БИОХИМИЯ, 2021, том 86, вып. 12, с. 1739–1765

Феноптоз

УДК 577.24

Коэволюция мозга, культуры и продолжительности жизни: результаты компьютерного моделирования

© 2021 А.В. Марков 1,2*markov_a@inbox.ru, М.А. Марков 1

1 Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, биологический факультет, 119991 Москва, Россия

2 Палеонтологический институт РАН имени А.А. Борисяка, 117997 Москва, Россия

Поступила в редакцию 22.10.2021
После доработки 04.11.2021
Принята к публикации 04.11.2021

DOI: 10.31857/S0320972521120010

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: эволюция продолжительности жизни, старение, пострепродуктивный период, коэволюция генов и культуры, культурный драйв, быстрая коэволюция мозга и культуры.

Аннотация

Люди обладают рядом признаков, редких или отсутствующих у других приматов, включая большой размер мозга, культуру, язык, увеличенную продолжительность жизни (ПЖ) и длительный пострепродуктивный период жизни. В работе мы использовали компьютерную модель TribeSim, изначально разработанную для исследования автокаталитической совместной эволюции мозга и культуры у гоминин в рамках теории «культурного драйва», чтобы выяснить, как культура и мозг могут эволюционировать вместе с ПЖ (или скоростью старения). Мы показали, что в отсутствие культуры эволюция ПЖ зависит от интенсивности межгрупповой конкуренции (МГК): сильная МГК приводит к более короткой ПЖ. Культура, однако, способствует генетической эволюции большей ПЖ даже при сильной МГК. Увеличение ПЖ, в свою очередь, способствует культурному развитию, создавая тем самым положительную обратную связь. Культурная эволюция ПЖ (накопление знаний, способствующих или препятствующих выживанию) отличается от генетической эволюции того же признака, частично потому, что «мемы» (идеи, навыки и варианты поведения), снижающие риск смерти, имеют тенденцию накапливаться в пуле мемов, даже если они не приносят пользу генам. Следовательно, культурная эволюция старения имеет тенденцию приводить к большей ПЖ, чем генетическая эволюция того же признака. Если ПЖ эволюционирует как генетически, так и культурно, типичным результатом является общество, в котором молодые особи из-за своей генетической предрасположенности ведут более рискованный образ жизни в обмен на возможность получить дополнительные ресурсы, но с возрастом они накапливают полезные для выживания знания. Моделирование также показало, что культурная эволюция адаптивного поведения может способствовать генетической эволюции длительного пострепродуктивного периода жизни, например, если присутствие знающих долгожителей увеличивает конкурентоспособность группы.

Текст статьи

Пожалуйста, введите код, чтобы получить PDF файл с полным текстом статьи:

captcha

Сноски

* Адресат для корреспонденции.

Финансирование

Это исследование не получало какого-либо специального финансирования.

Благодарности

Мы благодарим В.И. Голощапова за оптимизацию программного кода, позволившую завершить моделирование в разумные сроки, Е.Б. Наймарк за содержательное обсуждение статьи, двух анонимных рецензентов за полезные замечания, Г.А. Шиловского за неоценимую помощь при подготовке русского текста статьи.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Соблюдение этических норм

Настоящая статья не содержит описания каких-либо исследований с участием людей или животных в качестве объектов.

Список литературы

1. Laland, K. N. (2017) Darwin’s Unfinished Symphony. How Culture Made the Human Mind, Princeton & Oxford: Princeton University Press.

2. Lewis, H. M., and Laland, K. N. (2012) Transmission fidelity is the key to the build-up of cumulative culture, Phil. Trans. R. Soc. B, 367, 2171-2180, doi: 10.1098/rstb.2012.0119.

3. Morgan, T. J. H., Uomini, N. T., Rendell, L. E., Chouinard-Thuly, L., Street, S. E., et al. (2015) Experimental evidence for the co-evolution of hominin tool-making teaching and language, Nat. Commun., 6, 6029, doi: 10.1038/ncomms7029.

4. Finch, C. E. (2010) Evolution of the human lifespan and diseases of aging: Roles of infection, inflammation, and nutrition, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 107, 1718-1724.

5. Finch, C. E., and Stanford, C. B. (2004) Meat-adaptive genes and the evolution of slower aging in humans, Q. Rev. Biol., 79, 3-50.

