1 Эволюция

«Язык – это Рубикон, разделяющий человека и животное, и ни одно животное никогда его не перейдет», – заявил оксфордский профессор Макс Мюллер в 1861 году [1]. Именно способность мыслить посредством языка отличает человека от других животных. Мюллер сформулировал это так: «Нет разума без речи, нет речи без разума» [2]. Профессор полагал, что природа языка божественна, и был страстным противником дарвиновской теории эволюции путем естественного отбора [3]. Он был настолько уверен в своей победе в этом споре, что заключил: «Наука о языке когда-нибудь даст нам возможность противостоять экстремистским теориям дарвинистов». Десять лет спустя Дарвин принял вызов и описал, как язык мог возникнуть путем естественного отбора, в своей замечательной книге «Происхождение человека и половой отбор». Но споры продолжались. Через два года Парижское общество лингвистов запретило дискуссии о происхождении языка, чтобы ограничить поток постоянно возникающих новых теорий, основанных на ничтожно малом количестве убедительных доказательств.

Именно язык делает нас людьми, поэтому неудивительно, что многие ученые выдвигали теории возникновения способности людей разговаривать. Но заглянуть в прошлое на сотни тысяч лет, чтобы выяснить, умел ли кто-то из наших предков говорить, – крайне сложная задача. Звук эфемерен, исчезает, едва возникнув, поэтому трудно (если вообще возможно) узнать, что наши древние предки могли сказать или услышать. Ископаемые свидетельства играют важную роль в понимании многих аспектов эволюции, но они не столь полезны в сфере исследования языка: мозг не становится окаменелостью, и речевой аппарат тоже. Тем не менее нехватка доказательств создает благодатную почву для возникновения и последующего обсуждения разнообразных увлекательных теорий. Как писал популяризатор науки Филип Болл о подобных спорах относительно эволюции музыки, «решительность, с которой отстаивается точка зрения, по-видимому, имеет обратную зависимость от количества и качества подтверждающих ее данных» [4]. Даже сегодня публикуются научные статьи и книги, вызывающие раздражение у академических ученых, которые в ответ пишут резкие критические статьи. В данной области знаний результаты непредсказуемы, и это показательный пример развития науки: выдвигаются разнообразные гипотезы, которые предельно тщательно анализируются разными учеными, причем многие из них с удовольствием выискивают недостатки в идеях своих соперников. Рецензия, опубликованная в одном из номеров научного журнала Frontiers of Psychology, в самом заголовке уже демонстрировала презрение: «Язык неандертальцев? В центре внимания – сказки».

Если отвлечься от подобных споров, становится ясно, что современная наука все же может разобраться в этом вопросе намного лучше, чем популярные теории и догадки. Как мы увидим дальше, ученые разработали оригинальные способы исследования истории эволюции. И хотя точный ответ на вопрос, когда возникло речевое общение, пока неизвестен, наука уже может проникнуть в тайны развития этой потрясающей способности.

Устная речь включает в себя как говорение, так и слушание, но именно говорение обычно исследуется как уникальное свойство человека. Похоже, мы не боимся, что животные могут понимать наши разговоры. Возможно, это одна из причин, по которой эволюция слуха вызывает гораздо меньше споров, чем развитие речи. Кроме того, имеются значительно более полные ископаемые свидетельства развития уха млекопитающих, что в значительной степени ограничивает возможности для построения умозрительных теорий [5].

Когда наши позвоночные предки (тетраподы) вышли из моря около 350 миллионов лет назад, возможно, из воды их выманили обитающие на суше беспозвоночные, которые были прекрасной пищей. Acanthostega – пример таких ранних тетрапод. Она похожа на расплющенного уродливого угря с коротенькими ножками [6]. У тетрапод, возможно, были и жабры, и легкие, что позволяло им дышать как под, так и над водой. Однако слышать они могли только под водой. Их анатомия органа слуха формировалась для подводной жизни и была совершенно бесполезна, когда голова высовывалась из воды. Звуковые волны – это очень маленькие колебания давления. Под водой они передаются движением молекул воды, а на суше – молекул воздуха. Воздух и вода – разные субстанции, поэтому тетраподам нужно было прилагать максимум усилий, чтобы почувствовать слабые движения молекул воздуха. И мы с вами сталкиваемся с подобным: слух человека устроен так, чтобы хорошо работать в воздушной среде, но погрузите голову под воду в бассейне, и звуки станут приглушенными.

Двоякодышащие рыбы – ближайшие родственники тетрапод, поэтому их изучение дает нам некоторое представление о развитии слуха. Вот почему Кристиан Кристенсен для своей докторской диссертации, которую он защищал в Орхусском университете, экспериментировал именно с этой группой рыб [7]. Он хотел понять, как развивался их слух, если в воздушной среде двоякодышащие рыбы абсолютно глухи. Для своих экспериментов он заворачивал находящуюся под легким наркозом рыбу во влажные бумажные полотенца и помещал в гамак в центре звукоизолированной комнаты. Кристиан хотел убедиться, что рыба реагирует только на те звуки, которые он проигрывал через громкоговорители. На голове рыбы размещались электроды, позволяющие контролировать нейроны головного мозга.

