Форма человеческой головы сильно изменилась за последние 100 лет: почему череп современного человека анатомически отличается от черепа его прадеда

Когда судебно-медицинским экспертам или физическим антропологам необходимо установить возраст, пол или другие характеристики неопознанных человеческих останков, они обращаются к специализированным базам данных. Эти базы представляют собой тщательно задокументированные остеологические коллекции — наборы скелетов с известной историей жизни. Однако большинство крупнейших мировых эталонных коллекций, на которых строятся современные криминалистические и антропологические стандарты, были сформированы в конце XIX и начале XX века. В США это известные собрания Хаманна-Тодда и Роберта Дж. Терри, в Японии — университетские коллекции в Токио и Киото.

Десятилетиями в науке преобладало негласное допущение, что анатомическое строение человеческого скелета является достаточно стабильным. Предполагалось, что кости людей, живших сто или сто пятьдесят лет назад, можно без серьезных погрешностей использовать в качестве универсального шаблона для оценки останков наших современников. Но детальное исследование, проведенное японскими биологами, антропологами и судебными медиками, доказывает, что это допущение больше не работает. Человеческий череп претерпел значительные структурные изменения всего за несколько поколений.

Проблема методов измерения и новые технологии

Ученым давно известно о так называемом секулярном тренде — долгосрочных изменениях физических параметров человека от поколения к поколению. За прошедший век люди во многих странах стали выше ростом, изменились общие пропорции их тел, ускорились темпы полового созревания. Эти процессы стали следствием улучшения качества питания, развития медицины и изменения условий труда.

Однако отследить, как именно этот тренд повлиял на сложную пространственную конфигурацию черепа, до недавнего времени было затруднительно. Ранее антропологи полагались в основном на линейные измерения, выполняемые с помощью штангенциркулей и мерных лент. Такие методы позволяли зафиксировать лишь расстояние между двумя точками — например, общую длину или ширину головы. Линейные замеры не давали возможности оценить форму изогнутых костей, углы их соединения и общую трехмерную геометрию черепной коробки.

Ситуация изменилась с внедрением в исследовательскую практику компьютерной томографии (КТ). Группа японских исследователей использовала этот метод для проведения точного сравнительного анализа. Они сформировали две группы данных. В первую вошли 56 исторических черепов из коллекции Киотского университета — это кости людей, родившихся в конце XIX века и умерших естественной смертью в период с 1900 по 1920 годы. Вторую группу составили 56 современных КТ-сканов, полученных в ходе посмертных исследований людей, ушедших из жизни в период с 2022 по 2024 годы.

Алгоритм изоляции формы

Чтобы корректно сравнить людей из разных эпох, ученым требовалось решить математическую проблему, связанную с общими размерами тела. Современный человек в среднем крупнее своего прадеда. Если просто наложить одну 3D-модель черепа на другую, современный образец окажется больше по всем параметрам, что исказит картину структурных изменений. Исследователям нужно было выделить чистую форму костей, исключив фактор размера.

Для этого на каждую цифровую копию черепа нанесли 161 контрольную точку. Эти точки фиксировали ключевые анатомические узлы: швы между костями, края глазниц, выступы и изгибы. Затем был применен метод обобщенного прокрустова анализа. Этот алгоритм программно масштабирует все модели так, чтобы они имели одинаковый объем, а затем выравнивает их в пространстве по одним и тем же осям. В результате такого математического отсечения размера и положения остаются только данные о пропорциях и форме.

Перестройка мозгового и лицевого отделов

Анализ выявил четкие векторы изменений. Главный структурный сдвиг заключается в том, что современные черепа подвергаются процессу брахикефализации. Это означает, что черепная коробка становится шире в поперечном сечении (от уха до уха) и одновременно укорачивается в продольном направлении (от лба к затылку). Теменные кости стали относительно короче, а основание черепа сместилось несколько выше.

