

б) размеры груд­ной клетки;

в) уровень гемоглобина;

г) содержание в крови белков, холестерина;

д) способность окислять жиры;

е) скорость энергетиче­ского обмена.

1. Перечислите, какие особенности адаптации к социальным воздействия есть у человека, в т.ч. у вас.

Популярные темы:

Пример адаптации людей и животных в окружающем мире. Физиологические адаптации: примеры

Грандиозные изобретения человеческого разума не перестают удивлять, фантазии нет предела. Но то, что много веков создавала природа, превосходит самые креативные идеи и замыслы. Природа создала более чем полтора миллиона видов живых особей, каждая из которых индивидуальна и неповторима в своих формах, физиологии, приспособленности к жизни. Примеры адаптации организмов к постоянно меняющимся условиям проживания на планете – это примеры мудрости создателя и постоянный источник задач для разгадывания биологам.

Адаптация означает приспособленность или привыкание. Это процесс постепенного перерождения физиологических, морфологических или психологических функций существа в условиях изменившейся среды обитания. Изменениям подвергаются как отдельные особи, так и целые популяции.

Яркий пример адаптации непосредственной и косвенной – выживание растительного и животного мира в зоне повышенной радиации вокруг Чернобыльской АЭС. Непосредственная приспособляемость свойственна тем особям, которые сумели выжить, привыкнуть и начать размножаться, некоторые не выдержали испытания и погибли (косвенная адаптация).

Так как условия существования на Земле меняются постоянно, процессы эволюции и приспособленности в живой природе также являются процессом непрерывным.

Свежий пример адаптации – изменение среды обитания колонии зеленых мексиканских попугаев аратингов. С недавних пор они изменили привычное место обитания и поселились в самом жерле вулкана Масая, в среде, постоянно пропитанной серным газом высокой концентрации. Ученые еще не дали объяснение этому феномену.

Виды адаптации

Изменение всей формы существования организма представляет собой функциональную адаптацию. Пример адаптации, когда изменение условий приводит к обоюдному приспосабливанию живых организмов друг к другу, представляет собой коррелятивное приспособление или коадаптацию.

Приспособление может быть пассивным, когда функции или строение субъекта происходят без его участия, или активным, когда он сознательно изменяет свои привычки под стать окружающей среде (примеры адаптации людей к природным условиям или социуму). Бывают случаи, когда субъект приспосабливает окружающую среду под свои потребности – это объективная адаптация.

Биологи разделяют виды адаптации по трем признакам:

• Морфологические.
• Физиологические.
• Поведенческие или психологические.

Примеры адаптации животных или растения в чистом виде редки, большинство случаев привыкания к новым условиям происходит в смешанных видах.

Морфологические адаптации: примеры

Морфологические изменения – это произошедшие в процессе эволюции изменения формы тела, отдельных органов или всего строения живого организма.

Ниже приведены морфологические адаптации, примеры из животного и растительного мира, которые мы рассматриваем как само собой разумеющееся явление:

• Перерождение листьев в колючки у кактусов и других растений засушливых регионов.
• Панцирь черепахи.
• Обтекаемые формы тела жителей водоемов.

Физиологические адаптации: примеры

Приспособление физиологическое – это изменение ряда химических процессов, происходящих внутри организма.

• Выделение цветами сильного запаха для привлечения насекомых способствует запылению.
• Состояние анабиоза, в которое способны входить простейшие организмы, позволяет им сохранять жизнедеятельность через многие годы. Старейшая способная к размножению бактерия имеет возраст 250 лет.
• Накопление подкожного жира, который преобразуется в воду, у верблюдов.

Поведенческие (психологические) адаптации

С психологическим фактором больше связаны примеры адаптации человека. Поведенческие характеристики свойственны флоре и фауне. Так, в процессе эволюции изменение температурного режима заставляет некоторых животных впадать в спячку, птиц – улетать на юг, чтобы возвратиться весной, деревья – сбрасывать листву и замедлять движение соков. Инстинкт выбора наиболее подходящего партнера для продолжения рода движет поведением животных в брачный период. Некоторые северные лягушки и черепахи полностью замерзают на зиму и оттаивают, оживают с наступлением тепла.

Факторы, вызывающие потребность в переменах

Любые процессы адаптации — это ответная реакция на факторы экологии, которые ведут к изменению окружающей среды. Такие факторы подразделяются на биотические, абиотические и антропогенные.

Биотические факторы – это влияние живых организмов друг на друга, когда, к примеру, исчезает один вид, который служит пищей другому.

Абиотические факторы – это изменения в окружающей неживой природе, когда меняется климат, состав почвы, обеспеченность водой, циклы солнечной активности. Физиологические адаптации, примеры влияния абиотических факторов — экваториальные рыбы, которые могут дышать и в воде, и на суше. Они хорошо приспособились к условиям, когда пересыхание рек – частое явление.

Антропогенные факторы – влияние человеческой деятельности, которое изменяет окружающую среду.

Приспособления к среде обитания

• Освещенность. У растений – это отдельные группы, которые отличаются потребностью в солнечном освещении. На открытых пространствах хорошо живут светолюбивые гелиофиты. В противоположность им — сциофиты: растения лесных чащ, хорошо себя чувствуют в затененных местах. Среди животных также есть особи, чья физиологическая адаптация рассчитана на активный образ жизни в ночное время или под землей.
• Температура воздуха. В среднем для всего живого, в том числе и человека, оптимальной температурной средой считается диапазон от 0 до 50 ^оС. Однако жизнь есть практически во всех климатических регионах Земли.

Противоположные примеры адаптации к аномальным температурам описаны ниже.

Арктические рыбы не замерзают благодаря выработке в крови уникального антифризного белка, который не дает крови заледенеть.

Простейшие микроорганизмы обнаружены в гидротермальных источниках, температура воды в которых превышает градус кипения.

Растения-гидрофиты, то есть те, что живут в воде или около нее, погибают даже при незначительной потере влаги. Ксерофиты, наоборот, приспособлены жить в засушливых регионах, и погибают при большой влажности. Среди животных природа также поработала над адаптацией к водному и безводному окружению.

Адаптация человека

Способности человека к приспособлению поистине грандиозны. Секреты человеческого мышления раскрыты далеко не полностью, и тайны адаптивной способности людей еще долго будут загадочной темой для ученых. Превосходство Гомо сапиенса перед другими живыми существами — в способности сознательно менять свое поведение под требование окружающей среды или, наоборот, окружающий мир под свои потребности.

Гибкость поведения человека проявляется ежедневно. Если дать задание: «приведите примеры адаптации людей», большинство начинает вспоминать исключительные случаи выживания в экстремальных условиях. Это редкие случаи, а социальная адаптация в новых для себя обстоятельствах свойственна человеку ежедневно. Мы примеряем на себя новую обстановку в момент рождения на свет, в детском саду, школе, в коллективе, при переезде в другую страну. Именно это состояние принятия новых ощущений организмом называют стрессом. Стресс является психологическим фактором, но тем не менее под его воздействием меняются многие физиологические функции. В случае, когда человек принимает новую среду как положительную для себя, новое состояние становится привычным, а иначе стресс грозит стать затяжным и привести к ряду серьезных заболеваний.

Механизмы приспособления человека

Существуют три типа адаптации человека:

• Физиологическая. Самые простые примеры – акклиматизации и приспособленность к смене часовых поясов или суточного режима работы. В процессе эволюции сформировались различные типы людей, в зависимости от территориального места проживания. Арктический, высокогорный, континентальный, пустынный, экваториальный типы значительно разнятся физиологическими показателями.
• Психологическая адаптация. Это способность человека находить моменты понимания с людьми разных психотипов, в стране с иным уровнем менталитета. Человеку разумному свойственно менять свои устоявшиеся стереотипы под влиянием новой информации, особых случаев, стресса.
• Социальная адаптация. Тип привыкания, который свойственен только человеку.

Все адаптивные типы тесно связаны между собой, как привило, любая смена привычного существования вызывает в человеке потребность в социальной и психологической адаптации. Под их воздействием приходят в действие механизмы физиологических изменений, которые тоже подстраиваются под новые условия.

Такая мобилизация всех реакция организма названа адаптационным синдромом. Новые реакции организма появляются в ответ на резкие изменения обстановки. На первой стадии — тревоги — наблюдается изменение физиологических функций, изменения в работе обмена веществ и систем. Далее подключаются защитные функции и органы (в том числе мозг), начинают включать свои защитные функции и скрытые возможности. Третья стадия адаптации зависит от индивидуальных особенностей: человек или включается в новую жизнь и входит в обычное русло (в медицине в этот период наступает выздоровление), или же организм не принимает стресса, и последствия принимают уже негативную форму.

Феномены человеческого организма

В человеке заложен природой огромный запас прочности, который используется в повседневной жизни только в незначительном объеме. Проявляется он в экстремальных ситуациях и воспринимается как чудо. На самом же деле чудо заложено в нас самих. Пример адаптации: способность людей адаптироваться к нормальной жизни после удаления значительной части внутренних органов.

Природный врожденный иммунитет на протяжении жизни может укрепляться рядом факторов или же, наоборот, ослабевать при неправильном образе жизни. К сожалению, увлечение вредными привычками – это тоже отличие человека от других живых организмов.

Адаптация человека к условиям тропической (юмидной) зоны

Е.П. Гора
Экология человека
Учебное пособие для вузов. – М.: Дрофа, 2007. – 540 с.

2.3. Общие вопросы адаптации организма человека к различным климатогеографическим регионам

2.3.3. Адаптация человека к условиям тропической (юмидной) зоны

Климат тропической зоны характеризуется следующими особенностями. Среднемесячные температуры составляют +24…29 °C, причем колебания их в течение года не превышают 1–6 °C. Годовая сумма солнечной радиации достигает 80-100 ккал/см². Воздух насыщен водяными парами, и поэтому относительная влажность его крайне высока – 80–90 %. Тропическая природа не скупится на осадки. За год их выпадает 1,5–2,5 тыс. мм. Высокая температура и влажность воздуха, а также недостаточная циркуляция служат причиной образования густых туманов не только в ночное, но и в дневное время.

Температура в сочетании с большой влажностью воздуха в тропиках ставит организм человека в крайне неблагоприятные условия теплообмена. «Вверху над лесом стоит как бы туман. Воздух влажный, теплый, трудно дышать, как в бане в парном отделении. Это не палящая жара тропической пустыни. Температура воздуха +26 °C, самое большее +30 °C, но во влажном воздухе почти нет охлаждающего испарения, нет и освежающего ветерка. Томительный зной не спадает в течение всей ночи, не давая человеку отдыха», – писал А. Уоллес.

Высокая температура воздуха исключает теплоотдачу организма конвекцией и радиацией, а большая его влажность сводит до минимума возможность избавиться от избыточного тепла потоотделением, так как пот не испаряется, а стекает с кожи. Все это создает условия для перегрева организма даже при относительно невысокой температуре окружающей среды.

Интенсивное потоотделение при тепловой нагрузке ведет к обеднению организма жидкостью. Это отрицательно сказывается на функциональном состоянии сердечно-сосудистой системы, влияет на сократительную способность мышц и развитие мышечного утомления вследствие изменения физических свойств коллоидов и последующей их деструкции.

Потоотделению предшествует расширение сосудов. Местное расширение периферических сосудов связывают с ослаблением сосудосуживающего тонуса, активным холинергическим механизмом и автономными реакциями. Они вызываются как из центра в ответ на небольшое общее повышение температуры тела, так и через спинальную дугу от терморецепторов кожи.

Увеличение объема русла периферических сосудов компенсируется уменьшением кровотока во внутренних органах.

Реакцией организма на значительное расширение сосудистого русла является увеличение объема циркулирующей жидкости. Механизм этого явления мало изучен. Известно, что сначала происходит освобождение запасов крови из внутренних органов. Возможно, в этом случае стимулируются объемные рецепторы, а эндокринные изменения вызывают увеличение задержания воды и натрия с последующим расширением объемов внеклеточной и циркулирующей жидкости. При нагревании возрастает секреция АДГ, при этом освобождается альдостерон, что подтверждает данные о разжижении крови в тепле. Объем плазмы увеличивается больше, чем объем циркулирующих эритроцитов, поэтому величины гематокрита снижаются.

В связи с изменениями объема крови происходят сдвиги и в ее распределении.

У неадаптированного человека в тропиках отмечается падение артериального давления, увеличение частоты сердечных сокращений. Возрастание пульса, связанное с повышением температуры тела, приводит к значительному увеличению минутного объема крови.

Система дыхания реагирует на тропические условия непроизвольной гипервентиляцией и сопутствующей ей гипокапнией. В результате в организме развивается дыхательный алкалоз.

Функция органов пищеварения теснейшим образом связана с состоянием теплового баланса. В связи с этим в тропиках существенно изменяются секреторная, всасывательная и моторно-эвакуаторная деятельность желудочно-кишечного тракта. Действительно, широко известно, что у людей, впервые прибывших из европейских стран в тропики, ухудшается аппетит, пропадает желание принимать пищу животного происхождения. Это явление связывают либо со снижением секреции соляной кислоты и пепсина желудочными железами, либо с уменьшением потребности организма в высококалорийных продуктах из-за снижения обмена веществ. Считают также, что в условиях тропиков наблюдается атония двигательного аппарата желудочно-кишечного тракта, которая также приводит к ухудшению аппетита. Кроме того, происходит значительное перераспределение крови, в результате часть крови переходит к подкожным сосудам, а кровоснабжение внутренних органов резко снижается. Все это приводит к уменьшению секреции желудочного и панкреатического соков и желчи.

Многочисленные исследования показали, что у человека в условиях тропиков основной и энергетический обмен понижен. Уровень основного обмена в значительной степени зависит от условий питания, в частности от потребления белков. Полагают, что адаптивные изменения основного и энергетического обмена обусловлены гормональными сдвигами, преимущественно снижением активности щитовидной железы.

Морфофункциональные особенности коренных жителей тропиков. Население тропического пояса разнообразно в расовом, этническом и культурном отношениях. К коренному населению тропиков относятся жители Центральной Америки, Антильских островов, Африки, Индии, Большого Никобара, Новой Гвинеи.

Комплекс морфофункциональных черт тропических популяций, выделенных в тропический адаптивный тип, во многих отношениях специфичен. Это проявляется как в строении тела, так и в характеристике внутренней среды организма, включая глубинные механизмы обмена веществ. По мнению Т. И. Алексеевой (1998) [6], этот морфофункциональный комплекс возник в результате длительного, наследственно закрепленного приспособления к высоким температурам и влажности окружающей среды, к условиям белковой недостаточности и избытку углеводов в диете, к некоторым эндемическим заболеваниям.

Специфическая удлиненная форма тела с повышенной относительной поверхностью испарения, увеличение количества потовых желез на 1 см², интенсивность потоотделения, специфика регуляции водно-солевого обмена, понижение уровня метаболизма, достигаемое уменьшением мышечной массы тела, редукцией синтеза эндогенных жиров и понижением концентрации АТФ, – характерные черты тропических аборигенов. Если к этому добавить темный цвет кожи, курчавые волосы, удлиненную и высокую форму головы, сильное развитие слизистых оболочек носа и губ, то адаптивный характер морфо-функционального комплекса коренного населения тропиков не будет вызывать сомнения. Наследственная природа этого комплекса, по-видимому, также бесспорна. Перечислим также концентрацию медленно мигрирующих трансферинов, связанных с уменьшением интенсивности основного обмена в тропической зоне, пониженную чувствительность периферических тканей к гормону роста у пигмеев, редукцию синтеза холестерина у масаев, лактозную непереносимость у арабов и некоторых других групп тропического пояса. Непереносимость лактозы, в основе которой лежит недостаточная ферментативная активность, может быть, следует интерпретировать как наличие избирательной способности в отношении пищи. В свете такой интерпретации становится понятным приспособление к диете с избытком углеводов и резким дефицитом белков.

Таким образом, несмотря на жесткие климатические условия тропиков, у их жителей выработались приспособления, позволившие им успешно адаптироваться к жизни в этой среде.

Клювы, лапы, камуфляж. Как животные адаптируются к городской жизни

• Фернандо Дуарте
• BBC World Service

4 октября 2019

Подпись к фото,

Японские галки разбивают скорлупу орехов при помощи автомобилей

Тысячи лет галки японского города Сендай с трудом, но решали сложнейшую задачу: как расколоть грецкий орех.

Грецкие орехи — главное лакомство этих галок, но скорлупа их слишком крепкая, птицы не могут расколоть ее клювом. Поэтому раньше они взлетали с орехом в клюве повыше и бросали его, чтобы орех разбился о землю.

Но в 70-х годах прошлого века местный орнитолог заметил, что птицы изменили тактику. Они стали бросать орехи на проезжую часть, под колеса автомобилей.

Сендайские галки стали классическим примером того, как урбанизация способствует изменению поведения животных.

Адаптация к мегаполису

Автор фото, Getty Images

Подпись к фото,

К 2050 году около 70% всех жителей Земли будут жить в городах

Согласно данным ООН за 2018 год, в городах сейчас живет 55% всего населения Земли (в 1960 году эта цифра составляла 34%).

Ожидается, что к 2050 году около 70% всех жителей Земли будут жить в городах.

Этот рост городского населения оказал негативное влияние на дикую природу и биологическое разнообразие: многие животные стали терять привычную среду обитания.

Но урбанизация привела и к изменению поведения ряда животных, которые приспособились к выживанию в городах.

«Очень важно понимать связь урбанизации с дикой природой», — объясняет голландский эволюционный биолог Менно Шильтхайзен, который рассмотрел эту тему в книге «Дарвин переезжает в город: как городские джунгли стимулируют эволюцию».

«Мы приближаемся к ситуации, когда единственная природа, доступная большинству людей, будет городской природой», — говорит ученый.

Автор фото, Getty Images

Подпись к фото,

Пауки научились плести свою паутину на городских фонарях, чтобы быть ближе к мотылькам, которых привлекает свет

Быстрые изменения

Шильтхайзен и другие ученые утверждают, что некоторые примеры адаптации являются следствием быстрых эволюционных изменений, вызванных человеком, то есть быстрой адаптации, занимающей всего несколько десятилетий.

«Мостовые пауки, которые обычно избегают света, плетут паутину на уличных фонарях, привлекающих мотыльков. В ряде городов мотыльки, в свою очередь, развивают свою способность сопротивляться манящей силе света», — пишет Шильтхайзен в своей книге.

Такие поведенческие изменения можно наблюдать у разных видов, город как таковой является лучшим местом для наблюдения за их развитием.

«Урбанизация представляет собой лучший и самый масштабный эксперимент в области непреднамеренной эволюции», — говорит биолог из университета Торонто Марк Джонсон.

Автор фото, MTA handout

Подпись к фото,

Сапсаны приспособились к городской среде и начали вить гнезда на небоскребах

Джонсон стал соавтором статьи, опубликованной в 2017 году в журнале Science, в которой изучались закономерности городской адаптации животных на основании проведенных 192 исследований.