Вопреки ожиданиям Кристиана оказалось, что двоякодышащие рыбы не совсем глухие. При низких частотах, ниже 200 Гц, рыба могла улавливать звуки выше 85 дБ. Представьте, что блуждающий тромбонист случайно проходит мимо и извлекает из своего инструмента громкий звук прямо в вашей комнате. Хотя у двоякодышащей рыбы нет чувствительных ушей, все же она может «слышать» этот звук: он заставит голову рыбы вибрировать, и именно это движение может передаваться в мозг. «Хотя органы слуха двоякодышащих рыб совершенно не приспособлены к воздушной среде, эти рыбы тем не менее могут слышать издаваемые в этой среде звуки, что было для меня полной неожиданностью, – говорит Кристиан. – Это может свидетельствовать о том, что даже ранние тетраподы и, возможно, их обитавшие в воде предки могли различать передаваемые по воздуху звуки». Однако для тетрапод такой примитивный наземный слух был бы слишком слабым и поэтому бесполезным. Они могли не услышать подбирающегося хищника – если, конечно, он не играл на тромбоне. Но даже если от такого рудиментарного слуха было мало пользы, эволюции уже было над чем поработать.


Строение человеческого уха


В отличие от ранних тетрапод слух млекопитающих значительно более чувствителен, и причиной этого являются многочисленные эволюционные адаптации. Сначала звук усиливается резонансом в наружном слуховом проходе и ушной раковине, небольшом, имеющем форму чаши углублении во внешнем ухе. Усиление составляет не более 20 дБ, что приблизительно соответствует повышению громкости в четыре раза. Второе усиление происходит в среднем ухе, которое состоит из барабанной перепонки и трех крохотных косточек: молоточка, наковальни и стремечка, которые называются слуховыми косточками. Здесь незначительные движения воздуха, представляющие собой звуковые волны, преобразуются в физические колебания, исходящие от частей тела. Наконец, еще одно усиление происходит в улитке внутреннего уха, где вибрации преобразуются в электрические импульсы, которые затем передаются мозгу по слуховому нерву.

В изучении эволюции слуха в воздушной среде основное внимание, как правило, уделяется тому, как для выживания на суше адаптировалось среднее ухо. Барабанная перепонка – это очень тонкая мембрана примерно 9 мм шириной. Она собирает звук почти всей поверхностью, и даже при восприятии резонансных частот барабанная перепонка смещается менее чем на диаметр атома водорода. Барабанная перепонка – настолько полезное приспособление, что она развивалась у млекопитающих, рептилий и птиц независимо друг от друга [8]. Затем звук заставляет двигаться молоточек и наковальню, которые работают как система рычагов для увеличения силы, вызывающей вибрацию косточки стремечка. Усиление от среднего уха возникает в основном за счет разницы в размерах барабанной перепонки и основания стремечка, которое воздействует на вход во внутреннее ухо. Чтобы понять, как это происходит, можно представить себе многоножку, у которой сто ног, но которая по какой-то причине балансирует только на шести. На каждую из шести стоящих на земле ног воздействует большая сила, чем если бы все ножки стояли на земле: давление увеличивается примерно в 17 раз (100 разделить на 6). Это сравнимо с усилением, которое входящий звук получает благодаря тому, что сила, распределенная по площади барабанной перепонки, концентрируется на меньшей площади основания стремечка. В целом среднее ухо усиливает звук примерно на 30 дБ – такова разница в громкости между обычным разговором и криком [9].

Очень соблазнительно было бы все упростить и представить историю эволюции слуха как линейный процесс, в котором для усиления звука анатомия млекопитающих изменялась по описанным выше механизмам. Однако на самом деле эволюция более сложная штука. Системы органов приспосабливаются к тому, для чего они не были предназначены первоначально. Ученые называют этот процесс экзаптацией. По иронии судьбы человек, который первым задокументировал развитие слуховых костей и выдвинул блестящие идеи относительно эволюции слуха, Карл Богуслав Рейхерт, не был поклонником работ Чарльза Дарвина.