6. Skulachev, V. P., Holtze, S., Vyssokikh, M. Y., Bakeeva, L. E., Skulachev, M. V., et al. (2017) Neoteny, prolongation of youth: from naked mole rats to “Naked Apes” (Humans), Physiol. Rev., 97, 699-720.

7. Skulachev, V. P., Shilovsky, G. A., Putyatina, T. S., Popov, N. A., Markov, A. V., et al. (2020) Perspectives of Homo sapiens lifespan extension: focus on external or internal resources? Aging (Albany NY), 12, 5566.

8. Johnstone, R. A., and Cant, M. A. (2010) The evolution of menopause in cetaceans and humans: the role of demography, Proc. R. Soc. B, 277, 3765-3771.

9. Ross, C. T., and Richerson, P. J. (2014) New frontiers in the study of human cultural and genetic evolution, Curr. Opin. Genet. Dev., 29, 103-109.

10. Kirkwood, T. B. L. (2003) Age differences in evolutionary selection benefits, In Understanding Human Development (Staudinger, U. M., and Lindenberger, U., eds) Springer, Boston, MA, pp. 45-57.

11. Henrich, J. (2015) The Secret of our Success: How Culture is Driving Human Evolution, Domesticating our Species, and Making us Smarter, Princeton, Princeton University Press.

12. Muthukrishna, M., Doebeli, M., Chudek, M., and Henrich, J. (2018) The cultural brain hypothesis: how culture drives brain expansion, sociality, and life history, PLoS Comput. Biol., 14, e1006504, doi: 10.1371/journal.pcbi.1006504.

13. Markov, A. V., and Markov, M. A. (2020) Runaway brain-culture coevolution as a reason for larger brains: exploring the “cultural drive” hypothesis by computer modeling, Ecol. Evol., 10, 6059-6077, doi: 10.1002/ece3.6350.

14. Lovejoy, C. O. (2009) Reexamining human origins in light of Ardipithecus ramidus, Science, 326, 74-74.e8, doi: 10.1126/science.1175834.

15. Raghanti, M. A., Edler, M. K., Stephenson, A. R., Munger, E. L., Jacobs, B., et al. (2018) A neurochemical hypothesis for the origin of hominids, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 115, E1108-E1116, doi: 10.1073/pnas.1719666115.

16. Stanyon, R., and Bigoni, F. (2014) Sexual selection and the evolution of behavior, morphology, neuroanatomy and genes in humans and other primates, Neurosci. Biobehav. Rev., 46, 579-590, doi: 10.1016/j.neubiorev.2014.10.001.

17. Holloway, R. L. (2015) The evolution of the hominid brain, In Handbook of Paleoanthropology (Henke, W., and Tattersall, I., eds) Berlin, Heidelberg, Springer-Verlag, pp. 1961-1987.

18. Leigh, S. R. (2012) Brain size growth and life history in human evolution, Evol. Biol., 39, 587-599, doi: 10.1007/s11692-012-9168-5.

19. Neubauer, S., and Hublin, J.-J. (2012) The evolution of human brain development, Evol. Biol., 39, 568-586, doi: 10.1007/s11692-011-9156-1.

20. Rightmire, G. P. (2004) Brain size and encephalization in early to Mid-Pleistocene Homo, Am. J. Phys. Anthrop., 124, 109-123, doi: 10.1002/ajpa.10346.

21. Roth, G., and Dicke, U. (2005) Evolution of the brain and intelligence, Trends Cognit. Sci., 9, 250-257, doi: 10.1016/j.tics.2005.03.005.

22. Sherwood, C. C., Subiaul, F., and Zawidzki, T. W. (2008) A natural history of the human mind: tracing evolutionary changes in brain and cognition, J. Anatomy, 212, 426-454, doi: 10.1111/j.1469-7580.2008.00868.x.

23. Miller, I. F., Barton, R. A., and Nunn, C. L. (2019) Quantitative uniqueness of human brain evolution revealed through phylogenetic comparative analysis, eLife, 8, e41250, doi: 10.7554/eLife.41250.

24. Gavrilets, S., and Vose, A. (2006) The dynamics of Machiavellian intelligence, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 103, 16823-16828, doi: 10.1073/pnas.0601428103.