Было установлено, что некоторые виды животных нашли свою нишу в городской среде. Один из примеров — сапсан, хищная птица, которая в середине 20 века оказалась под угрозой исчезновения из-за высокого уровня химических выбросов.

Сапсаны накапливали в себе такие химические вещества как ДДТ (он же дуст, инсектицид, применявшийся против насекомых) , потому что охотились на перелетных птиц, которые в свою очередь питались насекомыми.

Запрет на использование ДДТ и реализация программ размножения позволила виду сохраниться, но не раньше, чем эти птицы нашли себе убежище в городе, потому что на сохранение вида оказывало влияние и разрушение среды обитания.

Сапсаны перебрались в города, где им пришлось научиться гнездиться на небоскребах. Исследователи также подтвердили, что сапсаны питаются различными животными, распространенными в городах: от голубей до летучих мышей.

Более длинные и широкие клювы

Зяблики Дарвина (они же галапагосские вьюрки) занимают важное место в истории биологии. Именно их Дарвин изучал на Галапагосах, именно они помогли ему в разработке его теории естественного отбора.

Птицы имели различные размеры и форму клюва, тем самым адаптируясь к определенному типу пищи на разных островах.

Но в последнее время внимание ученых привлекли зяблики из американского города Тусона (штат Аризона). Их клювы стали длиннее и шире, чем у их сельских собратьев.

Причина? Форма клюва облегчает им подхватывание семян подсолнечника из кормушек.

«Я думаю, это очень убедительное доказательство того, что когда мы даем новые виды питания животным, мы вмешиваемся в естественный отбор», — говорит куратор птиц американского Музея биологии Юго-Запада Кристофер Витт.

Подвальные комары

Автор фото, Getty Images

Подпись к фото,

Комары, обитающие в лондонском метро — наглядный пример адаптации и «быстрой эволюции»

Комар-пискун (или комар обыкновенный) — самый распространенный в мире вид комаров.

Они известны своей способностью к адаптации. Но комары, обитающие в лондонском метро, обошли их.

В то время как комары-пискуны живут над поверхностью земли, образуя большие спаривающиеся рои, подземные (подвальные) комары благополучно обитают в созданных человеком подземных пространствах. Такой комар спаривается только с одним партнером.

Комар-пискун предпочитает кусать птиц, подземный же предпочитает кровь человека.

Автор фото, Getty Images

Подпись к фото,

Люди, укрывавшиеся в лондонском в годы Второй мировой войны, рассказывали о безжалостных комарах

Этого комара прозвали комаром лондонского метро. Почему, если его выделили в отдельный вид еще в 18 веке, когда метро еще не было?

Потому что именно в метро в годы Второй мировой войны люди получили первые серьезные укусы. Подземный комар адаптировался к условиям лондонской подземки, стоячей воде и новой пище.

Светлая моль

Автор фото, Getty Images

Подпись к фото,

Пигментация на крыльях — для моли вопрос жизни и смерти

Березовая пяденица — еще один пример адаптации животного к человеку.

В числе продолжавшейся десятилетиями индустриализации в Великобритании в городских условиях резко выросло число особей черного окраса. Сажа дымоходов позволяла им прятаться от хищников. Численность же особей светлого окраса, которые укрывались на лишайнике деревьев, стала сокращаться.

Новые усовершенствованные стандарты по очистке атмосферы от вредных выбросов привели к очищению окружающей среды и новому росту популяции светлого окраса.

Городские лягушки

Тунгарские лягушки обитают на границе тропических лесов от Мексики до северной части Южной Америки и издают характерный звук, когда призывают самок для спаривания.

По этому звуку их находят и охотящиеся на них хищники.

Автор фото, Smithsonian Tropical Research Institute

Подпись к фото,

Самец тунгарской лягушки очень характерно призывает подругу

Исследователи обнаружили, что особи, живущие ближе к городской среде, развили более разнообразную систему громких сигналов, лучше привлекающих самок, нежели их сельские и лесные собратья.

Казалось бы, теперь их еще легче находят и хищники. Но рядом с городами хищников гораздо меньше, городским лягушкам не приходится их так опасаться, именно поэтому их брачные призывы стали смелее и разнообразнее.

Черные дрозды поют ночью

Автор фото, Getty Images

Подпись к фото,

Городские черные дрозды часто поют ночами

Черный дрозд является одним из старейших и наиболее изученных городских животных в мире.

У особей, обитающих в городской и сельской местности, есть определенные отличия. В Европе и Северной Африке городские черные дрозды фактически превратились в новый вид. У городских птиц более прочные клювы и они не мигрируют зимой.

Также есть свидетельства того, что городской шум вынудил их изменить высоту издаваемых звуков и время пения.

Известно, что лесные черные дрозды поют на рассвете. Городские же стали петь ночью, за несколько часов до восхода солнца.

Гладкие стены и липкие лапы

Автор фото, Kristin Winchell

Подпись к фото,

Ящерицам семейства анолисовых приходится приспосабливаться к жизни в городах

Ящерицам семейства анолисовых из Пуэрто-Рико пришлось стать лидерами городской адаптации.

Сначала они столкнулись с гладкими стенами. Городские ящерицы научились преодолевать их, приобретя более длинные и липкие конечности.

«Городские районы — это просто другая среда обитания. Животные, которые там живут, совсем не чужды естественному отбору», -говорит биолог, специалист по ящерицам из Вашингтонского университета в Сент-Луисе Кристин Винчелл.

Автор фото, Kristin Winchell

Подпись к фото,

Лапы городской ящерицы (слева) более приспособлены к городской среде

«Мы обнаружили, что в городской среде у ящериц на лапах больше чешуи и крупнее подушечки пальцев», — говорит она.

Винчелл провела несколько лабораторных исследований, изучая скорость передвижения городских и сельских ящериц, и обнаружила, что городские особи в этом соревновании легко вырываются вперед на скользкой поверхности.

Исследования также показали, что городские особи стали терпимее к более высоким температурам.

человеческих адаптаций: урок для детей — видео и стенограмма урока

Противоположные пальцы

Если мы не используем руки при ходьбе, они со временем меняются и становятся более полезными. Можете ли вы представить, как открыть шоколадный батончик или пакет с чипсами, не используя большие пальцы? Было бы довольно сложно, правда? Противоположные большие пальцы движутся противоположно пальцам той же руки. Вы можете прикоснуться к остальным пальцам большим пальцем, потому что он противопоставлен.

Противоположные большие пальцы облегчают хватание и удержание вещей. У других животных такая же особенность. Некоторые обезьяны используют свои большие пальцы, чтобы карабкаться с дерева на дерево. Медведи-панды держатся за бамбук с помощью съемной подушечки для большого пальца. Однако противопоставленный большой палец человека может двигаться дальше и раздельно, чем любое другое животное. Когда дело доходит до противостояния, мы получаем большой плюс!

Сложный мозг

Мы не можем говорить о человеческих адаптациях, не упоминая того, чего мы даже не видим: наш мозг! Мозг контролирует все, что мы делаем, включая то, как мы чувствуем, двигаемся и думаем.Причина, по которой люди смогли выжить миллионы лет в самых разных средах, заключается в этой замечательной части нашего тела.

Что отличает наш мозг от других животных, так это его размер и сложность. По сравнению с общим размером тела мозг человека самый большой из всех млекопитающих. Размер и складки нашего мозга позволяют нам хранить больше информации. Множество различных частей нашего мозга позволяют решать проблемы и развивать язык и таланты. Удивительно, что что-то весом всего три фунта может так много!

Резюме урока

Люди менялись миллионы лет.Наше двуногие (способность ходить на двух ногах), противоборствующие пальцы (которые могут касаться пальцев одной руки) и сложный мозг (который контролирует все, что мы делаем) — это три адаптации (особые функции, которые помогают нам выжить), которые позволили нам жить в столь разных климатических условиях и средах обитания. Как вы думаете, как люди будут выглядеть и вести себя через миллион лет?

Адаптация человека к экстремальным условиям окружающей среды

Curr Opin Genet Dev.Авторская рукопись; доступно в PMC 2020 1 мая 2020 г. Лейк-Сити, UT 84132, США

² Департамент интегративной биологии, Калифорнийский университет в Беркли, Беркли, Калифорния 94720, США

³ Статистический департамент Калифорнийского университета в Беркли, Беркли, Калифорния 94720, США

Расмус Нильсен

² Департамент интегративной биологии, Калифорнийский университет в Беркли, Беркли, Калифорния 94720, США

³ Департамент статистики, Калифорнийский университет в Беркли, Беркли, Калифорния 94720, США

⁴ Датский музей естествознания, Копенгагенский университет, 1350 København K, Дания

¹ Программа молекулярной медицины Университета штата Юта, Университет штата Юта, Солт-Лейк-Сити, штат Юта 84132, США

² Depa Центр интегративной биологии, Калифорнийский университет в Беркли, Беркли, Калифорния 94720, США

³ Статистический департамент Калифорнийского университета в Беркли, Беркли, Калифорния 94720, США

⁴ Датский музей естествознания, Копенгагенский университет, 1350 Копенгаген, København K , Дания

См. Другие статьи в PMC, в которых цитируется опубликованная статья.

Abstract

Современные люди населяют большинство самых суровых природных условий и ведут разнообразный образ жизни. Биологические адаптации, в дополнение к технологическим инновациям, сделали возможным эти географические и культурные исследования. Изучение этих адаптаций помогает не только фундаментально понять нашу эволюцию как вида, но также может иметь все большее значение по мере того, как геномика трансформирует такие области, как персонализированная медицина. Здесь мы рассматриваем три культурных и экологических сдвига, которые привели к адаптации у современных людей; Арктика, большие высоты и средства к существованию, зависящие от ныряния с задержкой дыхания.

Введение

Когда современные люди возникли несколько сотен тысяч лет назад и распространились внутри и за пределами Африки, они столкнулись с рядом новых и сложных условий. Некоторые из самых экстремальных условий, в которых вы можете встретить людей сегодня, включают гипоксические большие высоты, засушливые пустыни и холодные и бесплодные среды Арктики. Люди покорили эти среды в основном благодаря технологическим инновациям, включая огонь, одежду, жилище, достижения в области охотничьего снаряжения и методов, а также методы хранения пищи и воды.Однако, вероятно, также имели место сопутствующие биологические адаптации, когда люди претерпели генетические и физиологические изменения, чтобы выжить в условиях окружающей среды. Такие случаи не только интригуют с антропологической точки зрения, но также представляют интерес как системы исследования для понимания физиологии и генетики человека. По сравнению с модельными организмами, изучение генетики на людях затруднено отсутствием экспериментов на целых живых организмах. Однако случаи, когда люди живут в экстремальных условиях, дают возможность понять физиологическую реакцию человека на эти условия.Точно так же генетическая адаптация (то есть наследственные фенотипические изменения, вызванные естественным отбором) дают возможность понять генетические вариации, лежащие в основе физиологических различий между людьми, а также генетические компоненты, важные для реакции на изменения в окружающей среде. За последние десять лет был проведен ряд исследований с использованием генетического анализа популяций, адаптированных к экстремальным условиям окружающей среды, для выявления причинных генов или генетических вариаций, влияющих на физиологию человека. В этом обзоре мы обсудим три примера адаптации: к жизни в Арктике, к большой высоте и к образу жизни, основанному на дайвинге.

Адаптация к жизни в Арктике

Окружающая среда Арктики, пожалуй, одна из самых неблагоприятных на Земле. Однако множество различных культур адаптировались к этой среде, в том числе сибирские народы, такие как чукчи и эвенки, европейцы, такие как саамы, и коренные жители Северной Америки, в первую очередь инуиты. Хотя было много гипотез относительно адаптации человека к арктической среде, до недавнего времени было очень мало работ по исследованию какой-либо генетической основы предполагаемых фенотипических адаптаций у арктических народов.Однако несколько недавних исследований выявили ряд вариантов, которые были отобраны в рамках адаптации к диете или холоду в приполярном регионе.

Clemente et al. [1] показали, что CPT1A , регулятор митохондриального окисления длинноцепочечных жирных кислот, находится под сильным отбором у северо-восточных сибиряков. Выбранный аллель в современных популяциях связан с гипокетотической гипогликемией и высокой детской смертностью. Однако Клементе и др. .утверждают, что это могло дать населению Северо-Восточной Сибири метаболическое преимущество при соблюдении их традиционной диеты с высоким содержанием жиров. Аналогичный пример адаптации арктических популяций к диете с высоким содержанием жиров был предоставлен Fumagalli et al. [2]. Они определили сильный отбор, влияющий на гены десатуразы жирных кислот ( FADS ) у инуитов из Гренландии. Эти гены кодируют ферменты, ограничивающие скорость синтеза длинноцепочечных полиненасыщенных жирных кислот (ПНЖК), включая омега-3 жирные кислоты.Традиционная диета инуитов в основном основана на рыбе и морских млекопитающих и поэтому богата длинноцепочечными омега-3 ПНЖК. Возможно, как эволюционный ответ на это, адаптивные мутации у инуитов снижают скорость эндогенного синтеза длинноцепочечных ПНЖК, вместо этого приводя к накоплению короткоцепочечных ПНЖК, которые обычно получают из вегетарианской диеты. Мутации в генах FADS, выбранные у инуитов, по-видимому, являются адаптацией к диете с высоким содержанием жиров, основанной на морских животных, с сильными последующими фенотипическими эффектами, включая основные эффекты на рост, вес, инсулин, общий холестерин и холестерин ЛПНП.Направление эффектов согласуется с защитным действием на кардиометаболические фенотипы и может быть довольно значительным, включая наблюдаемое изменение веса более чем на 4 кг в гомозиготном состоянии.

В дополнение к адаптации к диетическим изменениям, недавнее исследование, объединяющее современную и древнюю ДНК, предполагает, что сильный положительный отбор мог повлиять на эндогенную реакцию на низкие температуры [3 ••]. Частоты аллелей варианта выше гена TRPM8 , который кодирует рецептор, участвующий в восприятии холода и реакции на него посредством физиологической терморегуляции (см.[4]), по-видимому, увеличиваются вдоль широтного склона. Хотя предковый аллель, по-видимому, защищает от мигрени, производный аллель обеспечивает преимущество уменьшения физиологической реакции на низкие температуры.

Высотная адаптация

Есть по крайней мере три популяции, которые были предложены для адаптации к гипоксическим условиям большой высоты; амхара в Эфиопии, кечуа и аймара в Андах, а также тибетцы и другие люди в Гималаях и вокруг них и на Тибетском плато (см.[5]).

Человеческое тело подвергается хорошо охарактеризованной реакции на гипоксические условия больших высот. Низкий уровень кислорода в окружающей среде, возникающий из-за пониженного барометрического давления, вызывает реакцию, организованную факторами, индуцируемыми гипоксией (HIF). Эти HIF вызывают повышенную выработку эритропоэтина (ЭПО), который способствует выработке красных кровяных телец. Возникающий в результате фенотип, полицитемия, измеряется по характерно высокой концентрации гемоглобина. Избыточная масса эритроцитов обеспечивает преимущество улучшенной доставки кислорода к тканям, но также увеличивает вязкость крови, тем самым создавая нагрузку на систему кровообращения и потенциально осложняя беременность.Тем не менее, повышенный уровень гемоглобина в ответ на высокогорную гипоксию первоначально казался постоянным среди популяций, в том числе у людей с хроническим воздействием, таких как горцы Анд [6]. Таким образом, было удивительно, когда впервые было обнаружено, что у тибетцев, постоянно проживающих на высоте выше 3500 м, концентрация гемоглобина намного ниже, чем предполагалось [7], что указывает на лежащую в основе адаптацию, которая обеспечивает альтернативный метод ответа на гипоксию. Последующие геномные исследования выявили многочисленные сигналы естественного отбора, действующие на различные компоненты пути HIF у тибетцев, в первую очередь EPAS1 и EGLN1 [8-11], оба из которых действуют на ранних этапах пути передачи сигналов HIF.Комбинация обоих генов, по-видимому, способствует притуплению передачи сигналов HIF, наблюдаемому у тибетцев. Хотя причинная мутация могла быть идентифицирована для EGLN1 [12], причинные мутации в EPAS1 еще не идентифицированы. Идентификация этих мутаций осложняется тем фактом, что существует множество мутаций при совершенном неравновесном сцеплении, поскольку причинный гаплотип был введен от денисовцев, архаичного человеческого вида, в предков тибетцев [13] ().

Путь фактора, индуцируемого гипоксией (HIF). В нормоксических условиях субъединицы HIFα (включая HIF-2α, кодируемый EPAS1 ) гидроксилируются пролилгидроксилазами (PHD), включая PHD2, кодируемый EGLN1 . Впоследствии они связываются с белками фон Хиппеля-Линдау (VHL) и подвергаются полиубиквитинированию и протеосомной деградации. В гипоэтических условиях субъединица HIFα стабилизируется и перемещается в ядро, где димеризуется с субъединицей HIFβ вместе с другими кофакторами.Затем гетеродимер связывается с элементами, чувствительными к гипоксии (HRE), активируя транскрипцию генов-мишеней HIF. Одним из таких генов является BHLHE41 , который, помимо подавления пролиферации клеток, также представляет субъединицу HIFα протеасомному комплексу для деградации, тем самым создавая петлю отрицательной обратной связи.

Наше понимание генетических вариантов в двух других популяциях, адаптированных к высокогорью, несколько более ограничено. Эфиопская амхара, по-видимому, имеет притупленный ответ на HIF, аналогичный тибетскому [14–16], что может быть вызвано селекцией в гене BHLHE41 , вышестоящем регуляторе передачи сигналов HIF, который был самым сильным кандидатом для отбора в другом исследовании [17 ].Однако другие исследования нашли у эфиопов других кандидатов для отбора [14,18], а генетика адаптации к большой высоте у эфиопов, как правило, гораздо менее изучена, чем у тибетцев.

Популяции, адаптированные к высокогорью в Андах, не демонстрируют того же типа притупленной передачи сигналов HIF, как это наблюдается у тибетцев и эфиопов [19,20]. Хотя в нескольких исследованиях были проанализированы возможные гены-кандидаты, связанные с передачей сигналов HIF [10,21], и было высказано предположение, что EGLN1 может находиться в процессе отбора и у людей из Анд [22], ни один из главных генов не демонстрирует наибольшее доказательство отбора в Анды представляют собой сигнальные гены HIF, связанные с производством красных кровяных телец [10,21].Вместо этого отбор, по-видимому, имеет гены-мишени, такие как FAM213A , который связан с окислительным стрессом [31], и NOS2 [21], который регулируется HIF-1, играет важную роль в ответной реакции на гипоксию. и участвует в таких фенотипах, как снижение артериального давления [23]. Более того, ряд генов, связанных с сердечными фенотипами, включая предрасположенность или защиту от фибрилляции предсердий, у жителей Анд являются наиболее дифференцированными генами [24].Хотя генетика высотной адаптации у жителей Анд до сих пор не до конца изучена, похоже, что жители Анд, вместо того чтобы модулировать выработку эритроцитов, возможно, эволюционировали в сторону смягчения пагубных последствий хронически усиленного ответа на HIF ().