Рейхерт – немецкий анатом, живший в XIX веке. На фотографиях мы видим его с гривой зачесанных назад волос и в овальных очках в металлической оправе. На некоторых снимках у него впечатляющая вандейковская бородка. Несмотря на то что Рейхерт сделал одно из важнейших открытий в биологии позвоночных, сегодня о нем мало вспоминают и даже довольно жестко описывают как «серьезного, но не слишком блещущего умом» ученого [10]. В начале своей научной карьеры Рейхерт препарировал эмбрионы свиньи и понял, что две слуховые косточки, молоточек и наковальня, формируются в виде хряща, присоединенного к задней части челюсти эмбриона. По мере развития эмбриона хрящ костенеет, уменьшается и отделяется от челюсти, формируя две косточки среднего уха. В 1837 году Рейхерт писал: «Редко можно найти часть живого организма, в которой изменения по сравнению с первоначальным видом были бы столь очевидны, как изменения слуховых костей млекопитающих». Однако прошло два десятилетия, а Рейхерт все же не смог выйти за рамки своих наблюдений и принять тот факт, что дарвиновская теория эволюции путем естественного отбора могла бы объяснить то, что он увидел с помощью микроскопа.

Итак, как же изучение развития современного животного от эмбриона до взрослой особи помогает нам понимать эволюцию, которая происходила миллионы лет назад? Я беседовал с экспертом в области эволюционной биологии развития Верой Вайсбекер из Квинслендского университета. Она рассказала, что в ходе развития организма могут сохраняться наследственные характеристики. «Эволюция к старым процессам добавляет новые. Внешне мы не слишком отличаемся от обезьян, у нас общие прародители, и на многих стадиях развития мы представляли собой обезьяну лишь с незначительными изменениями». Это означает, что когда мы анализируем собственное развитие, то видим какую-то часть своего эволюционного прошлого. Вот почему наблюдения Рейхерта, описавшего развитие эмбриона свиньи, настолько важны: они показали, что у млекопитающих имеется зачаток челюсти рептилии, из которого затем формируются и развиваются кости среднего уха.

Сам Рейхерт этого не понял. Он был убежден: «То, что эмбрион высших животных в своем индивидуальном развитии проходит через стадии развития низших животных… не подтверждается данными современной науки». Это означает, что хотя Рейхерт, будучи студентом, сделал выдающиеся наблюдения, он остался на прежних позициях, когда теория эволюции трансформировала биологию. Один из его противников, Эрнст Геккель, жестко заметил: «Я ясно продемонстрировал совершенную несостоятельность утверждений Рейхерта и извращенность его ложных представлений… Читая Рейхерта, мы попадаем примерно на полвека назад» [11].

То, что Рейхерт увидел в наблюдениях за свиньями, – лишь одно из свидетельств того, как крупный сустав челюсти древнейших предков-рептилий в результате эволюции превратился в тоненькие косточки среднего уха. Эта эволюция начинается чуть меньше 300 миллионов лет назад с синапсид, группы существ, из которых позднее развились млекопитающие. Одним из ранних представителей этого класса был диметродон, который из-за располагавшегося на спине кожистого «паруса» был больше похож на динозавра, чем на млекопитающее. По мере того как в течение примерно 80 миллионов лет синапсиды эволюционировали в млекопитающих, сустав челюсти несколько раз менялся [12]. Эти изменения включали уменьшение двух костей челюстного сустава и их смещение в область уха, где они сформировали две слуховые косточки.

Ключевым свидетельством этого являются окаменелые останки яноконодона, крошечного млекопитающего длиной чуть больше 10 см, которые были обнаружены в Яншане, горной цепи в Китае [13]. Яноконодон, чьи останки датируются возрастом 125 миллионов лет (мезозойская эра, когда на Земле обитали динозавры), жил, вероятно, в подлеске и питался насекомыми и червями. Окаменелость является, по-видимому, переходной структурой, сформировавшейся до того, как слуховые косточки отделились от челюсти. Поэтому яноконодон уже должен был слышать передающиеся по воздуху звуки высокой частоты, но все еще обладал присущей рептилиям способностью ощущать вибрации почвы через кости челюсти.

Было бы замечательно, если бы яноконодон обладал промежуточной между органами слуха рептилий и млекопитающих структурой. Но его окаменелые останки настолько редко обнаруживаются, что такой вывод является чрезмерным упрощением эволюционного пути. Такое соединение костей могло быть специфической чертой яноконодона и не передавалось по наследству. Может быть, в ходе эволюционного развития существовало еще одно млекопитающее, окаменелые останки которого не были найдены? К сожалению, останки костей среднего уха редко обнаруживаются in situ[4]. В процессе разложения и фоссилизации (окаменения) скелеты часто подвергаются множеству негативных воздействий: их уносят реки, обгладывают падальщики, на них просто наступают и раздавливают [14]. Неудивительно, что мелкие кости часто утрачиваются.