25. Heyes, C. (2012) New thinking: the evolution of human cognition, Phil. Trans. R. Soc. B, 367, 2091-2096, doi: 10.1098/rstb.2012.0111.

26. Laland, K. N., and Rendell, L. (2013) Cultural memory, Curr. Biol., 23, R736-R740, doi: 10.1016/j.cub.2013.07.071.

27. Whiten, A., Ayala, F. J., Feldman, M. W., and Laland, K. N. (2017) The extension of biology through culture, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 114, 7775-7781, doi: 10.1073/pnas.1707630114.

28. Kaplan, H. S., and Robson, A. J. (2002) The emergence of humans: the coevolution of intelligence and longevity with intergenerational transfers, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 99, 10221-10226.

29. Caspari, R., and Lee, S.-H. (2004) Older age becomes common late in human evolution, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 101, 10895-10900.

30. Crews, D. E. (2003) Human Senescence: Evolutionary and Biocultural Perspectives, Cambridge University Press, Cambridge.

31. Navarrete, A. F., Reader, S. M., Street, S. E., Whalen, A., and Laland, K. N. (2016) The coevolution of innovation and technical intelligence in primates, Phil. Trans. R. Soc. B, 371, 20150186, doi: 10.1098/rstb.2015.0186.

32. Reader, S. M., and Laland, K. N. (2002) Social intelligence, innovation, and enhanced brain size in primates, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 99, 4436-4441, doi: 10.1073/pnas.062041299.

33. Street, S. E., Navarrete, A. F., Reader, S. M., and Laland, K. N. (2017) Coevolution of cultural intelligence, extended life history, sociality, and brain size in primates, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 114, 7908-7914.

34. Fox, K. C. R., Muthukrishna, M., and Shultz, S. (2017) The social and cultural roots of whale and dolphin brains, Nat. Ecol. Evol., 1, 1699-1705, doi: 10.1038/s41559-017-0336-y.

35. Frankenhuis, W. E., and Nettle, D. (2020) Current debates in human life history research, Evol. Hum. Behav., 41, 469-473.

36. Stearns, S. C., and Rodrigues, A. M. M. (2020) On the use of “life history theory” in evolutionary psychology, Evol Hum Behav, 41, 474-485.

37. Stanford, C. B. (1999) The Hunting Apes: Meat Eating and the Origins of Human Behavior, Princeton University Press, Princeton.

38. Reeve, H. K., and Hölldobler, B. (2007) The emergence of a superorganism through intergroup competition, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 104, 9736-9740, doi: 10.1073/pnas.0703466104.

39. Byrne, R. W., and Whiten, A. (1988) Machiavellian Intelligence: Social Expertise and the Evolution of Intellect in Monkeys, Apes and Humans, Clarendon Press, Oxford.

40. Humphrey, N. K. (1976) The social function of intellect, in Growing Points in Ethology (Bateson, P. P. G., and Hinde, R. A. eds) Cambridge University Press, Cambridge, pp. 303-317.

41. Darwin, C. R. (1874) The Descent of Man, and Selection in Relation to Sex (2nd Edn.) Appleton, New York, NY.

42. Richerson, P. J., Baldini, R., Bell, A. V., Demps, K., Frost, K., et al. (2016) Cultural group selection plays an essential role in explaining human cooperation: A sketch of the evidence, Behav. Brain Sci., 39, e30.

43. Van Schaik, C. P., Isler, K., and Burkart, J. M. (2012) Explaining brain size variation: from social to cultural brain, Trends Cognit. Sci., 16, 277-284, doi: 10.1016/j.tics.2012.04.004.

44. Hublin, J.-J., Neubauer, S., and Gunz, P. (2015) Brain ontogeny and life history in Pleistocene hominins, Phil. Trans. R. Soc. B, 370, 20140062.

45. Bolund, E. (2020) The challenge of measuring trade-offs in human life history research, Evol. Hum. Behav., 41, 502-512.

46. Hawkes, K., O’Connell, J. F., and Blurton Jones, N. G. (2001) Hadza meat sharing, Evol. Hum. Behav., 22, 113-142, doi: 10.1016/S1090-5138(00)00066-0.

47. Gilby, C. (2006) Meat sharing among the Gombe chimpanzees: Harassment and reciprocal exchange, Animal Behav., 71, 953-963, doi: 10.1016/j.anbehav.2005.09.009.