(a) Путь Омега-3. Стрелки обозначают этапы синтеза. Цвет молекул указывает на диетический источник данной жирной кислоты: зеленый — из растений, синий — из морских источников, а серый — из промежуточных продуктов.Если указано, члены семейства десатураз жирных кислот (FADS) играют роль на этапах синтеза. (b) В ответ на низкие температуры катионные каналы транзиторного рецепторного белка (TRP), включая TRPM8 , активируются в сенсорных нейронах ганглиев задних корешков (DRG), которые иннервируют кожу.

Адаптация к дайвингу

В дополнение к заселению обширного и разнообразного ландшафта суровой окружающей среды, люди приняли экстремальный образ жизни, создавая тем самым условия физиологического стресса.Одна из таких популяций, морские кочевники Юго-Восточной Азии, сформировала культуру погружения с задержкой дыхания. Их образ жизни морских охотников-собирателей часто требует погружений на глубины более 100 футов на периоды в несколько минут. Эта деятельность создает ряд нагрузок на земную физиологию тела: глаз теряет примерно две трети своей преломляющей способности [25]; вода оказывает давление один атм на каждые 10 м глубины, сжимая заполненную воздухом грудную полость; а продолжительные периоды апноэ создают условия острой гипоксии.До недавнего времени было известно, что ни один из этих физиологических стрессов не индуцировал генетическую адаптацию у дайверов, и считалось, что экстраординарные способности морских кочевников были достигнуты просто благодаря пластической реакции на дайвинг. Утверждалось, что даже наблюдаемое превосходное подводное зрение у Moken [26], группы морских кочевников в Таиланде, является результатом многократных тренировок под водой [27].

Однако генетический анализ индонезийского Баджау показал, что они приспособились к острой гипоксии за счет увеличения селезенки [28 ••], органа, который сокращается в ответ на стимул от ныряния, чтобы обеспечить кислородное голодание за счет изгнания красных кровяных телец. .Генетический вариант, связанный с этим признаком, попадает в ген PDE10A , который кодирует фосфодиэстеразу, влияющую на сигнальные пути, включая те, которые регулируют уровни гормонов щитовидной железы (). Было показано, что уровни тироидного гормона Т4 резко влияют на размер селезенки у мышей [29], предполагая, что наблюдаемые большие селезенки Баджау являются результатом модуляции регуляции тироидных гормонов. Дополнительные гены-кандидаты, прошедшие отбор по Баджау и имеющие очевидное отношение к дайвингу, включают BDKRB2 , ген, который, как считается, влияет на периферическую вазоконстрикцию, вызванную погружением.

Путь синтеза гормонов щитовидной железы. Связывание тиреотропного гормона (ТТГ) запускает синтез тиреоглобулина, предшественника тиреоидного гормона, через цАМФ-зависимый путь. Этот путь может быть инактивирован фосфодиэстеразами (PDE), такими как PDE10A. Предшественник тиреоглобулина выводится в просвет фолликула. Ферменты присоединяют идоин к тирозинам (часть молекулы тиреоглобулина), и йодированные тирозины соединяются вместе, образуя Т3 и Т4. Эти молекулы эндоцитируются в фолликул, где лизосомальные ферменты отщепляют тиреоидные гормоны Т4 и Т3 от тиреоголобулина, и гормоны попадают в кровоток.Снижение экспрессии ФДЭ увеличивает синтез тиреоглобулина, тем самым увеличивая выработку гормонов щитовидной железы.

Обсуждение

В большинстве случаев адаптации человека, обсуждаемых в этом обзоре, новая экстремальная среда вызывает нарушение физиологического процесса, а последующая адаптация возвращает этот процесс к гомеостазу. Например, низкий уровень кислорода на больших высотах вызывает дезадаптивный физиологический ответ, который увеличивает доставку кислорода, но за счет увеличения вязкости крови.Полученные в результате адаптации притупляют эту реакцию, чтобы вернуть систему в равновесие. Точно так же адаптация генов FADS у инуитов компенсирует диетические изменения в потреблении жирных кислот, чтобы восстановить состав жирных кислот до прежних уровней. Однако большие селезенки, наблюдаемые у дайверов Bajau, вместо этого представляют собой уникальный пример действия отбора, направленного на создание новой адаптации, улучшающей функциональность. В этом смысле пример с дайвингом может быть наиболее подходящим для понимания эволюции новых функций.

Уроки, извлеченные из эволюционной биологии человека, имеют решающее значение для интерпретации медицинских исследований человека. Первые исследования возможных полезных эффектов омега-3 жирных кислот были основаны на эпидемиологических исследованиях инуитов. Однако инуиты, по-видимому, генетически адаптированы к диете, богатой омега-3 жирными кислотами, что позволяет предположить, что уроки инуитов нелегко экстраполировать на другие группы населения. Интересно, что недавние мета-исследования эффектов добавок омега-3, основанные в первую очередь на людях европейского происхождения, показывают, что защитные эффекты добавок омега-3 отсутствуют [30].

В век персонализированной геномики становится все более очевидным, что медицинские работники должны учитывать генетические различия между популяциями. Обсуждаемые здесь адаптации часто происходят от редких аллелей, частота которых увеличивается в данной популяции, а не от de novo мутаций, поэтому можно ожидать, что они будут присутствовать с определенной частотой в других географических регионах. Влияние этих вариантов на физиологию может повлиять на множество медицинских процедур.Например, варианты, которые позволяют Bajau подвергаться повторным приступам острой гипоксии с минимальным физиологическим стрессом, могут повлиять на способность человека противостоять острой гипоксии во время медицинского кризиса, такого как черепно-мозговая травма. Таким образом, уроки, извлеченные из исследований изолированных экстремальных групп населения, могут быть важны для более широких медицинских целей.

Сноски

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Список литературы и рекомендуемая литература

Документы, представляющие особый интерес, опубликованные в течение периода проверки, были отмечены как

•• представляющие интерес

1.Клементе Ф.Дж., Кардона А., Инчли К.Э., Питер Б.М., Джейкобс Дж., Пагани Л., Лоусон Диджей, Антао Т., Висенте М., Митт М.
и др.: Выборочный анализ вредоносной мутации в CPT1A в арктических популяциях. Am J Hum Genet
2014, 95: 584–589. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 2. Фумагалли М., Мольтке И., Граруп Н., Расимо Ф., Бьеррегаард П., Йоргенсен М.Э., Корнелиуссен Ц., Жербо П., Скотте Л., Линнеберг А.
и др .: Гренландские инуиты демонстрируют генетические признаки диеты и адаптации к климату. Наука
2015, 349: 1343–1347.[PubMed] [Google Scholar] 3. ••. Key FM, Абдул-Азиз М.А., Мандри Р., Питер Б.М., Секар А., Д’Амато М., Деннис М.Ю., Шмидт Дж.М., Андрес А.М.: Локальная адаптация рецептора холода TRPM8 у человека вдоль широтного склона. PLoS Genet
2018, 14: e1007298. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
В этой статье показано, что регуляторный вариант рядом с геном TRPM8 , единственным известным рецептором для ощущения умеренного холода, вероятно, находился в процессе отбора в популяциях Евразии. Сила этого отбора, измеренная по частотам аллелей, сильно коррелирует с географической широтой и является самой высокой среди североевропейских популяций.5. Beall CM: Адаптация к большой высоте: фенотипы и генотипы. Анну Рев Антрополь
2014, 43: 251–272. [Google Scholar] 6. Арно Дж., Квиличи Дж. К., Ривьер Дж.: Гематология высокогорья: сравнения кечуа-аймара. Энн Хум Биол
1981, 8: 573–578. [PubMed] [Google Scholar] 7. Beall CM, Reichsman AB: Уровни гемоглобина у высокогорного населения Гималаев. Am J Phys Антрополь
1984, 63: 301–306. [PubMed] [Google Scholar] 8. Beall CM, Cavalleri GL, Deng L, Elston RC, Gao Y, Knight J, Li C, Li JC, Liang Y, McCormack M
и другие.: Естественный отбор на EPAS1 (HIF2alpha), связанный с низкой концентрацией гемоглобина у тибетских горцев. Proc Natl Acad Sci U S A
2010, 107: 11459–11464. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 9. Yi X, Liang Y, Huerta-Sanchez E, Jin X, Cuo ZXP, Pool JE, Xu X, Jiang H, Vinckenbosch N, Korneliussen TS
и др .: Секвенирование 50 экзомов человека показывает адаптацию к большой высоте. Наука
2010, 329: 75–78. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 10. Бигхэм А., Баучет М., Пинто Д., Мао Х, Эйки Дж. М., Мей Р., Шерер С.В., Джулиан К.Г., Уилсон М.Дж., Лопес Херраез Д.
и другие.: Определение признаков естественного отбора в тибетских и андских популяциях с использованием плотных данных сканирования генома. PLoS Genet
2010, 6: e1001116. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 11. Саймонсон Т.С., Ян И, Хафф CD, Юн Х, Цинь Джи, Уизерспун Диджей, Бай Зи, Лоренцо Ф.Р., Син Дж., Джорд Л.Б.
и др.: Генетические доказательства высотной адаптации в Тибете. Наука
2010, 329: 72–75. [PubMed] [Google Scholar] 12. ••. Таши Т., Скотт Ридинг Н., Вурен Т., Чжан Х, Мур Л.Г., Ху Х, Тан Ф., Шестакова А., Лоренцо Ф., Бурджанивова Т.
и другие.: Увеличенная функция пролилгидроксилазы EGLN1 (PHD2 D4E: C127S) в сочетании с полиморфизмом EPAS1 (HIF-2alpha) снижает концентрацию гемоглобина у тибетских горцев. Дж Мол Мед (Берл)
2017, 95: 665–670. [PubMed] [Google Scholar]
В этой статье исследуются кандидатные SNP в тибетских гаполо-типах двух генов, связанных с высотой, EGLN1 и EPAS1 . Он определяет, что влияние этих гаплотипов на уровни гемоглобина зависит от дополнительных взаимодействий ген-среда и ген-ген, что указывает на то, что другие модификаторы вносят вклад в наблюдаемое притупление эритропоэза у генетически адаптированных тибетцев.13. Уэрта-Санчес Э., Джин Икс, Асан Бьянба З., Питер Б.М., Винкенбош Н., Лян Й., Йи Х, Хе М., Сомел М.
и др .: Адаптация к высоте у тибетцев, вызванная интрогрессией денисовской ДНК. Природа
2014, 512: 194–197. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 14. Алкорта-Аранбуру Г., Билл К.М., Витонски Д.Б., Гебремедин А., Причард Дж. К., Ди Риенцо А.: Генетическая архитектура адаптации к большой высоте в Эфиопии. PLoS Genet
2012, 8: e1003110. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 15. Beall CM, Decker MJ, Brittenham GM, Kushner I., Gebremedhin A, Strohl KP: Эфиопский образец адаптации человека к высокогорной гипоксии.Proc Natl Acad Sci U S A
2002, 99: 17215–17218. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 16. Хойт Б.Д., Далтон Н.Д., Гебремедин А., Яноча А., Циммерман П.А., Циммерман А.М., Штрол К.П., Эрзурум С.К., Билл К.М.: Повышенное давление в легочной артерии у горцев Амхары в Эфиопии. Am J Hum Biol
2011, 23: 168–176. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 17. Уэрта-Санчес Э, Деджоржио М., Пагани Л., Тарекегн А, Эконг Р., Антао Т., Кардона А., Монтгомери ХЭ, Каваллери Г.Л., Роббинс ПА
и др.: Генетические сигнатуры показывают адаптацию к высокогорью в ряде эфиопских популяций.Мол Биол Эвол
2013, 30: 1877–1888. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 18. Scheinfeldt LB, Soi S, Thompson S, Ranciaro A, Woldemeskel D, Beggs W., Lambert C, Jarvis JP, Abate D, Belay G
и др.: Генетическая адаптация к большой высоте в Эфиопском нагорье. Геном Биол
2012, 13: R1. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 19. Билл К.М.: Тибетские и андские модели адаптации к высокогорной гипоксии. Hum Biol
2000, 72: 201–228. [PubMed] [Google Scholar] 20. Билл К.М.: Два пути к функциональной адаптации: тибетцы и высокогорные аборигены Анд.Proc Natl Acad Sci U S A
2007, 104 (Приложение 1): 8655–8660. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 21. Бигхэм А.В., Мао X, Мей Р., Брутсарт Т., Уилсон М.Дж., Джулиан К.Г., Парра Э.Дж., Эйки Дж.М., Мур Л.Г., Шрайвер М.Д.: Идентификация локусов-кандидатов для положительного отбора для высотной адаптации в андских популяциях. Геномика Человека
2009, 4: 79–90. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 22. Bigham AW, Wilson MJ, Julian CG, Kiyamu M, Vargas E, Leon-Velarde F, Rivera-Chira M, Rodriquez C, Browne VA, Parra E
и другие.: Андские и тибетские модели адаптации к большой высоте. Am J Hum Biol
2013, 25: 190–197. [PubMed] [Google Scholar] 23. Cowburn AS, Takeda N, Boutin AT, Kim JW, Sterling JC, Nakasaki M, Southwood M, Goldrath AW, Jamora C, Nizet V
и др .: Изоформы HIF в коже по-разному регулируют системное артериальное давление. Proc Natl Acad Sci U S A
2013, 110: 17570–17575. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 24. ••. Кроуфорд Дж. Э., Амару Р., Сонг Дж., Джулиан К. Г., Расимо Ф., Ченг Дж. Й., Го Х, Яо Дж., Амбале-Венкатеш Б., Лима Дж. А.
и другие.: Естественный отбор генов, связанных со здоровьем сердечно-сосудистой системы у жителей Анд, адаптированных к высокогорью. Am J Hum Genet
2017, 101: 752–767. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
Недавняя статья, подтверждающая, что селекция в странах Анд в первую очередь нацелена не на гены пути HIF, а скорее на гены, связанные со здоровьем сердечно-сосудистой системы, возможно, чтобы смягчить негативные последствия для фитнеса усиленный ответ HIF.25. Land MF, Видение в воздухе и воде, Сравнительная физиология: Жизнь в воде и на суше , Под редакцией Dejours P, Bolis L, Taylor CR, Weibel ER; Серия исследований Fidia, IX-Liviana Press, 1987: 289–302 [Google Scholar] 26.Gislén A, Dacke M, Kröger RH, Abrahamsson M, Nilsson D.E., Warrant EJ: Превосходное подводное зрение у человеческой популяции морских цыган. Curr Biol
2003, 13: 833–836. [PubMed] [Google Scholar] 27. Gislén A, Warrant EJ, Dacke M, Kröger RH: Визуальные тренировки улучшают подводное зрение у детей. Видение Res
2006, 46: 3443–3450. [PubMed] [Google Scholar] 28. ••. Илардо М.А., Мольтке I, Корнелиуссен Т.С., Ченг Дж., Стерн А.Дж., Расимо Ф., де Баррос Дамгаард П., Сикора М., Сегин-Орландо А., Расмуссен С.
и др .: Физиологические и генетические приспособления к дайвингу у морских кочевников.Клетка
2018, 173: 569–580 e515. [PubMed] [Google Scholar]
В этой статье описывается физиологическая и генетическая адаптация к дайвингу популяции индонезийских морских кочевников. Более крупные селезенки, связанные с геном, участвующим в регулировании уровня гормонов щитовидной железы, обеспечивают дополнительное хранилище для насыщенных кислородом эритроцитов. Angelin-Duclos C, Domenget C, Kolbus A, Beug H, Jurdic P, Samarut J: тироидный гормон Т3, действующий через рецептор тироидного гормона α, необходим для реализации эритропоэза в неонатальной среде селезенки у мышей.Разработка
2005, 132: 925–934. [PubMed] [Google Scholar] 30. Аунг Т., Халси Дж., Кромхаут Д., Герштейн ХК, Марчиоли Р., Тавацци Л., Гелейнсе Дж. М., Раух Б., Несс А., Галан П.
и др .: Связь употребления добавок омега-3 жирных кислот с сердечно-сосудистыми заболеваниями рискует метаанализом 10 исследований с участием 77 917 человек. JAMA Cardiol
2018, 3: 225–233. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 31. Вальверде Дж., Ханг З., Липпольд С., Филиппо С.Д., Тан К., Херрас Д.Л., Ли Дж., Стоункинг М.: новый регион-кандидат на генетическую адаптацию к большой высоте в популяциях Анд.PLoS One
2015, 10: e0125444. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

3 примера недавних адаптаций

Эволюция — это непрерывный процесс, хотя многие не осознают, что люди все еще развиваются. Это правда, что Homo sapiens сильно отличаются от Australopithecus afarensis , древнего гоминина, жившего около 2,9 миллиона лет назад. Но верно также и то, что мы очень разные по сравнению с представителями того же вида, Homo sapiens, , которые жили 10 000 лет назад — и, скорее всего, мы будем отличаться от людей будущего.

То, что мы едим, как мы используем свое тело и кого мы выбираем, чтобы иметь детей, — это лишь некоторые из многих факторов, которые могут привести к изменению человеческого тела. Генетические мутации приводят к появлению новых черт — и с учетом того, что население мира в настоящее время превышает 7 миллиардов и продолжает расти, вероятность генетических мутаций, на которые потенциально может воздействовать естественный отбор, только возрастает.

Нам не верите? Inverse представляет три примера недавних изменений в человеческом теле.

Недавние, то есть в эволюционных терминах.В конце концов, Homo sapiens существуют всего около 200000 лет, а Земле почти 4,5 миллиарда лет.

3. Мы остываемся

В 1868 году немецкий врач опубликовал медицинское руководство, в котором 98,6 градусов по Фаренгейту были установлены как «нормальная» температура для человека . С тех пор 98,6 градуса стали общепринятыми в качестве средней температуры. Выше этого и у вас жар. Ниже этого — и у вас переохлаждение.

Но эта температура Златовласки быстро устаревает.В январе ученые обнаружили, что мы на самом деле намного круче, чем думаем.

Согласно их исследованию, опубликованному в январе этого года в журнале eLife, средняя температура , скорее всего, составит 97,9 градусов .

Команда проанализировала медицинские записи за последние 200 лет, которые включали измерения температуры. Они обнаружили, что вместе взятые усредненные записи показывают, что каждое десятилетие происходило постепенное снижение температуры тела на 0,05 градуса по Фаренгейту.

Джули Парсоннет, старший автор исследования и профессор медицины в Стэнфордском университете, говорит Inverse , что эта тенденция к похолоданию, вероятно, связана со снижением воспаления в масштабах всего населения и повышением уровня жизни.

Многие инфекционные заболевания, которые были распространены в 19 веке, могли вызвать хроническое воспаление, которое, в свою очередь, сжигает калории и увеличивает скорость метаболизма человека, что приводит к повышению внутренней температуры, говорит она. По ее предположению, поскольку люди больше не борются с этими болезнями с той же скоростью, это изменение отразится на температуре тела.