Чтобы дополнить редкие ископаемые свидетельства, ученые обращаются к эволюционной биологии развития, которую для краткости называют evo-devo. В рамках этой науки для лучшего понимания эволюционного развития организма изучается развитие эмбриона. Именно поэтому я позвонил Вере Вайсбекер, которая недавно опубликовала статью о несостоятельности одной из распространенных теорий эволюционной биологии развития. Как объяснила Вера, произвольная интерпретация данных о развитии может повести эволюционную биологию по ложному пути. Однако, если интерпретировать данные правильно, evo-devo обладает огромным потенциалом. Вера изучала развитие сумчатых. У новорожденных детенышей происходит похожий переход от челюсти к уху, и это может объяснить ход эволюции млекопитающих. В первые недели после рождения сумчатые сосут молоко с помощью челюстного сустава, сформированного между косточками наковальни и молоточка. Однако в последующие недели челюстной сустав изменяет конфигурацию, эти косточки мигрируют и становятся частью среднего уха.

Вера и ее коллеги отобрали молодых особей сумчатых разного возраста[5]. Используя компьютерную томографию, которая позволяет получать серию рентгеновских снимков, они изучили, в какой момент косточки среднего уха отделяются от челюсти, а также определили размеры этих косточек. Маленькие косточки участвуют в создании слуховой чувствительности, поскольку высокочастотные звуковые волны не могут приводить в движение крупные кости. Если слух был одной из причин возникновения маленьких косточек, то, как предполагала Вера, уменьшение костей запустило бы процесс отделения молоточка и наковальни от челюсти. Однако на самом деле эти две косточки сначала отделяются от челюсти, а уже потом уменьшаются. Это означает, что здесь задействован другой эволюционный процесс, который не связан со слухом. Учитывая, что отделение происходит в определенный момент развития животного, вероятно, оно связано с появлением задних моляров.

Если эволюция млекопитающих шла по тому же пути, что и развитие сумчатых, это может означать, что две косточки в нашем среднем ухе сформировались в первую очередь ради питания, а не ради слуха. Согласно одной теории, толчком к этому явились изменения в рационе и необходимость разгрызать и перетирать семена. И только позднее отделившиеся кости уменьшились в размере, изменили функцию и стали использоваться для слуха. Это типичный пример экзаптации.

У человеческого слуха имеется одна необычная особенность: он охватывает более широкий диапазон частот, чем нужно для коммуникации. Молодой человек может слышать в диапазоне около 20 000 Гц, но на самом деле для понимания речи нужна только нижняя пятая часть. (Именно эту особенность используют телефонные компании, чтобы сократить диапазон частот телефонных звонков.) Какими условиями отбора можно объяснить нашу остроту слуха на высоких частотах? Миллионы лет назад млекопитающие были мелкими животными, снующими туда-сюда в траве в попытках скрыться от динозавров. Им нужны были высокие частоты, чтобы слышать писк сородичей. Но почему слуховой диапазон не изменился, когда млекопитающие стали крупнее и появились люди? По мнению Рики и Генри Хефнер с кафедры психологии Толедского университета в Огайо, высокие частоты необходимы для определения направления источника звука, и сохранение диапазона частот обеспечило избирательное эволюционное воздействие, сформировавшее слух.

Локализация звуков важна для животных, как для охотящихся хищников, так и для уязвимых созданий, которые стараются не стать их ужином [15]. Некоторые приемы, которыми млекопитающие могут пользоваться для локализации звуков, помогают объяснить, почему у нас два уха: они помогают сравнивать то, что мы улавливаем каждым ухом по отдельности. Когда источник звука находится спереди, путь, по которому звук проходит через оба уха, одинаковый, так как голова симметрична и сигналы, идущие к мозгу по левому и правому слуховым нервам, будут идентичными. Но звук, источник которого находится сбоку, будет другим. Более удаленное ухо будет улавливать его позже, поскольку звуку требуется дополнительное время, чтобы туда попасть. Этот показатель локализации звука особенно полезен на низких частотах. При низких частотах звук в дальнем ухе еще и тише: ему приходится огибать голову. И это еще один сигнал для определения источника звука [16].

Качество этих двух показателей зависит от того, насколько далеко друг от друга расположены уши. Если это крупное млекопитающее, например слон, то звуку приходится огибать большую голову, что приводит к большей разнице во времени между сигналами, регистрируемыми обоими ушами, причем ухо, расположенное дальше, получает вдобавок и более тихий звук. Это означает, что слоны могут локализовать звук даже при низких частотах. Наоборот, мелкие млекопитающие, например землеройка, должны использовать для этого более высокие частоты[6].

Можно подумать, что способность к локализации звука будет сильно зависеть от размера головы, но это не так. Окружите человека громкоговорителями, и он с поразительной точностью скажет, какой из них производит звук. Человек может определить источник звука, исходящего строго спереди, с точностью до 1–2°. Проведите такой же эксперимент с лошадью, и вы удивитесь, что она гораздо хуже определяет источник звука, ошибка будет составлять около 25°. Ширина головы лошади примерно равна ширине головы человека, так что лошадь получает такие же сильные сигналы для локализации звука. Но по непонятной причине эволюция сделала так, что локализация звука в воздушной среде более точная у людей, а не у лошадей.