48. Sear, R. (2020) Do human ‘life history strategies’ exist? Evol. Hum. Behav., 41, 513-526.

49. Del Giudice, M. (2020) Rethinking the fast-slow continuum of individual differences, Evol. Hum. Behav., 41, 536-549.

50. Kramer, K. L., and Russell, A. F. (2015) Was monogamy a key step on the hominin road? Reevaluating the monogamy hypothesis in the evolution of cooperative breeding, Evol. Anthropol., 24, 73-83.

51. Skulachev, V. P. (1999) Phenoptosis: programmed death of an organism, Biochemistry (Moscow), 64, 1418-1426.

52. Weismann, A. (1889) Essays upon Heredity and Kindred Biological Problems, Clarendon press, Oxford.

53. Longo, V. D., Mitteldorf, J., and Skulachev, V. P. (2005) Programmed and altruistic ageing, Nat. Rev. Genet., 6, 866-872, doi: 10.1038/nrg1706.

54. Goldsmith, T. C. (2008) Aging, evolvability, and the individual benefit requirement; medical implications of aging theory controversies, J. Theor. Biol., 252, 764-768, doi: 10.1016/j.jtbi.2008.02.035.

55. Creanza, N., Kolodny, O., and Feldman, M. W. (2017) Cultural evolutionary theory: How culture evolves and why it matters, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 114, 7782-7789.

56. Tacutu, R., Thornton, D., Johnson, E., Budovsky, A., Barardo, D., et al. (2018) Human Ageing Genomic Resources: new and updated databases, Nucleic Acids Res., 46, D1083-D1090.

57. Ghalambor, C. K., Hoke, K. L., Ruell, E. W., Fischer, E. K., Reznick, D. N., et al. (2015) Non-adaptive plasticity potentiates rapid adaptive evolution of gene expression in nature, Nature, 525, 372-375.

58. Grether, G. F. (2005) Environmental change, phenotypic plasticity, and genetic compensation, Am. Nat., 166, E115-E123.

59. Lahdenperä, M., Gillespie, D. O. S., Lummaa, V., and Russell, A. F. (2012) Severe intergenerational reproductive conflict and the evolution of menopause, Ecol. Lett., 15, 1283-1290, doi: 10.1111/j.1461-0248.2012.01851.x.

60. Maklakov, A. A., and Lummaa, V. (2013) Evolution of sex differences in lifespan and aging: causes and constraints, BioEssays, 35, 717-724.

61. Williams, G. C. (1957) Pleiotropy, natural selection, and the evolution of senescence, Evolution, 11, 398-411.

62. Hamilton, W. D. (1966) The moulding of senescence by natural selection, J. Theor. Biol., 12, 12-45.

63. Hawkes, K., O’Connell, J. F., Blurton-Jones, N. G., Alvarez, H., and Charnov, E. L. (1998) Grandmothering, menopause, and the evolution of human life histories, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 95, 1336-1339.

64. Sear, R, and Mace, R. (2008) Who keeps children alive? A review of the effects of kin on child survival, Evol. Hum. Behav., 29, 1-18.

65. Whitehead, H., Laland, K. N., Rendell, L., Thorogood, R., and Whiten, A. (2019) The reach of gene-culture coevolution in animals, Nat. Commun., 10, 2405, doi: 10.1038/s41467-019-10293-y.

66. Boyd, R., and Richerson, P. J. (1985) Culture and the Evolutionary Process, The University of Chicago Press.

67. Markov, A. V., Barg, M. A., and Yakovleva, E. Yu. (2018) Can aging develop as an adaptation to optimize natural selection? (Application of computer modeling for searching some conditions when the “fable about hares” is possible to explain the evolution of aging), Biochemistry (Moscow), 83, 1504-1516.

68. Laland, K. N., and O’Brien, M. J. (2011) Cultural niche construction: an introduction, Biol. Theory, 6, 191-202, doi: 10.1007/s13752-012-0026-6.

69. Laland, K. N., Odling-Smee, J., and Feldman, M. W. (2001) Cultural niche construction and human evolution, J. Evol. Biol., 14, 22-33, doi: 10.1046/j.1420-9101.2001.00262.x.