Изменилась средняя температура человеческого тела. Getty Images

Комфортная жизнь в помещении также может сильно повлиять на людей. В отличие от наших предков, «нам не нужно очень много работать, чтобы находиться при физиологически нейтральных температурах, которые не нагружают наш метаболизм», — говорит Парсоннет. «Сдвиг означает, что нам нужно примерно на 150 калорий в день меньше для поддержания наших основных метаболических потребностей, чем мы делали раньше», — говорит она.Но любые другие последствия еще предстоит выяснить — и хотя нам может потребоваться меньше калорий, похоже, мы не едим меньше.

«Мы намного здоровее людей XIX века», — говорит Парсоннет. И все же … «Мы стали толще, выше и круче. Можем ли мы стать еще прохладнее? Я так ожидаю, но не знаю, сколько.

2. Наши гены постоянно меняются

Люди не застрахованы от эффектов естественного отбора, говорит Джошуа Эйки, профессор Принстонского университета, Inverse .Многие из тех же факторов давления, с которыми мы сталкивались на протяжении всей истории человечества, например, болезнетворных микроорганизмов, все еще существуют и угрожают нашему здоровью сегодня. Но наша среда кардинально изменилась — и это должно иметь влияние, — говорит он.

«Наша окружающая среда определенно отличается от того, что было даже столетие назад, и нетрудно представить, что такие вещи, как эволюция генной культуры, будут играть еще более заметную роль в будущем эволюции человека», — говорит Аки .

Его любимым примером недавней положительной селекции является FADS2, который считается важным диетическим геном.По словам Эйки, разные версии этого гена адаптируются в разных популяциях — в зависимости от того, больше ли у них мясной или растительной диеты. Например: в 2016 году ученые обнаружили, что на протяжении нескольких поколений вегетарианская диета заставляла население Пуны, Индия, проявлять более высокую частоту конкретной мутации в гене FADS2. Мутация позволила им эффективно перерабатывать жирные кислоты омега-3 и омега-6 из немясных источников и преобразовывать их в соединения, необходимые для здоровья мозга — то, к чему люди, соблюдающие всеядные диеты, не обязательно приспособлены.

В то же время, гены, контролирующие толерантность к лактозе, также увеличиваются. Несколько тысяч лет назад фермент, который помогает людям пить молоко и не болеть, отключился, когда люди достигли совершеннолетия. Но более поздние генные мутации, которые возникли по всему миру в период от 2000 до 20000 лет назад, помогли людям хорошо переносить молочные продукты в их старческое состояние. По оценкам исследователей, в Восточной Африке это генетическое изменение произошло всего 3000 лет назад, когда разведение крупного рогатого скота стало большей частью жизни человека.

Гены, обеспечивающие толерантность к лактозе, встречаются все чаще. Getty Images

Изменения в том, как мы живем, — например, переход от пастуха-кочевника к фермеру, а затем от фермера к промышленному рабочему — часто приводят к этим генетическим адаптациям. Другой пример этого — очевидная связь между городской жизнью и большей приспособленностью к борьбе с туберкулезом. В 2010 году ученые обнаружили статистически значимую связь между популяциями, имеющими глубокую историю урбанизации, и геном, связанным с устойчивостью к туберкулезу.Это эволюционное нововведение, вероятно, произошло в течение последних 8000 лет.

Марк Томас, профессор Университетского колледжа Лондона, является одним из исследователей, обнаруживших эту связь. Он сообщает Inverse , что до того, как стать оседлыми фермерами, человеческое население было подвержено другому набору инфекционных заболеваний по сравнению с теми, которые нас беспокоят сегодня. По его словам, эти заболевания были более «условно-патогенными и хроническими» — как глисты. Когда человеческое общество переместилось в крупные городские поселения, болезни также переместились.

«В течение последних 10 000 лет мы развивались в ответ на виды болезней, которым мы подвержены», — говорит Томас. «Устойчивость к патогенам в основном генетическая, а это означает, что естественный отбор действительно происходит. Это один из основных типов продолжающегося естественного отбора во всех сферах ».

1. Наши кости становятся светлее

По сравнению с другими гомининами, человеческие кости более слабые и менее плотные. В исследовании 2015 года ученые предположили, что костей Homo sapiens и костей начали ослабевать около 12000 лет назад — примерно в то время, когда люди начали больше заниматься сельским хозяйством.С оседлым земледелием изменились наши диеты, изменилась физическая активность, и, в свою очередь, наши скелеты стали легче и более хрупкими.

Исследование показало, что губчатая костная ткань — пористая губчатая ткань на концах длинных костей, таких как бедренная кость, — уменьшилась в толщине и в объеме. Уменьшение кочевой охоты и более оседлое животноводство означало, что потребность в более тяжелых и прочных костях уменьшилась. Это изменение плотности костей сохраняется у современных людей и сегодня.

«Наше исследование показывает, что у современных людей плотность костей ниже, чем у родственных видов, и не имеет значения, смотрим ли мы на кости людей, которые жили в индустриальном обществе, или сельскохозяйственных людей, которые вели более активный образ жизни», — пояснил ведущий автор Хабиба Чирчир, биологический антрополог.

В статье 2014 года ученые также определили, что наши скелеты стали намного легче после подъема сельского хозяйства. Они утверждают, что снижение физической активности, а не изменение диеты, является основной причиной ухудшения прочности костей человека. По словам исследователей, эта тенденция, вероятно, сохранится — сейчас люди двигаются меньше, чем когда-либо.

«Только в последние, скажем, 50–100 лет мы ведем такой малоподвижный образ жизни — опасно, — пояснил соавтор Колин Шоу, исследователь из Кембриджского университета.«Сидеть в машине или за столом — это не то, для чего мы эволюционировали».

Люди могут быть такими же сильными, как орангутанг, говорят Шоу и его команда. Но это не так, потому что мы не бросаем вызов своим костям. Только время покажет, изменятся ли наши кости еще раз, чтобы мы могли бросить им вызов в будущем.

Мы также посмотрим, произойдут ли дальнейшие изменения с телом — и сможем ли мы протянуть себе руку помощи с новыми технологиями, такими как редактирование генов.Некоторые ученые предполагают, что люди перескочат через темп эволюции с нашими собственными изобретениями. Независимо от того, произойдет это или нет, одно можно сказать наверняка: наша биология никогда не будет стоять на месте.

Культурная ниша: почему социальное обучение важно для адаптации человека

Аннотация

За последние 60 000 лет люди расселились по всему земному шару и теперь занимают более широкий ареал, чем любой другой наземный вид. Наша способность успешно адаптироваться к такому разнообразию сред обитания часто объясняется с точки зрения наших когнитивных способностей.У людей относительно больший мозг и больше вычислительных мощностей, чем у других животных, и это позволяет нам понять, как жить в самых разных средах. Здесь мы утверждаем, что люди могут быть умнее других существ, но ни один из нас не настолько умен, чтобы получить всю информацию, необходимую для выживания в любой отдельно взятой среде обитания. Даже в простейших обществах собирателей пищи люди зависят от огромного набора инструментов, подробных сводов местных знаний и сложных социальных механизмов и часто не понимают, почему эти инструменты, убеждения и модели поведения адаптируются.Мы обязаны своим успехом нашей уникальной способности учиться у других. Эта способность позволяет людям постепенно накапливать информацию из поколения в поколение и разрабатывать хорошо адаптированные инструменты, убеждения и практики, которые слишком сложны для того, чтобы любой отдельный человек мог изобретать их в течение своей жизни.

За свою краткую эволюционную историю Homo sapiens занял более широкий ареал, чем любой другой вид наземных позвоночных. Ранее гоминины, такие как Homo heidelbergensis и неандертальцы, были ограничены Африкой и умеренными регионами южной Евразии.Поведенческие современные люди жили в Африке 70 000 лет назад (1). Между 50 000 и 60 000 лет назад люди покинули Африку и перебрались в Юго-Западную Азию (2). Оттуда они быстро распространились по южной части Евразии, достигнув Австралии 45 000 лет назад — подвиг, который удалось совершить только одному другому наземному млекопитающему (грызуну-муриду) (3). Вскоре после этого люди проникли далеко на север, достигнув широты Москвы 40 000 лет назад и Северного Ледовитого океана 30 000 лет назад. 13000 лет назад люди распространились на юг до южной оконечности Южной Америки, а 5000 лет назад люди заселили практически все земные ареалы, кроме Антарктиды и некоторых островов в Океании (2).Даже самые космополитичные виды птиц и млекопитающих имеют значительно меньшие ареалы (4⇓ – 6).

Эта глобальная экспансия потребовала быстрого развития широкого спектра новых знаний, инструментов и социальных механизмов. Люди, покинувшие Африку, были тропическими собирателями. Северная Евразия представляла собой необъятную безлесную степь, относительно бедную растительными ресурсами и изобилующую незнакомыми видами добычи. Люди, которые бродили по степи, столкнулись с враждебным климатом: температура опускалась до -20 ° C в течение нескольких месяцев, и часто были сильные ветры.Выживание в такой среде требует совершенно нового набора приспособлений — сшитой на заказ одежды (7), хорошо спроектированных укрытий, местных знаний об игре и методов создания света и тепла. Это просто северная евразийская степь; Каждая из других сред, занятых современными людьми-собирателями, представляла собой различную совокупность адаптивных проблем. Этнографические и исторические отчеты о народах, собирающих пищу в 19 и 20 веках, ясно показывают, что эти проблемы были решены с помощью разнообразных приспособлений, специфичных для среды обитания (8).Хотя эти адаптации были сложными и функционально интегрированными, в основном это были культурные, а не генетические адаптации. Фактически, множество свидетельств указывает на то, что локальные генетические изменения сыграли лишь относительно небольшую роль в нашей способности обитать в столь разнообразных средах (9, 10).

Почему люди намного лучше адаптируются к новой среде, чем другие млекопитающие? На этот вопрос было много разных ответов, но самые влиятельные основаны на идее, что люди просто умнее других существ.У нас больше мозга и больше вычислительной мощности, и это позволяет нам адаптироваться к более широкому кругу сред, чем у других животных. Одно из наиболее четких утверждений этой гипотезы содержится в серии работ Туби, Космидеса, Пинкера и соавторов (11–14). Они утверждают, что другие животные ограничены тем, что они называют «выделенным интеллектом» — предметно-ориентированным обучением и механизмами принятия решений, которые адаптированы к конкретной среде. Люди, напротив, развили «импровизационный интеллект», набор уникальных гибких когнитивных способностей, которые позволяют нашему виду приобретать локально адаптивное поведение в широком диапазоне сред.Словом, мы адаптированы к «когнитивной нише» (11, 14). Эти способности дополняются способностью нашего вида учиться друг у друга, особенно с использованием грамматического языка.

Эта гипотеза вытекает из нативистского, модулярного взгляда на познание. Его центральная посылка состоит в том, что общие общие проблемы решить гораздо труднее, чем узкоспециализированные, и поэтому умы всех животных, включая человека, построены из множества специальных механизмов, предназначенных для решения конкретных адаптивных проблем, с которыми сталкиваются отдельные виды.Эти механизмы являются модульными в том смысле, что они принимают входные данные и генерируют выходные данные, относящиеся к проблемам в определенных областях, таких как выбор партнера, поиск пищи и управление социальными отношениями. Эти авторы являются нативистами, потому что они считают, что развитые механизмы зависят от значительного количества врожденной информации о взаимосвязях между сигналами и результатами в определенных областях для определенных видов. Например, механизмы, регулирующие решения о выборе партнера у мужчин, могут быть основаны на предположении о вероятности долгосрочного спаривания, и, таким образом, отбор благоприятствовал той психологии, которая побуждает мужчин привлекать молодых женщин.Аналогичные механизмы у шимпанзе, которые не образуют долгосрочных связей, породили психологию, которая заставляет самцов отдавать предпочтение самкам старшего возраста, возможно, потому, что они являются лучшими матерями (15). Механизмы, регулирующие социальный обмен, имеют другие особенности. Врожденное содержание создается потому, что механизмы обучения и принятия решений были сформированы естественным отбором для решения важных повторяющихся адаптивных проблем, с которыми сталкиваются виды.

Такой взгляд на когнитивную эволюцию, кажется, исключает гибкие, широко применимые когнитивные способности; или, как выразились Космидес и Туби, «… на первый взгляд кажется, что для развитого ума есть только два биологически возможных выбора: либо общая неспособность, либо узкие компетенции» (12).Однако эти авторы считают, что люди, и только люди, пережили эволюционный прорыв, который дает им «вычислительную способность импровизировать решения эволюционно новых проблем во время развития» (13). Ключевой способностью является использование причинно-следственных рассуждений, чтобы делать выводы о местных непредвиденных обстоятельствах окружающей среды. Как выразился Пинкер,

Эти выводы воспроизводятся внутри в ментальных моделях мира … Это позволяет людям изобретать инструменты, ловушки и оружие, извлекать яды и лекарства из других животных и растений …Эти когнитивные уловки разрабатываются на лету в бесконечных комбинациях, подходящих для местной экологии. Они возникают в результате умственного замысла и развертываются, тестируются и настраиваются с помощью обратной связи в течение жизни людей… (14, стр. 8993-8994) друг друга, что значительно снижает затраты на получение информации, необходимой для местной, условной адаптации.

Кажется вероятным, что средний человек умнее среднего шимпанзе, по крайней мере, в таких областях, как планирование, причинное рассуждение и теория разума.Однако мы не думаем, что этого достаточно, чтобы объяснить наш экологический успех. Гипотеза когнитивной ниши переоценивает степень, в которой когнитивные способности отдельных людей позволяют людям добиваться успеха в различных средах, и неправильно понимает роль, которую играет культура во многих важных аспектах. Вместо этого мы предполагаем, что наша уникально развитая способность учиться у других абсолютно необходима для экологического успеха человека. Эта способность позволяет людям постепенно накапливать информацию из поколения в поколение и разрабатывать хорошо адаптированные инструменты, убеждения и практики, которые ни один человек не мог бы изобрести самостоятельно.Мы вошли в «культурную нишу», и использование нами этой ниши оказало глубокое влияние на траекторию человеческой эволюции. В оставшейся части статьи мы рассмотрим этот аргумент более подробно.

Культура необходима для адаптации человека

Легко недооценить масштабы, сложность и важность той совокупности культурно передаваемой информации, которая поддерживает существование человека, даже в тех, что кажутся «простейшими» обществами, собирающими пищу. Археологические данные ясно показывают, что современные люди приспособились к жизни за Полярным кругом на раннем этапе своего развития, но мало что говорят нам об их образе жизни.Однако этнографические исследования нетсилик и медных инуитов, вместе известных как центральные инуиты, дают нам представление о сложности адаптации, которая позволяет собирателям процветать в Арктике. Эти люди живут в суровой и непродуктивной среде даже по арктическим меркам. Их группы были небольшими, и их образ жизни был прост по сравнению с собирателями, живущими на побережьях Аляски и Гренландии. Чтобы сосредоточить свое внимание на важнейших задачах адаптации, представьте, что вы оказались на пляже на побережье острова Кинг-Уильям (68.935N, 98,89 Вт). Сейчас ноябрь и очень холодно.

Ваша первая проблема — согреться. Среднемесячные температуры в зимние месяцы составляют от -25 ° C до -35 ° C. Даже хорошо акклиматизированные люди быстро поддаются переохлаждению при температуре ниже -1 ° C, поэтому вам понадобится теплая одежда. Если бы не было ветра и вы могли оставаться неподвижными, подойдет плащ, но это ветреное место и вам нужно охотиться, поэтому вам понадобится хорошо сшитая одежда (7). Зимой центральные инуиты носили искусно скроенные парки и штаны (16).Лучшие были сделаны из шкур карибу, собранных осенью. Шкуры карибу изолируют лучше, чем мех тюленя или белого медведя, потому что отдельные волосы имеют необычную структуру, наполненную воздухом, что-то вроде пузырчатой ​​пленки (17). Шкуры карибу, собранные осенью, имеют мех подходящей толщины. Шкуры неоднократно растягивали, соскребали, увлажняли, а затем снова растягивали, чтобы получить гибкую кожу (18). Парки были собраны из нескольких частей, чтобы создать форму колокола, которая улавливает тепло, а также позволяет влаге рассеиваться при откидывании капюшона.Капюшоны были покрыты полосой меха, взятой с плеч росомахи, потому что ее переменная длина облегчает очистку от инея. Зимняя обувь была многослойной: сначала alirsiik , чулки карибу на меховой подкладке, затем ilupirquk , короткие легкие чулки с мехом снаружи, затем пара pinirait , более тяжелые чулки с мехом снаружи. , затем kamiik , ботинки с мехом снаружи, и, наконец, tuqtuqutiq , короткие тяжелые ботинки с двойной подошвой из кожи карибу.Одежда была сшита тонкой нитью из сухожилий, взятых вокруг позвонков карибу. Сухожилие нужно было очистить, соскрести, измельчить и скрутить, чтобы получилась нить. Для разных швов использовалось несколько разных видов швов. Обувь сделана непромокаемой, сложной двойной строчкой. Для наложения этих швов женщины из племени центральных инуитов использовали тонкие костяные иглы, в которых проделывались отверстия меньшего диаметра, чем нить (16).

Даже самой лучшей одежды недостаточно, чтобы защитить вас от зимних штормов, поэтому вам нужно укрытие.Зимой большинство инуитов жили в солидных домах из коряги и дерна, но центральные инуиты зимовали на морском льду, живя в снежных домиках. Эти круглые сводчатые сооружения были высотой ≈3 м, сложены из снежных блоков, вырезанных зубчатым костяным ножом. Центральная комната была построена над ямой с площадками для сна и длинным входным туннелем ниже уровня главной комнаты с несколькими низкими дверями для предотвращения потери тепла. Стены обычно были облицованы шкурами, подвешенными к рычагам снаружи снежного домика.Такая конструкция позволяла снежным стенам оставаться близкими к замерзанию, в то время как внутри снежного домика температура могла достигать 10-20 ° C (19).

В снежном домике вам нужен источник тепла и света, для приготовления пищи и для плавления морского льда для получения воды. Вы не можете использовать дрова, потому что нет деревьев. Вместо этого арктические народы вырезали светильники из мыльного камня и заправляли их топленым тюленьим жиром. Эти лампы были сделаны из продолговатых камней длиной от 30 см до 1 м; на поверхности камня было вырезано неглубокое углубление с острыми краями, а лампа была снабжена длинным фитилем из мха, похожим на занавес.Хорошо управляемая лампа горела без образования сажи (16).