«Лошади и крупный рогатый скот очень плохо определяют источники звука», – выпалила Рики Хефнер мне в трубку, когда я позвонил ей, чтобы обсудить исследование. Рики – пример упорного экспериментатора, такие люди очень важны для развития науки. Только представьте тщательную подготовку, которая необходима для получения надежных экспериментальных данных от таких разных животных, как слон, летучая лисица и песчанка. Иногда требуется целый год, чтобы получить необходимые данные только по одному виду.

Для Рики результат эксперимента (то, что лошади плохо локализуют звук) оказался совершенно неожиданным, и она сначала подумала, что ошибка кроется в самом эксперименте. Представьте лошадь на водопое, где она слышит щелканье хлыста. Конечно, было бы очень полезно определить источник звука. Один из коллег-профессоров предостерег Рики: «Никто не поверит, если ты не продемонстрируешь это разными способами». После того как Рики протестировала разных лошадей, используя разные процедуры, она решилась опубликовать результаты. Тем не менее реакция на публикацию была неоднозначной, кого-то результаты не убедили. Единственный способ убедить скептиков – дополнить факты объяснением результатов экспериментов.

Однажды вечером, когда Рики уже лежала в постели, ей в голову вдруг пришла мысль: «Уши нужны для того, чтобы обнаружить животное и передать эту информацию глазам, чтобы они смогли его увидеть». Возможно, естественный отбор, направлявший эволюцию локализации звука, был связан с широтой зрительного поля, в котором зрение животного является наиболее острым? Лошади обладают отличным горизонтальным полем зрения более 180°. Таким образом, их ушам нет необходимости сообщать точную информацию по локализации: это могут сделать глаза. И слух им требуется лишь для того, чтобы улавливать тихие звуки. Человек устроен совершенно иначе. Даже при самом остром зрении у нас очень узкий обзор, который обеспечивается небольшим углублением в сетчатке, и поле зрения составляет всего 1–2°. Чтобы точно ориентировать глаза, нам необходима хорошая звуковая локализация.

На самой важной диаграмме из исследования Хефнеров показаны результаты примерно по 30 видам млекопитающих и отмечена поразительная корреляция между точностью, с которой животное может локализовать звук, и широтой поля зрения. На одном конце располагается человек, а на другом – животные, подобные лошади. Я спросил Рики, помогла ли эта диаграмма убедить сомневающихся. «Конечно, мне хотелось бы так думать, – уклончиво ответила она. – Тогда я была молода. Вы же знаете, чтобы победить, нужно пережить своих врагов!»

Как показывает работа Хефнеров, исключительная способность человека слышать возникла для того, чтобы локализовать звук и таким образом позволить нам охотиться и не стать жертвами хищников. Но зачем нам внешнее ухо? А ушная раковина? Какие эволюционные процессы создали эту характерную форму? И здесь тоже есть связь с локализацией. Уши улавливают идентичные сигналы, указывающие на источники звука спереди и сзади, потому что голова симметрична. Но нельзя перепутать, спереди или сзади находится замаскировавшийся хищник: можно попасть к нему в лапы. Асимметричная форма ушной раковины означает, что звуки спереди и сзади воспринимаются по-разному, и это помогает их различить и не перепутать[7]. Рики говорит: «[Ушная раковина] такая невыразительная, потому что это просто лоскут кожи и хрящ, торчащие наружу, люди вообще не обращают на нее внимания. Но она играет большую роль в нашей способности локализовать звуки». Однако поскольку ушная раковина человека небольшого размера, для локализации требуются звуки высокой частоты. Это помогает объяснить, почему мы можем улавливать звуки за пределами диапазона частот речи.

На изображениях первых млекопитающих и их предков часто можно увидеть ушные раковины, но это – вольность художника, поскольку обычно внешнее ухо не превращается в окаменелость. Самые ранние ископаемые останки ушной раковины принадлежали Spinolestes, похожему на мышь животному, которое обитало в болотистой местности. Его рацион, вероятно, состоял из мелких насекомых и животных, которых оно выкапывало мощными задними ногами. Это млекопитающее, останки которого были обнаружены в Испании в 2015 году, жило 125 миллионов лет назад, в одно время с динозаврами. Его тело поразительно хорошо сохранилось. Была найдена не только одна ушная раковина, но и шипы, напоминающие иглы дикобраза, мех и волосяные фолликулы, а также внутренние органы [17].

Поскольку способность слышать жизненно важна для нахождения добычи и локализации хищников, основные строительные элементы органа слуха уже существовали и заняли свое место в структуре организма миллионы лет назад, задолго до возникновения речи. До недавнего времени было известно только это, но затем ученые придумали оригинальный способ оценить остроту слуха древнего человека по ископаемым останкам. Обнаружился интересный факт: для того чтобы улавливать речь, слуховые способности изменились в значительном диапазоне частот. Было ли это реакцией на обретенную способность говорить? Или это лишь результат влияния других факторов естественного отбора в эволюции человека?

