Вьющиеся волосы помогают защищать мозг от перегрева - результаты исследования
Вьющиеся волосы могли сформироваться в ходе эволюции не только как отличительная внешняя особенность, но и как естественная защита мозга от перегрева. К такому выводу пришли ученые, изучившие, как разные типы волос влияют на температуру кожи головы под воздействием сильного солнечного излучения.
Результаты работы были опубликованы в научном журнале Proceedings of the National Academy of Sciences. Исследователи предположили, что волосы особенно важную роль могли сыграть у древних гоминидов, обитавших в Африке, где организм регулярно подвергался воздействию жаркого экваториального солнца.
Мозг считается одним из наиболее чувствительных к высокой температуре органов. Он не только быстро реагирует на перегрев, но и сам вырабатывает значительное количество тепла. По мере увеличения размеров мозга у предков человека могла появиться дополнительная потребность в эффективной защите головы от внешнего нагревания.
Чтобы проверить эту гипотезу, ученые использовали специальный термический манекен. Его температура составляла около 35 градусов Цельсия - примерно столько же, сколько температура человеческого тела. Манекен помещали в аэродинамическую трубу с контролируемыми параметрами воздуха и направляли на него источник тепла, имитировавший солнечное излучение.
В ходе эксперимента исследователи сравнили четыре состояния: полностью открытую голову, а также головы, покрытые париками из человеческих волос. Для испытаний использовали прямые волосы, волосы с мягкими волнами и волосы с плотными завитками. Все образцы были одинаковыми по цвету и толщине, чтобы форма прядей оставалась главным различающимся фактором.
Наиболее заметный эффект дало само наличие волос. При температуре окружающей среды около 30 градусов голова без покрытия нагревалась сильнее всего. Прямые волосы снижали дополнительный нагрев более чем наполовину по сравнению с голой поверхностью головы.
Волнистые волосы обеспечивали еще более выраженную защиту. Однако лучшего результата удалось добиться с помощью тугих кудрей: они эффективнее остальных вариантов ограничивали передачу тепла к коже головы. Это указывает на то, что плотная структура завитков может выполнять роль естественного теплоизоляционного слоя.
По мнению авторов работы, кудри создают между волосами и кожей головы воздушное пространство. Воздух плохо проводит тепло, поэтому такой слой способен уменьшать количество солнечной энергии, достигающей поверхности головы. Кроме того, объемные завитки могут частично отражать и рассеивать излучение, снижая интенсивность нагрева.
Отдельно ученые изучили роль потоотделения. Для этого поверхность манекенов смачивали, имитируя пот на коже человека. Влажная голова без волос в таких условиях охлаждалась быстрее: испарение воды отводило часть тепла от поверхности.
Тем не менее одного испарительного охлаждения оказалось недостаточно, чтобы полностью компенсировать солнечный нагрев. Наличие волос, напротив, уменьшало количество пота, необходимого для поддержания приемлемой температуры головы. Иными словами, волосы могли помогать организму экономить воду в жарком климате.
Это обстоятельство особенно важно для понимания эволюции человека. В условиях африканской саванны древние люди подвергались сильному солнечному воздействию, но при этом не всегда имели возможность восполнять потерю жидкости. Волосы на голове могли одновременно защищать мозг от перегрева и снижать потребность в интенсивном потоотделении.
Исследователи не утверждают, что вьющаяся структура волос появилась исключительно по этой причине. На формирование внешних признаков влияют сразу несколько факторов: наследственность, климат, половой отбор и случайные изменения в популяции. Однако способность кудрей уменьшать нагрев головы могла стать одним из преимуществ, закрепившихся в ходе естественного отбора.
Считается, что плотные кудри особенно хорошо подходят для жаркого климата. Они закрывают кожу головы от прямых солнечных лучей, но при этом не прилегают к ней сплошным тяжелым слоем. Благодаря этому между волосами сохраняются воздушные промежутки, а тепло отводится более эффективно.
Прямые волосы также обеспечивают защиту. Они создают физический барьер между солнечным излучением и кожей, однако плотнее прилегают к поверхности головы и могут хуже сохранять воздушную прослойку. Поэтому в проведенном эксперименте их теплоизоляционные свойства оказались слабее, чем у завитков.
При этом результаты не означают, что люди с прямыми волосами сильнее подвержены перегреву в повседневной жизни. На температуру тела влияют одежда, влажность воздуха, физическая активность, доступ к воде, головные уборы и способность организма потеть. Лабораторный эксперимент лишь показывает, как форма волос может менять передачу тепла при одинаковых условиях.
Авторы признают, что термический манекен не способен полностью воспроизвести физиологию человека. Он не потеет самостоятельно, не изменяет кровоток в коже, не двигается и не реагирует на перегрев так, как живой организм. Поэтому полученные данные требуют подтверждения в дальнейших исследованиях с использованием более сложных моделей.
Ученым также предстоит выяснить, на каком этапе эволюции возникли разные типы волос и какие факторы сыграли в этом главную роль. Важно понять, была ли ключевой причиной защита от солнца, сохранение влаги, регулирование температуры или сочетание всех этих преимуществ.
Таким образом, волосы на голове могли выполнять гораздо более сложную функцию, чем просто защищать кожу от ультрафиолета. Они формировали естественный барьер от перегрева, уменьшали нагрузку на систему охлаждения организма и, возможно, помогали сохранять стабильную температуру мозга. А плотные завитки, судя по результатам эксперимента, справлялись с этой задачей эффективнее прямых волос.