Еще вам нужна еда. Растения легко собирать, но большую часть года в Арктике это не вариант. Зимой центральные инуиты охотились на тюленей, в основном устраивая засаду у их дыхательных отверстий. Когда морской лед начинает замерзать, тюлени выкалывают во льду несколько отверстий для дыхания в пределах своего домашнего ареала. По мере утолщения льда они сохраняют эти отверстия, которые образуют конические камеры подо льдом. Инуиты разбили лагерь в заснеженных местах возле дыхательных отверстий тюленей.Лед должен быть покрыт снегом, чтобы тюлени не слышали шаги охотников и не уклонялись от них. Инуиты охотились группами, отслеживая как можно больше ям. Основным орудием был гарпун длиной около 1,5 м. И главный, и передний валы были вырезаны из рога. На наконечнике была съемная головка гарпуна, соединенная с тяжелой плетеной линией сухожилий. Другой конец гарпуна был сделан из кости белого медведя, заточенной до острой формы. В каждом отверстии охотник открывал твердое ледяное покрытие концом гарпуна, нюхал внутреннюю часть, чтобы убедиться, что он все еще используется, а затем использовал длинный, тонкий, изогнутый кусок рога карибу с закругленным выступом на одном конце. чтобы исследовать форму камеры и спланировать его укол.Охотник осторожно засыпал большую часть ямы снегом и немного привязал к оставшемуся отверстию. Затем охотник неподвижно ждал в холодной темноте, иногда часами. Когда появление тюленя потревожило пух, охотник изо всех сил ударил вниз. Если он проткнул печать, он крепко держался за веревку, соединенную с острием гарпуна; тюлень скоро устанет, и его можно будет вытащить на лед (20).

В разгар лета центральные инуиты использовали лейстер, специальное трехзубое копье с острым центральным шипом и двумя шарнирными, обращенными назад наконечниками, чтобы добывать арктического гольца в больших количествах.Позднее летом и осенью они перешли на охоту на карибу. На суше карибу в основном преследовали или загоняли в засаду, и убивать их приходилось на значительном расстоянии. Для этого требовался лук, способный запускать тяжелую стрелу с большой скоростью. Самый простой способ добиться этого — сделать длинный лук из плотной эластичной древесины, такой как тис или апельсиновый цвет, — дизайн, распространенный в Южной Америке, Восточной Северной Америке, Африке и Европе. Это решение было недоступно для инуитов, у которых были только коряги (в основном ель), рог и оленьи рога.Вместо этого они делали короткие луки и использовали все уловки лучников, чтобы увеличить свою силу. Лук можно сделать более мощным, добавив дерева к конечностям. Однако увеличение толщины лука увеличивает напряжение в луке, что приводит к катастрофическим и опасным повреждениям. Эта проблема усугубляется в коротких луках, потому что кривизна больше. Вместо этого инуиты делали луки, которые были тонкими спереди назад, широкими около центра и сужающимися к концам. Эти луки также были изогнутыми, что означало, что свободный лук имел форму буквы «С», направленной назад.Укрепление лука приводит к сложной кривой, геометрии, которая сохраняет больше потенциальной энергии. Наконец, инуиты создали уникальную форму составного лука. Когда лук согнут, спина (сторона, противоположная лучнику) растягивается, а живот (сторона, ближе к лучнику) сжимается. Дерево, рог и оленьи рога сильнее при сжатии, чем при растяжении, поэтому способность лука выдерживать сильные изгибающие силы может быть увеличена путем добавления материала, обладающего сильным натяжением, к задней части лука.В Центральной Азии и на западе Северной Америки сухожилия приклеивались к задней части лука, чтобы укрепить короткие луки для верховой езды. Инуиты привязывали тканую паутину из сухожилий к задней части своих луков, вероятно, потому, что у них не было клея, который работал бы во влажных и холодных условиях Арктики (21).

Этот образец образа жизни инуитов представляет лишь крошечную часть огромного количества знаний о конкретных средах обитания, которые необходимы людям для выживания и процветания в Центральной Арктике. Чтобы согреться и получить достаточно еды, вы должны уметь делать и использовать одежду, снежные домики, лампы, гарпуны, лейстеры и луки.Мы опустили другие важные инструменты, такие как каяки, собачьи упряжки и солнцезащитные очки, и, конечно же, нам пришлось опустить большую часть деталей, необходимых для создания и использования инструментов, которые мы упомянули. Более того, вам нужно знать еще гораздо больше, чтобы остаться в живых. Предсказание штормов, понимание привычек диких животных, изготовление корзин, сборка саней и содержание собак — все это требует обширных знаний. Путешествие по льду важно, но также опасно, и нужно много знать о том, как текущая температура, недавняя погода, а также цвет и текстура льда говорят вам, где и когда безопасно путешествовать.[Нельсон (22) посвятил четыре главы ледовым знаниям в своей книге об охоте среди инупиаков северной Аляски.]

Итак, вот вопрос: думаете ли вы, что вы могли бы получить все местные знания, необходимые для выживания в Арктика самостоятельно? Если только превосходные когнитивные способности позволяют людям адаптироваться к разнообразным средам обитания, тогда это должно быть возможно. Более того, в первом приближении это единственный способ, которым другие животные должны узнать об окружающей их среде — они должны полагаться в основном на врожденную информацию и личный опыт, чтобы выяснить, как найти пищу, построить укрытия и в некоторых случаях изготавливать инструменты. .Верно, что у некоторых видов есть простые традиции, вероятно, поддерживаемые механизмами обучения, такими как усиление стимулов и подражание. Однако в каждом случае традиции включают поведение, которому люди могут научиться самостоятельно, или объединить несколько элементов, усвоенных несколькими людьми (23). Нет убедительных примеров того, как социальное обучение допускает постепенную кумулятивную культурную эволюцию сложного, адаптивного к местным условиям поведения, которому люди не могли бы научиться самостоятельно.

Вы могли бы это сделать? Мы так не думаем.

Два различных вида естественных экспериментов подтверждают интуицию, что адаптации собирателей выходят за пределы изобретательских способностей людей. Первый, который можно было бы назвать «экспериментом потерянного европейского исследователя», повторялся много раз в течение последних нескольких столетий. Обычно некоторые исследователи застревают в незнакомой среде обитания, в которой процветает коренное население. Несмотря на отчаянные усилия и достаточно времени для обучения, исследователи умирают или ужасно страдают из-за отсутствия важной информации о том, как адаптироваться к среде обитания.Если они выживают, то часто это происходит благодаря гостеприимству коренного населения. Экспедиция Франклина 1845–1846 гг. Является хорошим примером (24). Сэр Джон Франклин, член Королевского общества и опытный путешественник в Арктике, отправился на двух кораблях исследовать северное побережье Северной Америки и найти Северо-Западный проход. Это была лучше всего оснащенная экспедиция в истории британских полярных исследований, с обширной библиотекой, укомплектованной избранной командой и снабженной трехлетним запасом еды.Зиму 1846 года экспедиция провела на острове Кинг-Уильям, где застряла во льдах. Когда закончилась еда, исследователи бросили свои корабли и попытались спастись пешком. Все в конце концов умерли от голода и цинги, возможно, усугубленной отравлением свинцом из консервов.

Остров Короля Уильяма — сердце территории Нетсилик, и Нетсилик жили там почти тысячелетие. Остров Короля Уильяма богат животным миром — главная гавань называется Uqsuqtuuq , что означает «много жира.Британские моряки голодали, потому что у них не было необходимых знаний о местности, и, несмотря на то, что они обладали таким же импровизационным интеллектом, что и инуиты, и имели 2 года на использование этого интеллекта, не смогли овладеть навыками, необходимыми для существования в этой среде обитания. Интересно, что норвежский исследователь Руаль Амундсен провел две зимы на острове Короля Уильяма в 1903–1904 годах. Амундсен разыскал нетсилик и узнал от них, как шить одежду из кожи, охотиться на тюленей и управлять собачьими упряжками. Он и его команда выжили и совершили первый успешный переход Северо-Западного прохода.Позже он применил эти навыки инуитов в своей гонке со Скоттом к Южному полюсу. Результаты этого эксперимента с потерянным европейским исследователем и многих других показывают, что одного интеллекта недостаточно. Аналогичное обсуждение злополучной экспедиции Берка и Уиллса в австралийскую глубинку см. В исх. 25.

Вторая линия доказательств исходит из утраты полезных технологий небольшими изолированными группами населения. Например, тасманский набор инструментов постепенно терял сложность после изоляции от материковой Австралии в конце голоцена (26).Другие группы тихоокеанских островов, по-видимому, утратили полезные технологии, такие как каноэ, гончарные изделия, лук и стрелы (27). Самый лучший задокументированный пример — это изолированный полярный инуит на северо-западе Гренландии. Исследователи Элиша Кейн и Исаак Хейс зимовали с полярными инуитами в 1853 и 1861 годах, соответственно, и сообщили, что полярным инуитам не хватало байдарок, лейстеров, луков и стрел и что в их снежных домах не было длинных теплосберегающих проходов, которые были замечены. среди других инуитов.Они не могли охотиться на карибу, могли охотиться только на тюленей в течение части года и не могли эффективно добывать арктического гольца, хотя в местных водотоках гольца было много (28). Очевидно, население было поражено эпидемией в 1820-х годах, которая унесла пожилых, знающих членов группы, и, согласно обычаю, их имущество должно было быть похоронено вместе с ними (29). Полярные инуиты жили без этих инструментов примерно до 1862 г., когда их посетила группа инуитов, мигрировавших в Гренландию с острова Баффинова Земля (28, 29).Есть все основания полагать, что эти инструменты могли быть полезны между 1820 и 1862 годами. Население полярных инуитов сократилось в течение этого периода, и инструменты были немедленно приняты, как только они были повторно введены в жизнь. После их внедрения численность популяции увеличилась. Также показательно, что каяки, использовавшиеся полярными инуитами на рубеже веков, очень напоминают большие, широкие каяки, использовавшиеся инуитами Баффинова острова, а не маленькие гладкие каяки инуитов Западной Гренландии. В течение следующих полувека дизайн каяков полярных инуитов вернулся к дизайну Западной Гренландии (30).Если этот вывод верен, это означает, что в течение 40 лет (почти двух поколений) полярные инуиты могли извлекать выгоду из утраченных знаний. Более того, они все вместе помнили каяки, лейстеры, луки и стрелы, но не знали, как их делать, и не могли воссоздать эти знания.

Культурная адаптация — это популяционный процесс

Мы думаем, что эта совокупность доказательств опровергает идею о том, что одна только превосходная когнитивная способность объясняет человеческую адаптивность; способность кумулятивно учиться у других должна играть решающую роль.Хотя сторонники гипотезы когнитивной ниши сосредотачиваются на познании, они не игнорируют социальное обучение. Они утверждают, что способность учиться у других снижает средние затраты на получение информации, адаптированной к местным условиям. Например, Barrett et al. (13) напишите:

Когнитивные механизмы, лежащие в основе культурной передачи, эволюционировали вместе с импровизационным интеллектом, распределяя затраты на получение неконкурентной информации между гораздо большим количеством людей и позволяя амортизировать ее стоимость за счет гораздо большего числа выгодных событий. и поколения.В отличие от других видов, культурная передача у людей приводит к храповому накоплению знаний. (стр. 244)

На первый взгляд это кажется логичным аргументом. Для людей, использующих импровизационный интеллект, может быть дорого обнаружить локально адаптивную информацию, но как только она будет получена, другие могут получить ее путем обучения или имитации по относительно невысокой цене. В результате социальное обучение распределяет затраты на инновации на всех, кому это выгодно. Накапливаются инновации, ведущие к накоплению знаний.

Однако это рассуждение ошибочно. Вероятно, правда, что обучение у других путем обучения или подражания обычно дешевле, чем обучение самостоятельно. Это похоже на обман на тесте: вы справляетесь так же хорошо, как и человек, у которого копируете, но избегаете утомительного изучения. Однако эволюционные модели показывают, что если это единственное преимущество социального обучения, не будет увеличения способности населения к адаптации (31–34). Этот удивительный результат является результатом коэволюционных процессов, влияющих на типы поведения, которые можно имитировать, и психологию, которая контролирует обучение и имитацию.Эти эволюционные модели социального обучения основаны на двух предположениях. Во-первых, склонность к обучению и подражанию является частью развитой психологии, сформированной естественным отбором. Это означает, что баланс между обучением и имитацией будет определяться относительной приспособленностью двух способов поведения — средняя приспособленность популяции не имеет значения. Когда мало кто имитирует, имитаторы приобретают локально адаптивное поведение с той же вероятностью, что и отдельные ученики. Поскольку они не платят за обучение, имитаторы имеют более высокую физическую форму и склонность к подражанию распространяется.По мере увеличения числа подражателей некоторые имитируют людей, которые подражали другим людям, которые подражали другим людям, и так далее, пока цепочка не укоренится в ком-то, кто извлекал информацию из окружающей среды. По мере увеличения доли подражателей в популяции эти цепочки расширяются.

Второе предположение состоит в том, что окружающая среда меняется во времени или пространстве. Это означает, что по мере того, как цепочки имитации становятся длиннее, увеличивается вероятность того, что учащийся, укоренивший цепочку, научился в другой среде, нежели текущая, либо потому, что с тех пор среда изменилась, либо потому, что кто-то по цепочке мигрировал из другой среды. окружающая обстановка.В результате у подражателей в среднем меньше шансов овладеть местным адаптивным поведением, чем у учащихся. Склонность к подражанию будет продолжать расти до тех пор, пока снижение физической формы не уравновесит выгоду от избежания затрат на обучение. При эволюционном равновесии популяция имеет такую ​​же среднюю приспособленность, как и популяция без какого-либо подражания. Не будет увеличения способности адаптироваться к изменяющимся условиям окружающей среды, и не произойдет кумулятивной культурной адаптации.

Хотя эта обработка очень проста, основной результат сохраняется в более реалистичных моделях. Основное понимание, которое вытекает из этих моделей, состоит в том, что имитация — это форма безбилетной езды: имитаторы собирают информацию, не производя ничего ценного. Количество фрирайдеров увеличивается до тех пор, пока они не уничтожают преимущества фрирайда. Реалистичные уровни взаимосвязи между моделями и имитаторами качественно не меняют результат (34). Сторонники гипотезы когнитивной ниши ошибаются, потому что считают беспроблемным тот факт, что, как только появляется полезное нововведение, оно будет распространяться, и в результате отбор будет благоприятствовать способности к подражанию.Однако, чтобы понять эволюцию психологии социального обучения, вы должны знать, что можно изучать, а это, в свою очередь, зависит от характера психологии обучения. Если подражатели — это просто сборщики информации, они будут распространяться до тех пор, пока отбор не перестанет благоприятствовать подражанию.

Размышление о совместной эволюции культурного пула наблюдаемого поведения и генов, контролирующих индивидуальное и культурное обучение, предполагает, что культурное обучение может повысить среднюю приспособленность, только если оно увеличивает способность населения создавать адаптивную информацию (32).Склонность к подражанию развивается, потому что это приносит прямую пользу отдельному человеку, но, тем не менее, оно может также принести пользу населению в качестве побочного эффекта. Мы подумали о трех способах, которыми это могло бы произойти. Во-первых, культурное обучение может позволить людям учиться выборочно — используя сигналы окружающей среды, когда они дают четкое руководство, и учиться у других, когда они этого не делают. Во-вторых, культурное обучение позволяет постепенно накапливать небольшие улучшения, и если небольшие улучшения дешевле больших, культурное обучение может снизить затраты населения на обучение.Наконец, сравнивая «учителей» и изучая выборочно от тех, которые кажутся наиболее успешными, «ученики» могут получать адаптивную информацию, не делая никаких выводов на основе сигналов окружающей среды. Если люди получают информацию от нескольких учителей и повторно комбинируют эту информацию, этот процесс может создать сложную культурную адаптацию без какого-либо интеллекта, за исключением того, что требуется для различения более и менее успешных учителей.

Способность учиться или подражать выборочно дает преимущество, потому что возможности учиться на опыте или наблюдении за миром различаются.Например, редкое случайное наблюдение может позволить охотнику связать конкретный след с раненым белым медведем или связать цвет и текстуру льда с его устойчивостью в ветреные дни сразу после оттепели. Такие редкие подсказки позволяют делать точные и недорогие выводы об окружающей среде. Однако большинство людей не будут замечать эти сигналы, и, таким образом, им будет намного труднее сделать такой же вывод. Организмы, которые не могут имитировать, должны полагаться на индивидуальное обучение, даже когда оно сложно и подвержено ошибкам.Они привязаны к любой информации, которую предлагает природа. Напротив, организм, способный к культурному обучению, может позволить себе быть разборчивым, обучаясь индивидуально, когда это дешево и точно, и полагаясь на культурное обучение, когда экологическая информация является дорогостоящей или неточной. Мы показали (32, 35), что отбор может привести к психологии, которая заставляет большинство людей полагаться на культурное обучение большую часть времени, а также одновременно увеличивает среднюю приспособленность популяции по сравнению с приспособленностью популяции, которая не полагается на культурное обучение. по культурной информации.Эти модели предполагают, что наша психология обучения имеет генетически наследуемый «порог качества информации», который определяет, полагается ли человек на выводы из окружающих сигналов или учится у других. Люди с низким порогом качества информации полагаются даже на плохие сигналы, тогда как люди с высоким порогом обычно имитируют. По мере того, как средний порог качества информации в популяции увеличивается, приспособленность учащихся повышается, потому что они с большей вероятностью будут делать точные или недорогие выводы.При этом увеличивается и частота имитаторов. Как следствие, население не успевает за изменениями окружающей среды, как и группа отдельных учащихся. В конце концов, возникает равновесие, при котором люди используют как индивидуальное, так и культурное обучение в оптимальном сочетании. В этом равновесии средняя приспособленность населения выше, чем у наследственного населения, лишенного культурного образования. Когда большинство людей в популяции наблюдают за точными сигналами окружающей среды, порог равновесия низкий, индивидуальное обучение преобладает, а культура играет небольшую роль.Однако, когда людям обычно трудно учиться индивидуально, порог равновесия высок, и большинство из них имитируют, даже когда внешние сигналы, которые они наблюдают, указывают на поведение, отличное от того, которое они приобретают в результате культурного обучения. Мы считаем, что данные об адаптации инуитов указывают на то, что многие проблемы, с которыми столкнулись инуиты, слишком сложны для решения большинством людей. В результате мы интерпретируем эту логику как предсказание, что отбор должен был отдавать предпочтение психологии, которая заставляет людей в значительной степени полагаться на культурное обучение.