Рольф Кьюам, палеоантрополог из Бингемтонского университета, и его коллеги использовали снимки, полученные методом компьютерной томографии, чтобы оценить размер ушей древних людей. Затем они использовали физическую модель, чтобы представить, как звуковые волны могли воздействовать на древние ушные кости, и таким образом сделать выводы относительно чувствительности слуха. Они исследовали ископаемые останки двух первых южноафриканских гоминини, Paranthropus robustus и Australopithecus africanus [18]. Оба вида обитали в лесах и саваннах. По сравнению с современным человеком они обладали относительно небольшим по размеру мозгом[8]. Australopithecus africanus жил около трех миллионов лет назад. Таунгский ребенок, представитель этого вида, череп которого был найден, – первый из обнаруженных предков человека, живших на Земле до появления современных людей [19]. Paranthropus robustus получил свое название из-за мощной нижней челюсти и моляров. Он жил позже, около полутора миллионов лет назад. Реконструкции лиц обоих видов гоминини представляют собой сочетание черт обезьяны и человека и напоминают персонажей фильма «Планета обезьян».

Слуховые кости этих ранних гоминини имеют много общего с костями современного человека и шимпанзе. Молоточек похож на молоточек современного человека, но наковальня и стремечко более примитивны, как у шимпанзе. Ушной канал отличается по форме от ушного канала и человека, и шимпанзе. Эти особенности, вероятно, дали ранним гоминини преимущество в виде большего усиления звука в необходимых для устной речи частотах, около 1500–3000 Гц [20]. Но эти гоминини слишком древние, у них не могло быть языка, так что такое усовершенствование слуха по сравнению с шимпанзе произошло, вероятно, по другим причинам. Кьюам предположил, что это было связано с необходимостью оптимизации общения на близком расстоянии в саванне с помощью простых вокализаций.

Проводились исследования и более поздних гоминини [21]. У Homo heidelbergensis обнаруживаются характеристики скелета, более близкие к современным людям. Это первый вид людей, который населял холодные климатические зоны. Он начал формироваться примерно 700 000 лет назад и, возможно, является последним общим предком современного человека и неандертальцев [22]. Позднее (около 120 000 лет назад) европейские популяции Homo heidelbergensis эволюционировали в неандертальцев, в то время как отдельная популяция в Африке – в Homo sapiens примерно 200 000 лет назад [23]. Поиски самого позднего общего предка имеют важное значение для понимания эволюции. В этом случае слуховое сходство Homo heidelbergensis и Homo sapiens подразумевает, что неандертальцы отлично могли улавливать речь. Этот вывод был подтвержден исследованиями слуховых косточек неандертальцев. В 2016 году Александр Стессель из Института эволюционной антропологии Общества Макса Планка в Лейпциге и сотрудники продемонстрировали, что хотя у неандертальцев и современных людей слуховые косточки немного различаются, обе конфигурации обеспечили бы схожие слуховые способности [24]. По-видимому, когда почти полмиллиона лет назад появился Homo heidelbergensis, все адаптации среднего уха как реакция на вокализации уже были завершены [25]. Следовательно, речь развивалась, используя преимущества уже существовавшей способности к слуху, а не наоборот [26].


Эволюция устной речи более противоречива, чем эволюция слуха. Сегодня споры ведутся в основном о роли неандертальцев, живших в Европе в ледниковый период и вымерших около 35 000 лет назад [27]. Homo sapiens мигрировал из Африки и распространился по миру около 60 000 лет назад. Поскольку язык существовал еще до того, как Homo sapiens покинул Африку, это означает, что современные люди обладали способностью говорить, еще когда существовали неандертальцы [28]. Последние явно могли слышать речь. Но могли ли они присоединиться к беседе?

Одни ученые считают, что язык возник недавно, с появлением Homo sapiens, и что именно эта языковая способность дала человеку возможность превзойти остальных доисторических людей [29]. Другие ученые утверждают, что неандертальцы были умнее, чем принято считать, обладали некоторой способностью к производству речи и скрещивались с нашими предками, а не просто были ими вытеснены. Некоторые идут даже дальше и утверждают, что Homo heidelbergensis, общий предок обоих видов, уже умел говорить. Если это правда, то язык гоминини мог возникнуть сотни тысяч лет назад. Таким образом, эти две соперничающие теории определяют возникновение языка промежутком между 700 000 и 70 000 лет назад – более полумиллиона лет! Какие данные имеются в пользу обеих точек зрения? Может ли наука вообще разрешить эту проблему?