Не менее серьезным изменениям подвергся лицевой скелет. Ширина скуловых дуг у современных людей уменьшилась, из-за чего средняя треть лица стала у́же. При этом верхняя челюсть (максилла), напротив, стала относительно шире. Изменилась конфигурация носовой кости: она стала у́же в поперечнике, но теперь сильнее выступает вперед. Профиль лба приобрел более вогнутую форму. Кроме того, у современных людей значительно увеличились в размерах сосцевидные отростки — парные костные выступы, расположенные за ушными раковинами, к которым прикрепляются грудино-ключично-сосцевидные мышцы шеи.

Дивергенция полов

Один из самых неожиданных выводов исследования касается изменения уровня полового диморфизма. Половой диморфизм — это степень выраженности анатомических различий между самцами и самками одного вида. Анализ исторических образцов показал, что сто лет назад структурная разница между мужскими и женскими черепами в изученной популяции была выражена не слишком сильно.

Однако за прошедший век эта разница существенно увеличилась. Мужские черепа приобрели более акцентированные черты, отличающие их от женских. У современных мужчин значительно сильнее выделяются надбровные дуги. Лобная кость приобрела более пологий угол наклона, сильнее откидываясь назад. Лицевой отдел, особенно в зоне межбровья и верхней челюсти, стал выступать вперед заметнее, чем у женщин. Сосцевидные отростки и участки затылочной кости, к которым крепятся мышцы, у мужчин также приобрели большую массивность.

Увеличение полового диморфизма означает, что сегодня идентифицировать мужчину или женщину по строению костей головы стало технически проще, чем это было век назад.

Механика анатомических изменений

Изменения такой глубины, произошедшие всего за одно столетие, невозможно объяснить генетической эволюцией — для закрепления новых мутаций требуются тысячелетия. Причины лежат в области физиологии и реакции костной ткани на внешние физические стимулы в период взросления организма.

Основным фактором, повлиявшим на изменение формы лица, является кардинальная смена рациона питания. Кость — это живая, динамичная структура. Она формируется и уплотняется в ответ на механическое напряжение. На протяжении всей истории человечества процесс пережевывания пищи требовал значительных мышечных усилий. Жесткая волокнистая еда создавала сильное давление на челюсти и скулы. Это давление стимулировало кости лицевого скелета расти в ширину и набирать массу, чтобы выдерживать ежедневные механические нагрузки.

Современная пища подвергается глубокой термической и промышленной обработке. Она стала мягкой и больше не требует интенсивного жевания. В результате жевательные мышцы современного человека развивают гораздо меньшее усилие. Из-за отсутствия постоянного механического давления в детском и подростковом возрасте, когда формируется скелет, скуловые кости не получают стимула для роста в ширину. Лицевой отдел меняет свои пропорции, что тянет за собой перестройку всего черепа.

На эти локальные процессы также накладывается общее улучшение нутритивного статуса. Качественное питание матерей во время беременности и детей в первые годы жизни, отсутствие тяжелых инфекционных заболеваний и доступ к медицине изменили общие паттерны роста тела.

Практические последствия для науки

Тот факт, что череп человека меняет форму под воздействием образа жизни, ставит под сомнение точность существующих методик идентификации.

Если криминалист попытается определить пол или возраст неопознанного современного человека, используя дискриминантные формулы и стандарты, выведенные на основе черепов 1910 года, вероятность ошибки будет крайне высока. Базы данных необходимо пересматривать и актуализировать. Старые остеологические коллекции остаются важнейшим историческим материалом, но они больше не могут служить надежным эталоном для современного населения.

Скелет человека оказался гораздо более пластичной системой, чем принято считать в массовом сознании. Он непрерывно адаптируется к условиям окружающей среды, качеству медицины и даже к кулинарным технологиям. Изучение этих изменений позволяет не только точнее работать с человеческими останками, но и лучше понимать, как современный комфорт и технологический прогресс физически трансформируют наш вид.

Источник:American Journal of Biological Anthropology