Способность к культурному обучению также может повысить среднюю приспособленность населения, позволяя приобретенным улучшениям накапливаться от одного поколения к другому. Многие черты характера допускают последовательные улучшения до некоторого оптимума. Дуги различаются по многим параметрам, влияющим на производительность, таким как длина, ширина, поперечное сечение, конусность и степень изгиба. Как правило, добиться больших улучшений методом проб и ошибок труднее, чем небольших по тем же причинам, которые Фишер (36) указал в своей «геометрической модели» генетической адаптации.В небольшом районе проектного пространства рабочая поверхность примерно плоская, так что даже если небольшие изменения вносятся случайным образом, половина из них увеличит отдачу (если дизайн уже не оптимален). Большие изменения улучшат ситуацию только в том случае, если они находятся в маленьком конусе, включающем дальний оптимум. Таким образом, мы ожидаем, что создать полезный лук с нуля будет намного сложнее, чем повозиться с размерами достаточно хорошего лука. Теперь представьте, что окружающая среда различается, поэтому разные луки оптимальны в разных условиях, возможно, потому, что виды древесины различаются.Иногда лучше всего подходит длинный лук с круглым поперечным сечением, а иногда — короткий плоский широкий лук. Организмы, которые не могут имитировать, должны исходить из того, что изначально предполагалось их генотипом. За свою жизнь они могут изучить и улучшить свой лук. Однако, когда они умирают, эти улучшения исчезают вместе с ними, и их потомство должно начинаться заново с генетически унаследованной первоначальной догадкой. Напротив, культурные виды могут научиться делать луки у других после того, как они были улучшены опытом.Поэтому изучающие культуру начинают свой поиск ближе к лучшему дизайну, чем чисто индивидуальные ученики, и могут инвестировать в дальнейшие улучшения. Затем они могут передать этих улучшений внукам и так далее из поколения в поколение, пока не появятся довольно сложные артефакты. Историки технологий продемонстрировали, как это поэтапное улучшение постепенно расширяет и улучшает инструменты и другие артефакты (37, 38). Даже «великие открытия» часто являются результатом удачных случайностей или рекомбинации элементов из разных технологических традиций, а не работы творческого гения, который ломает голову и ломает свой мозг (39, 40).

Эволюция килей каяков у инуитов Западной Гренландии является поучительным примером того, как возникают и распространяются инновации (41). При охоте на морских млекопитающих с байдарки охотники-инуиты всегда сильно гребли на байдарке по направлению к добыче, затем поднимали гарпун и швыряли его прямо через нос. Это увеличило импульс, передаваемый гарпуну, и предотвратило опрокидывание. Когда огнестрельное оружие впервые распространилось в Западной Гренландии, инуиты обнаружили, что они не могут поднять и прицелиться из ружья до того, как каяк отклонится от курса, и поэтому могут использовать его только с суши или льдин.В 1824 году выдающийся инуитский охотник по имени Йенс Реймер начал экспериментировать с методами стабилизации байдарок для использования с огнестрельным оружием. Он попытался провести трос за каяком, но это не сработало. Затем он прикрепил частично погруженную деревянную пластину к корме каяка, имитируя рули европейских кораблей. Это тоже работало не очень хорошо — было шумно, и крепления имели тенденцию выходить из строя. Тем не менее, некоторые молодые охотники подражали Реймеру, возможно, из-за его местного успеха и престижа. Они не смогли произвести качество ayût (гренландское слово, обозначающее как руль корабля, так и киль байдарки), и из «застенчивости» (41, стр. 27) спрятали свои грубые рули под ватерлинией.Вскоре они обнаружили, что это непреднамеренное нововведение позволило им использовать ружья на своих каяках, и в течение следующих 50 лет модель ayût претерпела ряд дальнейших небольших улучшений, в результате чего была создана современная форма.

Наконец, если учащиеся могут сравнивать успех людей, моделирующих различные модели поведения, то склонность к подражанию успешному может привести к распространению черт, которые коррелируют с успехом, даже если подражатели не понимают причинно-следственную связь.Это очевидно, когда набор сравниваемых признаков узок. Вы видите, что лук вашего дяди стреляет дальше, чем ваш, и замечаете, что он толще, но менее заостренный, и для прикрепления сухожилий используется другая коса. Вы копируете все три черты, хотя на самом деле разница была только в плетении. Пока существует надежная статистическая корреляция между плетением и силой, характеристика формы плетения будет изменяться, увеличивая силу. Причинное понимание полезно, потому что оно позволяет исключить несущественные черты, такие как цвет лука.Однако причинное понимание не обязательно должно быть очень точным, если корреляция надежна. Копирование нерелевантных характеристик, таких как толщина или цвет, только добавит шума в процесс. Комбинируя различные компоненты технологии от разных, но все же успешных людей, копировальные аппараты могут создавать как новые, так и все более адаптирующиеся инструменты и методы на протяжении поколений, без каких-либо импровизационных идей. Инуит может скопировать дизайн лука у лучшего лучника в своем сообществе, но перенять плетение из сухожилий, которое использует лучший охотник в соседнем сообществе.В результате можно было бы получить лучший лук, чем любой лук, сделанный в предыдущем поколении, и никто не изобретал ничего нового.

В соответствии с этим, лабораторные и полевые данные свидетельствуют о том, что как дети, так и взрослые предрасположены к копированию широкого спектра качеств успешных или престижных людей (42). Рекламодатели это прекрасно знают. В конце концов, что Майкл Джордан действительно знает о нижнем белье? Недавние исследования в области психологии развития показывают, что маленькие дети охотно обращают внимание на признаки надежности, успеха, уверенности и внимания при выборе того, у кого им учиться (43, 44).Даже младенцы выборочно обращаются к знающим взрослым, а не к своим матерям в новых ситуациях (45). Эта особенность нашей психологии культурного обучения соответствует априорным эволюционным предсказаниям, возникает спонтанно в экспериментах, рано развивается без инструктажа и действует в основном за пределами сознательного осознания.

Эти модели предсказывают, что адаптивная развитая психология часто заставляет людей приобретать наблюдаемое ими поведение, используемое другими, даже несмотря на то, что выводы, основанные на сигналах окружающей среды, предполагают, что альтернативное поведение было бы лучше.У видов, способных приобретать поведение с помощью обучения или имитации, особи подвергаются двум различным видам сигналов, которые они могут использовать для решения местных адаптивных проблем. Как и любой другой организм, они могут делать выводы, основываясь на сигналах окружающей среды. Однако они также наблюдают за поведением выборки своей популяции. Когда большинство людей могут решить адаптивную проблему, используя только сигналы окружающей среды, модели предсказывают, что оптимальная психология обучения приведет к тому, что социальное обучение будет играть значительную, но относительно скромную роль.Многие люди будут полагаться на свои собственные выводы, но некоторые будут копировать, чтобы избежать затрат на обучение. Однако зачастую лишь меньшинство сможет решить адаптивную проблему на основе одних только сигналов окружающей среды, потому что соответствующие сигналы среды редки или проблема адаптации слишком сложна. Затем, если окружающая среда не слишком изменчива, разовьется адаптивная психология, при которой большинство людей игнорируют внешние сигналы и принимают поведение, типичное для выборки наблюдаемой ими популяции.Они изменяют это поведение редко или лишь в незначительной степени, и в результате местные адаптации часто развиваются постепенно в течение многих поколений.

Доказательства культурной адаптации

Гипотеза культурной ниши и гипотеза когнитивной ниши делают совершенно разные прогнозы о том, как приобретаются и понимаются местные адаптации. Гипотеза когнитивной ниши утверждает, что технологии адаптивны, потому что импровизационный интеллект позволяет некоторым людям понять, как они работают и почему они лучше альтернатив.Эти приобретенные представления о мире затем распространяются, позволяя другим получить такое же понимание причинно-следственных связей без дорогостоящих индивидуальных исследований. Напротив, мы утверждаем, что культурная эволюция, оперирующая на протяжении поколений, постепенно накапливала и рекомбинировала адаптивные элементы, в конечном итоге создавая адаптивные пакеты, выходящие за рамки причинного понимания людей, которые их используют. В некоторых случаях можно передать элементы причинного понимания, но в этом нет необходимости. Часто люди не имеют ни малейшего представления о том, почему в дизайн включены определенные элементы, ни о том, будут ли альтернативные варианты лучше.Мы ожидаем, что изучающие культуру сначала усвоят местные обычаи, а иногда экспериментируют или видоизменяют их. Иногда это будет означать, что культурное обучение будет преобладать над их непосредственным опытом, развитой мотивацией или надежно развивающейся интуицией.

Несколько свидетельств подтверждают гипотезу культурного обучения.

Антропологическая литература по развитию детей (46–48) указывает на то, что дети и подростки получают большую часть своей культурной информации, обучаясь у людей старшего возраста, которые обычно не поощряют вопросы молодых учеников и редко дают причинные объяснения своего поведения.Дети отрабатывают поведение взрослых, часто используя игрушечные версии инструментов для взрослых, во время игр разновозрастных детей, при этом наблюдается небольшое экспериментирование, за исключением того, что необходимо для овладения репертуаром взрослых (49, 50).

Уверенность молодых учеников в тщательном наблюдении и имитации местных репертуаров, выявленных в антропологических записях, совпадает с недавними экспериментами по подражанию (51, 52). В этих экспериментах взрослый ведет себя так, как будто открывает сложную коробку-головоломку, чтобы получить награду. Поведение взрослого включает в себя как необходимые, так и ненужные действия.Субъект, будь то ребенок или шимпанзе, наблюдает за поведением. Успеваемость детей при выполнении таких задач как в западных, так и в небольших обществах во многом отличается от результатов у шимпанзе. Дети точно копируют все шаги, включая шаги, которые при прямом визуальном осмотре могут показаться ненужными. Похоже, дети неявно предполагают, что если модель выполнила действие, вероятно, это было важно, даже если они не понимают, почему. Шимпанзе, кажется, не делают этого предположения; в основном они пропускают ненужные шаги, что приводит к развитию более эффективных репертуаров, чем у детей (53) в этих экспериментальных условиях.

Многие примеры показывают, что люди часто не понимают, как работают адаптивные практики и почему они эффективны. Например, в Новом Свете традиционное использование перца чили в мясных рецептах, вероятно, защищало людей от пищевых патогенов (54). Такое использование перца чили особенно интересно, потому что по своей природе он невкусный. Перец содержит капсаицин, химическую защиту, появившуюся у представителей рода Capsicum , чтобы не дать млекопитающим (особенно грызунам) есть их плоды.Нечеловеческие приматы и младенцы считают перец отвращением, потому что капсаицин стимулирует болевые рецепторы во рту. Попытки привить крысам вкус к перцу чили с помощью процедур подкрепления не увенчались успехом (55). Однако на пищевые предпочтения человека сильно влияют предпочтения окружающих (56), поэтому мы преодолеваем врожденное отвращение и фактически учимся наслаждаться чили. Психологические исследования показывают, что люди не привыкают к ощущению химического жжения. Вместо этого обучение с наблюдением заставляет людей переосмысливать свою боль как удовольствие или волнение (57).Итак, народы Нового Света научились правильно употреблять перец чили и наслаждаться им, не понимая его антимикробных свойств, и для этого им пришлось преодолеть инстинктивное отвращение, которое мы разделяем с другими млекопитающими.

Табу Фиджи на еду — еще один пример этого процесса. Многие морские виды в диете фиджийцев содержат токсины, которые особенно опасны для беременных женщин и, возможно, грудных детей. Табу на продукты питания, нацеленные на эти виды животных во время беременности и кормления грудью, запрещают женщинам есть эти виды животных и снижают частоту отравлений рыбой в этот период.Хотя все женщины в этих сообществах разделяют одни и те же табу на еду, они предлагают им совершенно разные причинные объяснения, и между женщинами мало информации, за исключением самих табу (58). Табу усвоены и не связаны с отвращением к беременности. Анализ путей передачи этих табу показывает, что адаптивная модель поддерживается выборочным обучением у престижных женщин.

Культура и дезадаптация

Культурная адаптация имеет встроенный компромисс.Кумулятивная культурная эволюция сложных, трудно усваиваемых адаптаций требует, чтобы люди перенимали поведение окружающих, даже если оно противоречит их собственным выводам. Однако та же самая склонность заставит людей приобретать любое обычное поведение , если это явно не противоречит их собственным выводам. Это означает, что если существуют когнитивные или социальные процессы, которые делают неадаптивные идеи распространенными, и эти идеи не являются заведомо ложными или вредными, люди также примут эти идеи.Более того, очевидно, что существует несколько таких процессов. Вот пара примеров. Более подробное обсуждение см. В исх. 10.

Слабые когнитивные предубеждения могут способствовать распространению дезадаптивных убеждений или практик из поколения в поколение.

Лабораторные исследования диффузионной цепочки четко подтверждают, что предубеждения, которые не поддаются обнаружению, влияют на индивидуальные решения, могут иметь очень сильные последствия при повторении «поколений» в лаборатории (59). Тот же эффект может привести к распространению ложных убеждений в естественных популяциях.Например, Бойер (60) утверждает, что ряд когнитивных предубеждений объясняет распространение сверхъестественных убеждений и широкое распространение сказок о призраках и зомби.

Предубеждения, связанные с адаптивным социальным обучением, могут привести к неадаптивным результатам.

Атрибуты модели косвенно свидетельствуют о том, полезно ли ей подражать. Если она добьется успеха, то, подражая ей, вы увеличите свои шансы на приобретение черт, которые привели к ее успеху. Если она больше похожа на вас, чем на альтернативные модели, ее поведение может лучше работать в вашей ситуации.Если ее поведение более распространено, чем альтернативы, то оно, вероятно, будет адаптивным, потому что обучение увеличивает частоту адаптивного поведения. Развитая психология культурного обучения, учитывающая такие предубеждения, увеличивает шансы на приобретение полезных убеждений и моделей поведения. Однако эти же предубеждения иногда могут привести к распространению дезадаптивных убеждений и практик. Например, тенденция подражать престижным или тем, кто демонстрирует приверженность, укрепляющую доверие, может привести к процессу «побега», аналогичному половому отбору (10), и это может объяснить культурную эволюцию неадаптивных культурных систем, в которых люди рисковать жизнью и здоровьем, чтобы взойти на ледяные вершины или достичь духовного совершенства в целомудрии (61).

Культура является частью биологии человека и глубоко повлияла на эволюцию человека

Мы рассказали два противоположных мнения о природе и происхождении человеческой уникальности. С одной стороны, широко распространено мнение, что люди похожи на других млекопитающих, только намного умнее — по сути, мы умные, безволосые шимпанзе. У нас есть уникально гибкая когнитивная система, которая позволяет нам делать причинно-следственные выводы в широком диапазоне сред и использовать эту информацию для создания гораздо более совершенных инструментов, и эти различия позволили нам распространиться по всему миру, доминируя в мировой биоте, как никакое другое существо.Напротив, мы утверждаем, что люди недостаточно умны, чтобы решать множество адаптивных проблем, с которыми они сталкиваются в любой из своих многочисленных сред обитания. Даже у экспертов отсутствует детальное понимание причинно-следственных связей с инструментами и методами, позволяющими им выжить. Культурное обучение с высокой степенью достоверности позволяет человечеству решать эти проблемы, поскольку оно позволяет осуществлять выборочное обучение и накапливать небольшие улучшения с течением времени. Конечно, важно и сложное, гибкое познание. Однако степень когнитивной гибкости широко варьируется от природы: шимпанзе могут решать проблемы, ставящие в тупик обезьян, а обезьяны — гении по сравнению с опоссумами.Тем не менее, ни один вид не населяет такой широкий диапазон местообитаний, как Homo sapiens . Напротив, существует резкий разрыв между способностями человека к культурному обучению и способностями даже наших ближайших родственников. В результате более склонно думать о людях, занимающих культурную нишу, чем когнитивную.

Эволюция психологических способностей, которые приводят к кумулятивной культурной эволюции, является одним из ключевых событий в нашей эволюционной истории. Доступность большого количества ценной культурной информации способствовала бы развитию более крупного мозга, оснащенного для сбора, хранения, организации и извлечения культурной информации — факт, который может объяснить быстрый рост человеческой энцефализации за последние 500000 лет и эволюцию специализированные когнитивные способности, которые проявляются в раннем возрасте, такие как теория разума, выборочная социальная референция (45), чрезмерное подражание (52), функциональное понимание артефактов (62), а также использование таксономического наследования и категориальной индукции для живых видов. (63).Присутствие культурно развитых методов и продуктов, таких как огонь, кулинария, оружие и инструменты, создало новое давление отбора, действующее на наши кости, мышцы, зубы и кишечник (9).

Культура открыла широкий спектр эволюционных перспектив, недоступных для неккультурных видов. Тем не менее культура является такой же частью биологии человека, как и наш особенный таз. Этот подход контрастирует с распространенным представлением о том, что культура и биология борются за контроль над человеческим поведением. Этот общий взгляд, вероятно, проникает в глубокую жилу западной мысли, которая сама по себе может быть результатом эволюции когнитивных предубеждений (64), но не имеет смысла.Состояние предков в человеческой родословной — это психология, которая не допускает кумулятивной культурной эволюции. Несмотря на серьезные усилия, шимпанзе не могут быть социализированы, чтобы стать людьми, и они практически не имеют кумулятивной культурной эволюции. Начиная с раннего онтогенеза человека, наша психология позволяет нам учиться у других, мощно и бессознательно мотивирует нас к этому и формирует тип черт, которые развиваются. Так что нет смысла спрашивать, преодолевает ли культура биологию? Правильный вопрос: как генетическая и культурная наследственность взаимодействуют, создавая наблюдаемые паттерны психологии и поведения человека (65)?

Благодарности

Мы благодарим Кларка Барретта за очень полезные комментарии к предыдущему черновику этой статьи и двух анонимных рецензентов за их помощь.Эта работа была частично поддержана грантом Национального института здравоохранения RC1TW008631-02 (R.B.) и Канадским институтом перспективных исследований (J.H.).

Сноски

• Вклад авторов: R.B., P.J.R. и J.H. написал газету.

• Настоящий документ является результатом Коллоквиума Артура М. Саклера Национальной академии наук «В свете эволюции V: сотрудничество и конфликт», проходившего 7–8 января 2011 г. в Центре Арнольда и Мейбл Бекман в Национальные академии наук и инженерии в Ирвине, Калифорния.Полная программа и аудиофайлы большинства презентаций доступны на веб-сайте NAS по адресу www.nasonline.org/SACKLER_cooperation.

• Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

• Эта статья представляет собой прямое представление PNAS.

Влияние климата на эволюцию человека

В этой статье исследуется гипотеза о том, что ключевые адаптации человека возникли в ответ на нестабильность окружающей среды. Эта идея была развита в ходе исследования, проведенного доктором В.Рик Поттс из Смитсоновской программы Human Origins. Естественный отбор не всегда был вопросом «выживания наиболее приспособленных», но также был вопросом выживания тех, кто наиболее приспособлен к изменяющимся условиям.

Колебания климата

Палеоантропологи — ученые, изучающие эволюцию человека — предложили множество идей о том, как условия окружающей среды могли стимулировать важные изменения в происхождении человека. В ходе эволюции человека возникли различные виды, и с течением времени накопился набор адаптаций, включая прямую ходьбу, способность создавать инструменты, увеличение мозга, длительное созревание, возникновение сложного психического и социального поведения и зависимость. на технологии для изменения окружающей среды.