Речевой аппарат человека не особенно отличается от того, как производят звуки другие млекопитающие. Рассмотрим простой гласный звук [э]. Когда этот звук произносится, воздух выходит из легких и проходит через голосовые складки (часто называемые голосовыми связками), которые расположены в гортани. Голосовые связки быстро раскрываются и закрываются, перекрывая путь воздушной струе, выходящей из легких, таким образом создается вибрирующий звук. Скорость, с которой голосовые связки раскрываются и закрываются, определяет высоту голоса. Например, взрослая женщина раскрывает и закрывает голосовые связки в среднем двести раз в секунду, что соответствует частоте 200 Гц (частота мужского голоса ниже, около 110 Гц).

Вибрация голосовых связок далее переходит в голосовой тракт. Так называется воздушное пространство, которое составляют верхняя часть горла, рот и носовые ходы, и именно здесь звук изменяется. Подобно большинству звуков, вибрация голосовых связок происходит как на базовой частоте, так и на обертонах, которые кратны следующим величинам: 400, 600, 800 Гц и т. д. Эти обертоны необходимы для производства речи, потому что именно их относительная сила используется горлом, языком, ртом и носовыми ходами для получения разных гласных звуков. От других приматов человека отличает именно ловкость и скорость, с которой он может изменять голосовой тракт. Познавательные способности дают человеку возможность совершать невероятно быстрые и сложные изменения голосового тракта, скоординированные с изменением дыхания и мускулов, поддерживающих голосовые связки; именно это обеспечивает плавность речи.


Анатомия звука


Создание гласного звука с частотой 200 Гц и первым формантным резонансом 500 Гц [30]


Голосовой тракт подобен воздушной колонке внутри трубы: он имеет набор частот, при которых воздух внутри громко вибрирует. Это – резонансные частоты, и любые гармоники вибрации голосовой складки, которые совпадают с этими частотами, усиливаются. (Другие гармоники выравниваются не столь успешно и подавляются.) Резонансы голосового тракта называются формантами. Произнесите «ток – так – тень», и вы заметите, как изменяется форма рта при произнесении разных гласных. Мягкое нёбо, язык и губы, которые в совокупности называются артикуляторами, формируют голосовой тракт таким образом, чтобы получить подходящие для каждой гласной форманты.


Голосовой тракт должен обладать большой гибкостью, чтобы изменять форму для произнесения разных гласных звуков. Изображения получены методом ядерного магнитного резонанса [31]


Можно говорить скучным монотонным голосом и производить членораздельную речь, просто изменяя форманты с помощью артикуляторов. Поскольку высота звука определяется голосовыми связками, их можно заставить колебаться одинаково для каждого слова. Это пригодилось Клинту Иствуду в фильме «Хороший, плохой, злой», где его герой Блондин разговаривает хриплым монотонным голосом [32]. Как это демонстрирует Иствуд, высота голоса отличается от формантов, которые фильтруют звук и сообщают слушателю, какая из гласных произносится. Еще одна хорошая демонстрация этого явления – поющий синтезатор, который можно услышать на записях хитов, таких как Mr Blue Sky группы ELO или Harder, Better, Faster, Stronger группы Daft Punk. В этом случае используются специальные приемы музыкальной индустрии, и здесь вибрация голосовых связок заменяется музыкальными нотами; в то же время форманты, которые позволяют нам слышать и понимать слова, остаются неизменными[9].

Чтобы лучше понять эволюцию речи, можно сравнить человека с другими видами. Между тем, как производят звуки шимпанзе и как это делают современные люди, имеются два важнейших отличия. Гортань современного человека расположена значительно ниже, чем гортань шимпанзе, у обезьяны вдоль горла располагаются воздушные мешки. Многие исследователи пытались точно определить, когда гортань опустилась, в надежде, что именно это поможет определить момент возникновения речи.

У большинства млекопитающих гортань расположена достаточно высоко, что позволяет дышать через нос и одновременно глотать. Это очень важно и для человеческого детеныша, которому нужно одновременно сосать и дышать. В возрасте от трех месяцев до четырех лет гортань человека опускается и занимает более низкое положение [33]. У мужчин в период полового созревания гортань опускается еще ниже.


По сравнению с человеком гортань шимпанзе расположена выше, кроме того, у шимпанзе имеются воздушные мешки


Такое низкое расположение гортани жизненно необходимо, поскольку именно это позволяет языку использовать свои возможности: иначе мы не могли бы производить гласные звуки в словах «бал» и «бил». Низкое расположение гортани позволяет языку округляться и двигаться во всех направлениях, обеспечивая быстрые изменения верхней части горла и рта, что необходимо для быстрых и четких изменений формантов во время акта говорения. Если гортань расположена низко, корень языка оттягивается вниз, что позволяет глотке (верхней части горла) изменяться независимо от положения полости рта. Без этого речь была бы более медленной и нечеткой.

В своей книге «Биология и эволюция языка» (The Biology and Evolution of Language) Филип Либерман описывает простой эксперимент, который демонстрирует эффективность речи в передаче информации. Чтобы повторить этот эксперимент, вам понадобится помощь друга. Попросите его очень быстро постукивать карандашом, а сами оценивайте скорость, подсчитывая количество постукиваний за пять секунд. Ваш друг сможет стучать значительно быстрее, чем вы – считать, особенно если он немножко попрактикуется. Самая большая скорость счета составляет около девяти постукиваний в секунду. Но, слушая речь, мы схватываем изменения со скоростью примерно от 20 до 30 звуков в секунду, примерно в три раза быстрее. Произнося, например, слово «кот», мы не произносим каждый звук отдельно ([к] – [о] – [т]), потому что это будет слишком медленно. Вместо этого мы позволяем звукам набегать друг на друга, что дает возможность передавать информацию очень быстро.

Чтобы речь была плавной и членораздельной, оральная и фарингальная трубки должны быть примерно одной длины. Горизонтальное расстояние от губ до задней части ротовой полости должно быть таким же, как расстояние от голосовых связок до мягкого нёба (задней части нёба). В таком случае чрезвычайно подвижный язык может изменять площадь поперечного сечения этих трубок независимо друг от друга. Посмотрите видео МРТ поперечного сечения головы: в покое язык представляет собой круглое пятно. Но как только человек начинает разговаривать, язык быстро трансформируется, принимая различные формы, движется назад и вперед, вверх и вниз, изменяя форму голосового тракта. Попробуйте сказать «вид», а потом «мам» и обратите внимание, как меняется положение языка при производстве гласных звуков. При произнесении слова «вид» язык двигается вверх, ограничивая полость рта, а для «мам» он опускается и расширяет трубку. Гораздо труднее ощутить, как изменяется вертикальная фарингальная трубка. Для «вид» язык движется во рту вперед и открывает фарингальную трубку, но для «мам» он сдвигается назад и ограничивает фарингальную трубку.

Гласный звук в слове «вид» называется гласным сверхвысокого уровня, потому что он играет решающую роль в способности понимать разговор разных людей. У людей голосовые тракты различаются, а это означает, что различаются и частоты формантов. Если вы скажете «бис – бес», различия в частотах гласных очень четкие, и это помогает слушателю догадаться, какие слова произносятся. Но эта разница может быть не такой ясной у разных людей. Когда человек маленького роста говорит «бес», может получиться так, что это будет похоже на то, как человек высокого роста говорит «бис», потому что различия в длинах голосовых трактов создадут схожие частоты первого форманта. Чтобы избежать такой путаницы, слушатель подсознательно оценивает длину голосового тракта говорящего. Когда мы произносим гласную в слове «липа», язык поднимается вверх и как можно дальше вперед. Попробуйте сказать «липа», а потом чуть-чуть продвинуть язык вперед: звук начнет дрожать. Эта гласная сверхвысокого уровня ставит язык в его самое крайнее положение: он не может продвинуться дальше, потому что звук не будет чистым, а именно это позволяет слушателю оценить длину голосового тракта говорящего и таким образом настроить свое восприятие.

Относительная длина оральной и фарингальной трубок играет решающую роль в плавности речи, так что обнаружение этих параметров у наших предков могло бы стать весьма полезным в понимании эволюции речи. Но измерение этих параметров у вымерших гоминини вряд ли возможно. Речевой аппарат «подвешен» на прикрепленных к основанию черепа связках и мускулах, а они не становятся окаменелостями. Подъязычная кость (U-образная косточка, на которой закреплен корень языка) – единственная структура, которая может сохраниться, но интерпретация таких данных вызывает много разногласий. Эта косточка не связана непосредственно с другими частями скелета и поэтому часто отсутствует в ископаемых останках. У одного из ископаемых неандертальцев, найденных в Израиле (возраст находки – 60 000 лет), имеется подъязычная кость такой же формы, как у современного человека [34]. Такие экземпляры невероятно редки, поэтому находка вызвала большой ажиотаж. Но если учесть, что форма подъязычной кости может быть лишь весьма приблизительным показателем способности гоминини разговаривать, даже большая коллекция ископаемых подъязычных костей вряд ли прольет свет на эволюцию речи[10].

Исследования эволюции современного человека подтверждают, что анатомия голоса Homo heidelbergensis могла обеспечить его способностью разговаривать. По мере роста ребенка соотношение длины вертикальной и горизонтальной трубок в голосовом тракте изменяется приблизительно от 1:½ к первому месяцу жизни до идеального соотношения 1:1 к девяти годам [35]. Дикция ребенка хуже дикции взрослого, но дети начинают говорить задолго до того, как им исполнится девять. Это показывает, что, даже если у ранних гоминини гортань не была полностью развита, это не помешало бы им говорить. Тем не менее их речь, возможно, не была бы такой плавной, как у современных людей.