Период эволюции человека совпал с изменением окружающей среды, включая похолодание, высыхание и более широкие колебания климата с течением времени. Как изменение окружающей среды повлияло на эволюцию новых приспособлений, происхождение и исчезновение первых видов гомининов и появление нашего вида, Homo sapiens ? («Гоминин» относится к любому двуногому виду, тесно связанному с людьми, то есть к человеческому разделению на эволюционном древе, поскольку предки человека и шимпанзе разошлись от общего предка где-то между 6 и 8 миллионами лет назад.)

Откуда мы знаем, что климат Земли изменился? Насколько быстро и насколько изменился климат? Одним из важных доказательств является регистрация изотопов кислорода во времени. Этот рекорд δ ¹⁸ O, или стабильных изотопов кислорода, был получен в результате измерения кислорода в микроскопических скелетах фораминифер (сокращенно forams), обитавших на морском дне. Эта мера может использоваться как индикатор изменения температуры и ледникового льда с течением времени. Есть две основные тенденции: общее снижение температуры и большая степень колебаний климата с течением времени.На более поздних этапах эволюции человека степень изменчивости условий окружающей среды была больше, чем на более ранних этапах.

© Авторское право Смитсоновского института
Кривая изотопов кислорода (δ18O) за последние 10 миллионов лет (данные Zachos et al., 2001)

Десять миллионов лет существования стабильных изотопов кислорода, измеренных в фораминиферах, извлеченных из глубоководных отложений, показывает, что глобальная температура океана и ледниковый лед широко варьировались в течение последних 6 миллионов лет, периода человеческой эволюции.Измерение δ ¹⁸ O представляет собой соотношение более тяжелого изотопа ¹⁸ O и более легкого ¹⁶ O, который легче испаряется из океана и улавливается ледниковым льдом на суше. В ходе эволюции человека общая тенденция δ ¹⁸ O была в сторону более прохладного ледникового мира. Однако амплитуда колебаний также увеличивалась, начиная примерно с 6 млн лет, и стала еще больше за последние 2,5 млн лет. Эволюция рода Homo и адаптаций, характерных для H.sapiens были связаны с крупнейшими колебаниями глобального климата. Иконки: (а) происхождение гомининов, (б) привычное двуногие, (в) изготовление первых каменных орудий и употребление в пищу мяса / костного мозга крупных животных, (г) начало длительной подвижности, (д) ​​начало быстрого увеличения мозга, (е) ) расширение символического выражения, новаторства и культурного разнообразия.

Организмы и изменение окружающей среды

Все организмы претерпевают изменения в окружающей среде.Некоторые изменения происходят в течение короткого времени и могут быть циклическими, например суточные или сезонные колебания количества температуры, света и осадков. В более длительных временных масштабах гоминины испытали крупномасштабные сдвиги в температуре и количестве осадков, которые, в свою очередь, вызвали значительные изменения в растительности — переход от пастбищ и кустарников к лесам и лесам, а также из холодного климата в теплый. Окружающая среда гомининов также была изменена тектоникой — землетрясениями и поднятием, такими как подъем высоты Тибетского плато, который изменил режим выпадения осадков в северном Китае и изменил топографию обширного региона.Тектоническая активность может изменить расположение и размер озер и рек. Извержения вулканов и лесные пожары также повлияли на доступность пищи, воды, жилья и других ресурсов. В отличие от сезонных или суточных сдвигов, эффекты многих из этих изменений длились в течение многих лет и были неожиданными для гомининов и других организмов, повышая уровень нестабильности и неопределенности в условиях их выживания.

Многие организмы имеют предпочтения в среде обитания, такие как определенные типы растительности (пастбища или леса) или предпочтительные диапазоны температуры и осадков.Когда происходит изменение предпочитаемой среды обитания животных, они могут либо перемещаться и отслеживать предпочитаемую среду обитания, либо адаптироваться путем генетических изменений к новой среде обитания. В противном случае они вымрут. Другая возможность, однако, заключается в увеличении адаптируемости популяции, то есть способности адаптироваться к новым и меняющимся условиям. Способность приспосабливаться к разнообразным средам обитания и средам является характерной чертой человека.

© Авторское право Смитсоновского института

Три возможных исхода эволюции популяции в динамике окружающей среды, типичные для плио -плейстоцена (слева).Возможность перемещаться и отслеживать изменения среды обитания географически (узкие линии) или расширять степень адаптивной универсальности важна для сохранения любого происхождения. Вымирание происходит, если популяции видов имеют особые приспособления к рациону питания / среде обитания (то есть узкую полосу «адаптивной универсальности»; выделенные полосы) и не могут переместиться в предпочтительную среду обитания. В гипотетической ситуации (правая полоса), когда расширяется адаптивная универсальность, миграция и рассредоточение могут происходить независимо от времени и направления изменения окружающей среды.Эволюция адаптивной универсальности является движущей силой идеи выбора изменчивости, которая рассматривается далее в этой статье.

Адаптация к изменениям

Есть много идей о роли окружающей среды в эволюции человека. Некоторые мнения предполагают, что определенные приспособления, такие как прямая ходьба или изготовление инструментов, были связаны с более сухой средой обитания и распространением пастбищ, идея, часто известная как гипотеза саванны. Согласно этому давнему мнению, многие важные адаптации человека возникли в африканской саванне или были под влиянием окружающей среды, вызванной расширением засушливых пастбищ.

Если ключевые человеческие адаптации эволюционировали в ответ на давление отбора со стороны конкретной среды, мы могли бы ожидать, что эти адаптации особенно подходят для этой среды обитания. Ископаемые останки гомининов можно найти в этих средах, а не в различных средах обитания.

Гипотеза выбора изменчивости

Другая гипотеза состоит в том, что ключевые события в эволюции человека были сформированы не каким-либо одним типом среды обитания (например, пастбища) или тенденциями окружающей среды (например,g., высыхание), а скорее из-за нестабильности окружающей среды. Эта идея, разработанная доктором Риком Поттсом из Программы происхождения человека, называется отбором по изменчивости. Эта гипотеза привлекает внимание к изменчивости, наблюдаемой во всех экологических записях, и к тому факту, что род Homo не ограничивался одним типом окружающей среды. В ходе эволюции человека предки человека увеличили свою способность справляться с изменением среды обитания, а не специализировались на каком-то одном типе среды.Как гоминины развили способность реагировать на меняющееся окружение и новые условия окружающей среды?

© Авторское право Смитсоновского института

Со временем (слева направо) новые адаптации могут развиваться в периоды (А) относительно стабильной окружающей среды; (B) изменение направления или постепенное изменение, например, от влажного к сухому; или (C) сильно изменчивая среда обитания, как это предсказано гипотезой выбора изменчивости.

Один из способов, которым организмы могут справляться с колебаниями окружающей среды, — это генетическая адаптация, когда несколько аллелей или разные версии генов присутствуют в популяции с разной частотой.По мере изменения условий естественный отбор предпочитает один аллель или генетический вариант другому. Гены, которые могут способствовать появлению ряда различных форм в разных средах (фенотипическая пластичность), также могут помочь организму адаптироваться к меняющимся условиям.

Другой ответ на изменение окружающей среды — это развитие структур и моделей поведения, которые можно использовать, чтобы справиться с различными средами. Выбор этих структур и поведения в результате нестабильности окружающей среды известен как выбор изменчивости.Эта гипотеза отличается от гипотез, основанных на устойчивых экологических тенденциях. Изменение окружающей среды в целом ведет к специализации для этих конкретных условий. Но если среда становится очень изменчивой, специализация для определенных сред будет менее выгодна, чем структуры и поведение, которые позволяют справляться с изменяющимися и непредсказуемыми условиями. Отбор по изменчивости относится к преимуществам, предоставляемым вариациями в поведении, которые помогают организмам пережить изменения.Чтобы проверить гипотезу выбора изменчивости и сравнить ее с гипотезами, относящимися к среде обитания, Поттс изучил летопись окаменелостей гомининов и записи изменений окружающей среды во время эволюции человека.

Если бы экологическая нестабильность была ключевым фактором, способствовавшим адаптации человека, можно было бы ожидать, что новые адаптации произойдут в периоды повышенной изменчивости окружающей среды, и эти адаптации улучшили бы способность ранних предков человека справляться с изменением среды обитания и разнообразием окружающей среды.

В целом, летопись окаменелостей гомининов и данные об окружающей среде показывают, что гоминины эволюционировали в течение изменчивого в экологическом отношении времени. Более высокая изменчивость имела место, поскольку изменения в сезонности вызывали крупномасштабные колебания окружающей среды в течение периодов, которые часто длились десятки тысяч лет. Гипотеза выбора изменчивости подразумевает, что человеческие черты эволюционировали с течением времени, потому что они позволяли человеческим предкам приспосабливаться к неопределенности и изменениям окружающей среды. Гипотеза касается вопроса о том, как именно адаптивность может развиваться с течением времени.

Древние гоминины были найдены в различных средах обитания

Останки древних гомининов были найдены в самых разных местах обитания. В то время как некоторые гоминины, такие как Orrorin tugenensis и Ardipithecus ramidus , были обнаружены в лесных средах обитания, другие, такие как Sahelanthropus tchadensis , были обнаружены связанными с различными типами растительности в пределах небольшой географической области. Реконструкция древней среды обитания Ardipithecus ramidus на двух разных участках Эфиопии позволяет предположить, что этот вид занимал как лесные участки (участок Арамис), так и лесные луга, на которых преобладали пасущиеся животные (участок Гона). Australopithecus anamensis был обнаружен в Канапой и Аллиа Бэй, Кения, в сочетании с другим типом мозаики — открытой саванной с невысокими деревьями и кустарниками, но с лугами и галерейными лесами поблизости.

В Канапой исследования палеопочв и почвенных карбонатов, проведенные доктором Джонатаном Винном, демонстрируют наличие этих разнообразных местообитаний в то время, когда в этом районе обитало Australopithecus anamensis . Остальные члены Au. anamensis в заливе Аллия встретил другую среду.Ископаемые животные представляют несколько различных сред обитания, включая открытые поймы, галерейные леса и засушливые кустарники. Изотопные исследования, проведенные доктором Маргарет Шенингер и ее коллегами, показывают, что большая часть растительности залива Аллия состояла из древесных растений, таких как деревья и кустарники (известная как растительность C ₃ ). Australopithecus anamensis в заливе Аллия, таким образом, был связан с мозаичной средой, включая лесные массивы у родовой реки Омо и открытую саванну подальше.

© Авторское право Смитсоновского института

Два разных типа окружающей среды — густые леса и открытые кустарники — встречались в одних и тех же областях Восточной Африки в период эволюции человека. Колебания климата изменили пропорцию этих местообитаний и, таким образом, привели к повторяющимся изменениям только плотности населения и изменчивых условий естественного отбора.

Две ноги, длинные руки; Перемещение в разнообразных средах обитания

Чип Кларк, Смитсоновский институт
Australopithecus afarensis, «Люси», реконструированный скелет

Примерно 4 миллиона лет назад австралопитеки рода развили скелетную форму, которая позволяла приспосабливаться к изменениям влажности и растительности.Лучший пример приспособляемости австралопитека на сегодняшний день проявляется в скелете, известном как Люси, который представляет собой Au. afarensis . Скелет Люси возрастом 3,18 миллиона лет имеет человеческие тазобедренные и коленные суставы в сочетании с длинными обезьяноподобными руками, более длинные пальцы для захвата, чем у людей, и гибкие ступни для ходьбы или лазания. Эта комбинация особенностей, которая, по-видимому, характеризовала Australopithecus на протяжении почти 2 миллионов лет и, возможно, более старых гомининов, дала возможность перемещаться в различных средах обитания, изменяя степень зависимости от наземной ходьбы и лазания по деревьям.Эта гибкость могла также характеризовать более ранних гомининов, таких как Ardipithecus ramidus .

Изготовление каменных орудий: доступ к разнообразным продуктам питания

© Авторское право Смитсоновского института

Первые известные каменные орудия датируются примерно 2,6 миллиона лет назад. Изготовление и использование каменных орудий также придавало универсальности тому, как изготовители орудий труда гоминины взаимодействовали с окружающей средой и приспосабливались к ней.

Простое изготовление орудий путем дробления камня по камню давало селективное преимущество в том, что эти мастера-гоминины обладали острыми хлопьями для резки и молотками, которые использовались для измельчения и измельчения пищевых продуктов. Таким образом, основные каменные орудия значительно улучшили функции зубов, открыв доступ к огромному разнообразию продуктов. Эти продукты включали мясо крупных животных, которое нарезали от туш острыми краями хлопьев. Кости были сломаны с помощью камней, чтобы получить доступ к костному мозгу внутри.Другие инструменты можно использовать для измельчения растений или для точения палок, чтобы выкапывать клубни. Использование инструментов облегчило бы гомининам получение пищи из множества различных источников. Использование орудий расширило бы рацион гомининов. В частности, мясо — это пища, которую можно было получить одинаковыми способами с аналогичной питательной ценностью практически в любой среде обитания, с которой сталкивались древние люди.

© Авторское право Смитсоновского института

Хотя изготовление простых орудий могло первоначально развиваться в одном типе окружающей среды, ношение каменных орудий на значительные расстояния — и превращение в зависимость от каменных технологий — могло возникнуть из-за преимуществ изменения диеты по мере изменения окружающей среды.Самая старая из известных каменных технологий, называемая олдованским орудием, заключалась в переносе камня на несколько километров и, как выяснилось, связана с множеством древних мест обитания. Перераспределение камня и других ресурсов, таких как части туш животных, путем их транспортировки, возможно, помогло гомининам справиться с изменчивой средой обитания.

Расширяющийся мир раннего периода Homo

Как и было предсказано гипотезой отбора по изменчивости, гоминины были обнаружены не только в одной среде обитания, а, скорее, в различных.Основным сигналом способности переносить различную среду обитания было расселение представителей рода Homo за пределы Африки в азиатские среды. Спустя 1,9 миллиона лет назад род Homo был обнаружен в различных местах Азии, в том числе и на относительно далеком севере.

© Авторское право Смитсоновского института

Ранние свидетельства разнообразия сред обитания Homo erectus в Азии включают следующие участки:

• Дманиси, Республика Грузия, 1.85–1,78 миллиона лет назад. На этом участке есть луга, окруженные горами с лесами. Гоминины имели доступ к лаве как к сырью для инструментов.
• Юаньмоу, Китай, 1,7 миллиона лет назад. Это место, расположенное недалеко от древнего озера, имело смесь местообитаний с лугами, кустарниками и лесами.
• Бассейн Нихэван, Китай, 1,66 миллиона лет назад. Участки Нихэван также находились рядом с озером. Мастера орудий труда гомининов испытали множество изменений в растительности с течением времени, от лесов до лугов.Этот регион мог быть гораздо более засушливым, чем другие, и температуры менялись в зависимости от сезона с теплых на холодные.
• Ява, 1,66 млн лет. Здесь гоминины встречали луга, реки и морские прибрежные районы в условиях тропических широт.

В этих местах группы гомининов столкнулись с совершенно разными средами, разными растениями, животными и продуктами питания, а также с разными климатическими условиями — очень широким диапазоном температур и сильными колебаниями засушливости и муссонных дождей.

Гоминины сохранились в результате изменения окружающей среды

Экологическая нестабильность могла быть фактором не только в формировании адаптаций, но и в способствовании исчезновению некоторых родословных. Изменчивость окружающей среды, связанная с исчезновением крупных видов млекопитающих, была предложена для региона южной части Кении. Отложения, каменные артефакты и фауна на территории Олоргесайли охватывают большую часть последних 1,2 миллиона лет. Многочисленные экологические сдвиги зафиксированы на месторождениях Олоргесайли.Например, уровень древнего озера и его химический состав часто менялись, а иногда озеро высыхало, оставляя небольшие водно-болотные угодья и ручьи в качестве основного источника воды в бассейне. Извержения вулканов также покрыли ландшафт пеплом, убивая траву и изменяя свойства экосистемы.

© Авторское право Смитсоновского института

Пример склона отложений в районе Олоргесайли. Склон холма, который представляет примерно 10 000 лет времени с вулканическим пеплом в основании, датируемым примерно 1 миллион лет назад, демонстрирует свидетельства сильных экологических сдвигов.Врезка: слои отложений показывают колебания между сухой и влажной средой и время, когда вулканический пепел покрыл древний ландшафт.

Доктор Рик Поттс изучил характер смены климата в фауне и появление археологических раскопок в Олоргесайли и другом месте на юге Кении, и обнаружил, что несколько крупных видов млекопитающих, которые ранее доминировали в фауне этого региона, вымерли примерно между 700 000 и 300 000 лет назад, в период повторяющейся нестабильности окружающей среды.Эти виды были заменены современными родственниками, которые, как правило, были меньше по размеру тела и не были специализированы в питании или среде обитания.

Например, у зебры Equus oldowayensis были большие и высокие зубы, специально предназначенные для поедания травы. Его последнее известное появление в летописи окаменелостей южной Кении произошло между 780 000 и 600 000 лет назад; он был заменен на Equus grevyi , который может как пасти (питаться травой), так и просматривать (питаться листьями и другой высокоразвитой растительностью).Ископаемый павиан Theropithecus oswaldi , который весил более 58 кг (более 127,6 фунтов), обитал исключительно на земле; у него были очень большие зубы, и он ел траву. Он также вымер между 780 000 и 600 000 лет назад. Его нынешний родственник, Papio anubis , всеяден и легко передвигается по земле и деревьям. Два других крупных животных, которые специализировались на поедании травы, слон Elephas recki и древняя свинья Metridiochoerus , также были заменены родственными видами, которые были меньше и имели более универсальный рацион ( Loxodonta africana и Phacochoerus aethiopicus ). ).Водный специалист Hippopotamus gorgops был заменен живым бегемотом, который способен преодолевать большие расстояния между водоемами.

Замена специализированных видов близкородственными животными, которые обладали более гибкими адаптациями во время широких колебаний климата, была ключевой частью первоначального свидетельства, которое привело к гипотезе выбора изменчивости. Хотя ашельские гоминины-орудия труда смогли справиться с изменением среды обитания на протяжении большей части летописи Олоргесайли, ашельский образ жизни исчез из региона где-то между 500000 и 300000 лет назад, возможно, также в результате сильной экологической неопределенности и меняющихся обстоятельств.

Энцефализация и адаптивность

© Авторское право Смитсоновского института

Увеличение мозга в ходе эволюции человека было драматическим. В течение первых четырех миллионов лет эволюции человека размер мозга увеличивался очень медленно. Энцефализация, или эволюционное увеличение мозга по сравнению с размером тела, особенно ярко проявилось за последние 800 000 лет, совпадающие с периодом самых сильных климатических колебаний во всем мире.Большой мозг позволял гомининам обрабатывать и хранить информацию, планировать наперед и решать абстрактные задачи. В соответствии с гипотезой выбора изменчивости, больший мозг, способный производить универсальные решения для новых и разнообразных проблем выживания, благоприятствовал увеличению диапазона сред, с которыми гоминины сталкиваются во времени и пространстве.

Новые инструменты для самых разных целей

© Авторское право Смитсоновского института

Спустя 400 000 лет назад гоминины нашли новые способы справиться с окружающей средой, создав множество различных инструментов.В некоторых частях Африки произошел сдвиг, когда технология, в которой преобладали крупные режущие инструменты, была заменена более мелкими и разнообразными инструментами. Технологические инновации начали появляться в Среднем каменном веке в Африке, причем некоторые ранние примеры датируются 280 000 лет назад. Некоторые из новых инструментов предоставили гомининам новые способы доступа к пище. Точки были прикреплены к рукояткам, таким как древки копий или стрел, а позже использовались как часть метательного оружия, что позволяло гомининам охотиться на быструю и опасную добычу, не приближаясь к ним так близко.Колючие наконечники использовались для ловли рыбы. Костяные зазубрины были найдены на городище Катанда в Демократической Республике Конго вместе с останками огромного сома. Точильные камни использовались для обработки растительной пищи. Другие инструменты использовались для изготовления одежды, которая была бы важна для гомининов в холодных условиях.

Региональная биржа и социальные сети

© Авторское право Смитсоновского института

За последние 300 000 лет или около того прямые предки живых людей развили способность создавать новые и разнообразные инструменты.Археологические открытия показывают, что начали возникать более широкие социальные сети, позволяющие передавать каменный материал на большие расстояния. Символические артефакты, обозначающие сложный язык и способность к планированию, также очевидны в археологических записях среднего каменного века в Африке. Эти результаты указывают на улучшенную способность адаптироваться к новым условиям. Большая часть последних 350 000 лет в Восточной Африке была временем сильных колебаний климата. Временная шкала внизу изображения — от 280 000 до 40 000 лет назад (справа налево).Эта цифра основана на анализе археологов Салли МакБриарти и Элисон Брукс.

Торговля между группами для получения материалов и скрепления союзов — отличительная черта современного человеческого поведения. Большой мозг и символические способности способствовали более сложным социальным взаимодействиям. 130 000 лет назад гоминины обменивались материалами на расстоянии более 300 км. Социальные связи, которые были созданы путем обмена материалами между группами, могли иметь решающее значение для выживания во времена изменения окружающей среды, когда одна группа полагалась на ресурсы или территории удаленной группы.Современные собиратели используют социальные связи для смягчения последствий голода и засухи. Обмен подарками поддерживает отношения между группами, которые могут быть вызваны, когда одной группе необходимо жить в лагере или у водоема другой, и эта способность оказалась особенно полезной во времена изменений окружающей среды и неопределенности ресурсов.

Связь и символы

Чип Кларк, Смитсоновский институт

Выгравированная бляшка охры из пещеры Бломбос, Южно-Африканская Республика; около 77 000–75 000 лет

Доказательства способности человека к общению с помощью символов очевидны в археологических памятниках, возраст которых составляет по крайней мере 250 000 лет, а возможно, и старше.Использование цвета, вырезанных символов, декоративных предметов и языка является частью этой способности общения. Символическое общение может быть связано с хранением информации. Язык — неотъемлемая часть современного человеческого общения. Язык позволяет передавать сложные идеи другим. Передача идей и обстоятельств с помощью языка значительно облегчила бы выживание в меняющемся мире. Однако нет никаких ископаемых свидетельств слов и грамматики, которые являются прямыми признаками человеческого языка.

Сохраненные кусочки пигмента — одна из самых ранних форм символической коммуникации. Охру и марганец можно использовать для окрашивания предметов и кожи. Другие символические предметы, такие как ювелирные изделия, личные украшения и предметы искусства, несут информацию о социальном статусе владельца, членстве в группе, возрасте или поле. Картины и рисунки также использовались для представления мира природы. Использование символов в конечном итоге связано со способностью человека планировать, записывать информацию и воображать.

Неандертальцы тоже пережили климатические колебания!

© Авторское право Смитсоновского института

Популяции неандертальцев ( Homo neanderthalensis ) в Европе претерпели множество изменений окружающей среды, включая большие сдвиги климата между ледниковыми и межледниковыми условиями, при этом живя в среде обитания, которая в целом была более холодной, чем условия, в которых обитало большинство других видов гомининов.Некоторые из экологических сдвигов, которые они пережили, были связаны с быстрыми колебаниями между холодным и теплым климатом.

Неандертальцы смогли приспособить свое поведение к обстоятельствам. В холодные и ледниковые периоды они сосредоточились на охоте на северных оленей, которые приспособлены к холоду. В более теплые межледниковые периоды охотились на благородного оленя. Во время экстремально холодных периодов они смещали свой ареал на юг в сторону более теплой среды.

У неандертальцев и современных людей были разные способы борьбы с колебаниями окружающей среды и проблемами выживания, которые они создавали.Современные люди, Homo sapiens , обладали специальными инструментами для извлечения разнообразных пищевых ресурсов. У них также были широкие социальные сети, о чем свидетельствует обмен товарами на большие расстояния. Они использовали символы как средство передачи и хранения информации. Неандертальцы создавали инструменты, которые были не такими специализированными, как у современных людей, которые перебрались из Африки в Европу около 46000 лет назад. Неандертальцы обычно не обменивались материалами на таком большом расстоянии, как Homo sapiens .Иногда они производили символические артефакты. Несмотря на многие климатические колебания, современные люди смогли расширить свой ареал по Европе и Азии, а также в новые области, такие как Австралия и Америка. Неандертальцы вымерли. Эти данные свидетельствуют о том, что приспособляемость к изменяющейся среде была одним из ключевых различий между этими двумя эволюционными кузенами.

© Авторское право Смитсоновского института

В то время, когда в Европе развивались неандертальцы, глобальный климат резко колебался между теплым и холодным.Выделенная область в правой части графика представляет последние 200 000 лет.

Сотрясения

В целом, данные показывают, что гоминины в разной степени способны адаптироваться к изменяющимся условиям окружающей среды. Род Homo , к которому принадлежит наш вид, обладал способностью приспосабливаться к различным условиям окружающей среды, а Homo sapiens особенно способен справляться с широким диапазоном климатических условий, жарких и холодных сред, засушливых и влажных. те, и со всеми видами различной растительности.Мы используем ресурсы самых разных растений и животных и используем множество специализированных инструментов. У нас есть множество социальных контактов и средств обмена ресурсами и информацией, которые помогают нам выжить в постоянно меняющемся мире.

© Авторское право Смитсоновского института

Идея о том, что основные адаптации в нашей эволюционной истории возникли в ответ на изменчивость окружающей среды и сдвиг давления отбора (изменчивый отбор), ведет к новому пониманию эволюции человека.На приведенном выше рисунке показано, как появление человеческих характеристик, присущих 6 миллионам лет назад, принесло пользу, улучшившую способность наших предков выживать в непредсказуемой и новой окружающей среде. Ma = миллион лет назад; ка = тысячу лет назад.

Сегодня люди представляют собой единственный вид, который выжил благодаря разнообразию видов гомининов. Несмотря на их очень тесную связь с нашим видом и несмотря на то, что все они обладали некоторой комбинацией черт, характерных для людей сегодня, эти более ранние виды и их образ жизни теперь вымерли.Впереди нас ждет вопрос, насколько хорошо наши источники устойчивости как вида преуспеют, поскольку наши изменения ландшафта, атмосферы и воды взаимодействуют с тенденцией окружающей среды Земли к изменению самостоятельно. Это «эксперимент», который только что разворачивается, и никогда раньше не проводился. Интенсивность изменения окружающей среды, вероятно, создаст совершенно новые проблемы для выживания одиноких видов гомининов на планете, а также многих других организмов.

© Авторское право Смитсоновского института

Какие примеры адаптации человека к окружающей среде? — Мворганизация.org

Каковы примеры адаптации человека к окружающей среде?

Вот некоторые из удивительных эволюционных приспособлений, которые наш вид использовал для завоевания земного шара.

• 1) Бег на выносливость.
• Это позволило доисторическим людям преуспеть в охоте.
• 2) Потоотделение.
• Многие животные потеют, но немногие используют его для испарительного охлаждения, как люди (и лошади).
• 3) Хождение прямо.

Какие три адаптации помогают людям выжить?

Наше двуногие (способность ходить на двух ногах), противопоставление больших пальцев (которые могут касаться пальцев одной и той же руки) и сложный мозг (который контролирует все, что мы делаем) — это три адаптации (особые функции, которые помогают нам выжить), которые позволили нам жить в стольких разных климатах и ​​средах обитания.

Какие есть 3 адаптации?

Три основных типа адаптации, в зависимости от того, как выражаются генетические изменения, — это структурные, физиологические и поведенческие адаптации. У большинства организмов есть комбинации всех этих типов.

Какие животные имеют приспособления?

Вот семь животных, которые сумасшедшими способами адаптировались, чтобы выжить в своей среде обитания.

• Деревянные лягушки обмораживают свои тела.
• Крысы-кенгуру выживают без питьевой воды.
• В крови антарктических рыб содержатся белки-антифризы.
• Африканские лягушки-быки создают «жилища» из слизи, чтобы пережить засушливый сезон.

Каковы 3 типа поведенческой адаптации?

Поведенческая адаптация: Действия животных, которые предпринимают, чтобы выжить в своей среде. Примеры — гибернация, миграция и инстинкты. Пример: птицы летают зимой на юг, потому что могут найти больше корма. Структурная адаптация: характеристика растения или тела животного, которая помогает ему выжить в окружающей среде.

Какие 5 категорий адаптации?

Пять категорий адаптации: миграция, гибернация, покой, маскировка и активация. Миграцию можно определить как явление перемещения животных из одного региона в другой с целью их выживания.

Может ли большинство организмов решить адаптироваться?

A: Нет. Организмы не контролируют свою адаптацию. Адаптации происходят случайным образом с течением времени и могут или не могут обеспечить полезные поведенческие или физические изменения, которые позволяют успешно реагировать на требования окружающей среды.Многие адаптации являются результатом мутаций, которые повышают шансы на выживание.

Какой пример физиологической адаптации?

Физиологическая адаптация — это внутренний процесс организма, направленный на регулирование и поддержание гомеостаза для выживания организма в окружающей среде, в которой он существует, примеры включают регулирование температуры, высвобождение токсинов или ядов, высвобождение белков антифриза, чтобы избежать замерзания в холодных средах и высвобождения …

Что за приспособление яд?

Физиологические адаптации — Внутренние и / или клеточные особенности организма, которые позволяют им выживать в окружающей среде (например,г. змеи производят ядовитый яд для защиты от хищников и для поимки добычи).

Является ли потоотделение физиологической адаптацией?

Потоотделение — это физиологическая адаптация, при которой на поверхность кожи образуется слой «воды», который испаряется и охлаждает кожу, позволяя теплу отводиться от тела.

Каковы физиологические адаптации белого медведя?

В то время как белый мех, маленькие уши и большие лапы являются наиболее очевидными приспособлениями, наиболее важными являются физиологические приспособления, связанные с переработкой жира, чтобы не приводить к сердечным заболеваниям.Большинство других млекопитающих не смогут выжить на диете с высоким содержанием жиров, которую едят белые медведи.

Каковы 3 поведенческие адаптации белого медведя?

8. Адаптация Поведенческая адаптация Физическая адаптация • Белые медведи роют норы, чтобы защитить себя от холодных ветров. Умение быть сильным пловцом помогает при охоте и плавании по льду. Белый мех белого медведя помогает ему сливаться со снегом и льдом.

Почему белые медведи не могут жить в теплом климате?

По мнению ученых, белые медведи не смогут преодолеть воздействие глобального потепления на их арктическую среду обитания, потому что они не смогут регулировать свой метаболизм, чтобы выжить на наземной добыче в течение более длительных периодов без морского льда.

Камуфляж — это физиологическая адаптация?

Нет, камуфляж не может быть физиологической адаптацией.

Гибернация — это физиологическая или поведенческая адаптация?

Гибернация — это физиологическая и поведенческая адаптация, функция которой заключается в максимальном повышении энергоэффективности животных, находящихся на одной и той же территории круглый год. Это альтернатива обеспечению достаточной теплоизоляции, чтобы оставаться в тепле, непрерывно кормиться и поддерживать постоянный высокий уровень метаболизма.

Как миграция является поведенческой адаптацией?

Поведенческая адаптация — это то, что организмы делают, чтобы выжить. Например, крики птиц и миграция — это поведенческие адаптации. Адаптации обычно происходят из-за того, что ген мутирует или изменяется случайно! Некоторые мутации могут помочь животному или растению выжить лучше, чем другие у вида без мутации.

Какие два типа поведенческой адаптации?

Два типа поведенческой адаптации — это миграция и гибернация.Пояснение: Адаптация животного — это приспособленность к окружающей среде.

Подражание — это поведенческая или физическая адаптация?

Похоже на камуфляж — мимикрия, физическая адаптация, которая делает животное похожим на другой, более опасный или менее аппетитный вид. Подобно камуфляжу, мимикрия отпугивает хищников и улучшает выживаемость животных. Инстинкт — это образец поведения, которому естественно следует животное.

Сколько времени обычно занимает адаптация?

Исследование показало, что у широкого круга видов для того, чтобы серьезное изменение сохранялось и чтобы изменения накапливались, требуется около миллиона лет.Исследователи писали, что это повторялось неоднократно по «удивительно последовательной схеме».

Все ли поведенческие адаптации изучены?

Поведенческие адаптации — это изменения в поведении, которые определенные организмы или виды используют для выживания в новой среде. Некоторые примеры поведенческой адаптации — дневной и ночной образ жизни или миграция птиц. Поведенческие адаптации в основном приобретаются, а не передаются по наследству.

человек могут быть наиболее адаптивными видами

За 5 миллионов лет, прошедшие с тех пор, как первые гоминиды впервые появились из Рифт-Валли в Восточной Африке, климат Земли стал все более неустойчивым.В течение циклов, продолжавшихся сотни тысяч лет, засушливые районы центральной Африки были заполнены лесами, леса уступили место пастбищам, а прилегающие ландшафты были изрезаны глубокими озерами.

«Именно в контексте этого быстро меняющегося ландшафта люди развили свой значительный мозг и способность к адаптивному поведению», — сказал Рик Поттс, директор Программы происхождения человека в Национальном музее естественной истории Смитсоновского института. По его словам, в таком мире способность мыслить творчески, придумывать новые решения угроз выживанию оказывается важным преимуществом.

«Эволюция мозга — наиболее очевидный пример того, как мы эволюционируем, чтобы адаптироваться», — объяснил он. «Но в современную эпоху мы знаем, что в геноме человека есть все виды взаимодействий, которые позволяют человеческим организмам иметь пластичность — способность приспосабливаться сама по себе является эволюционной характеристикой».

Он сказал, что у человека есть два ключевых преимущества: наш мозг и наша способность к культуре.

«Наш мозг — это по сути социальный мозг», — добавил он. «Мы делимся информацией, создаем и передаем знания.Это средство, с помощью которого люди могут приспосабливаться к новым ситуациям, и это то, что отличает людей от наших более ранних предков, а наших более ранних предков от приматов ».

Эта адаптивная способность не только позволила нашим предкам преодолевать огромные колебания климата, но и впоследствии помогла им колонизировать новые среды обитания. Более ранний вид гоминидов Homo erectus распространялся на большей части Африки и Азии. Между тем, Homo neanderthalensis — неандертальцы — заселили большую часть Европы.Наш собственный вид, Homo sapiens , расселился по еще более отдаленным уголкам земного шара, используя лодки, чтобы добраться до Австралии более 50 000 лет назад.

Виды, ушедшие в холода
«У вас было Homo sapiens , которые попадали в более холодную среду, чем могли вынести даже неандертальцы, в то же время, когда они мигрировали в пустыни, тропические леса, степи и ледниковую среду», — сказал Поттс. «Как этот тонкий, длинноногий гоминид смог выжить во всех этих различных средах, для меня это история о том, как вы становитесь приспосабливаемыми.«

Теория «отбора по изменчивости», которую Поттс впервые описал в 1996 году, относится не только к людям и их мозгу, но может применяться к любым видам, переживающим периоды нестабильности окружающей среды. По словам Поттса, универсальные черты характера, такие как широкая диета, будут преимуществом в такие времена как для пастбищных животных, так и для их хищников.

«Все организмы должны быть в состоянии поддерживать гомеостаз в некотором диапазоне условий, которые не являются полностью стабильными», — объяснил Поттс.«Сам геном представляет собой развитую структуру, а это означает, что все формы жизни обладают некоторой степенью приспособляемости к ним».

Идея о том, что адаптивность сама по себе может быть эволюционной характеристикой, является относительно новой концепцией. Когда Поттс впервые описал свою теорию почти два десятилетия назад, эволюционные генетики встретили здоровую дозу скептицизма со стороны эволюционных генетиков, которые понимали эволюцию как процесс приведения животных в соответствие с окружающей их средой.

Палеоантропологи, в том числе и Поттс, в значительной степени понимали, что люди эволюционировали в период постепенного перехода от более холодного и влажного климата к более засушливой среде.

Идея о том, что основные события в эволюции человека происходили не постепенно, а скачками в периоды повышенной климатической изменчивости, казалось, бросила вызов научному консенсусу. Но у теории выбора по изменчивости было одно большое преимущество: ее можно было проверить.

«У нас есть маркеры для различных важных событий в истории гоминидов — происхождения новых видов, разработки новых инструментов», — сказал Мэтт Гроув, профессор археологии, классики и египтологии Ливерпульского университета, который работал с Поттсом над моделированием. выбор вариабельности.«Если эти события совпадают с тем, что климатические данные говорят нам о периодах нестабильности, это, похоже, поддерживает теорию Рика. И, в целом, они верны».

Новое и зловещее испытание на горизонте
По его словам, происхождение каждого рода гоминидов, включая наш, находится в пределах того или иного окна климатической изменчивости.

«Мы видим, что в эти периоды появляются не только новые виды [гоминидов], но и новый образ жизни, жизни и взаимодействия с окружающей средой», — сказал Поттс.

Гроув объяснил, что большая ирония заключается в том, что способность взаимодействовать с окружающей средой вернула нас на траекторию климатической нестабильности. И на этот раз, вызванное искусственными парниковыми газами, глобальное потепление происходит намного быстрее, чем предыдущие сдвиги.

На заре сельского хозяйства 10 000 лет назад люди приступили к новому эксперименту — вместо того, чтобы адаптироваться к окружающей среде, мы начали адаптировать ее к нашим потребностям, вырубая и сжигая леса, чтобы освободить место для сельского хозяйства.Это, в свою очередь, дало больше свободного времени, больше общества и более свободный обмен информацией. По мере совершенствования культурных и технологических знаний мы смогли использовать энергию других животных, а со временем использовать огромную силу ископаемого топлива.

Несколько раз на протяжении истории человечества периоды климатической нестабильности вызывали ударные волны через устоявшиеся империи, такие как Аккадская империя в Месопотамии или средиземноморские империи бронзового века ( ClimateWire , авг.16). Однако каждый раз вид приходил в норму, более успешный и адаптивный, чем когда-либо.