Szczególne cechy mózgu, anatomii i zachowania człowieka
Większość przedstawicieli zamieszkującego Afrykę rodzaju Australopithecus ma mózg o pojemności 300-400 cm3 i osiąga wysokość ciała ok.100-140 cm. Zbliżony południowoafrykański Homo naledi dysponuje mózgiem o pojemności ok. 460-610 cm3 i wzrostem przekraczającym 140 cm. U Homo habilis zaś, który jest zaawansowaną formą australopiteka, pojemność mózgu to 750-800 cm3 przy ponad 100 cm wzrostu. Afrykański Homo ergaster oraz wschodnioazjatycki Homo erectus mają mózgi o objętości ok. 900-1100 cm3, a ich wzrost oscyluje zwykle między 130 i 150 cm. Podobne rozmiary mózgu wykazuje indonezyjski megantrop (Meganthropus), chociaż jest olbrzymem o wzroście przekraczającym 2 m. W pewnym sensie przeciwstawnym przypadkiem jest żyjący także w Indonezji Homo floresiensis, który ma mózg o pojemności zaledwie 380 cm3 oraz wzrost ok. 100 cm. Bardziej zaawansowany gatunek człowieka euroazjatycki Homo neanderthalensis dysponuje mózgiem bardzo dużym, bo przekraczającym nawet 1300 cm3 i wzrostem ponad 150 cm. Zbliżone rozmiary ma też azjatycki Homo denisovaensis. Natomiast u Homo sapiens mózg jest zwykle większy niż 1200 cm3, wysokość ciała zazwyczaj przekracza 150 cm, a czasem nawet 200 cm.
Rozrost mózgu prowadzi nie tylko do powiększenia puszki mózgowej, lecz także do skrócenia części twarzowej czaszki i szczęki. Skrócenie twarzy zaś powoduje zwężenie kanałów zatok, co spowalnia wypływ śluzu do nosa. Co więcej, postawa dwunożna i związane z nią przesunięcie punktu podparcia czaszki pod spód powoduje uniesienie części twarzowej. W rezultacie śluz z zatok szczękowych, który u czworonogów płynął w dół, u człowieka musi płynąć pod górę, aby osiągnąć ujście do jamy nosowej. W tej sytuacji łatwo dochodzi do zablokowania kanałów i powstawania stanów zapalnych nosa i zatok. Tego rodzaju schorzenia objawiające się zwykle katarem często występują u człowieka, lecz są rzadkie wśród czworonożnych gatunków ssaków.
Mózg (po łacinie cephalon) człowieka jest strukturą wyjątkowo skomplikowaną, chociaż w głównych zarysach zbudowaną podobnie jak mózgi innych kręgowców. Zewnętrzna warstwa mózgu zwana korą mózgową (makroskopowo postrzegana jako istota szara) zawiera gęsto upakowane neurony przetwarzające sygnały przesyłane za pośrednictwem aksonów tworzących warstwę wewnętrzną mózgu (makroskopowo istota biała).
U większości kręgowców poza ewolucyjnie zaawansowanymi ssakami mózg wykazuje strukturę liniową, co oznacza, że jego kolejne części są ustawione jedna przed drugą. Posuwając się od rdzenia kręgowego do przodu, są to tyłomózgowie (rhombencephalon), śródmózgowie (mesencephalon) oraz przodomózgowie (prosencephalon) podzielone na międzymózgowie (diencephalon) i kresomózgowie (telencephalon). Każda część mózgu jest rozdzielona bruzdą na stronę lewą i prawą, a pomiędzy nimi rozwijają się więzadła, w których biegną szlaki nerwowe pozwalające koordynować działanie całego narządu.
Wnętrze mózgu zajmują połączone ze sobą komory wypełnione płynem mózgowo-rdzeniowych pełniącym rolę ochronną jako mechaniczny amortyzator oraz rolę odżywczą jako droga dostarczania pożywienia dla mózgu. Dwie komory występują w tyłomózgowiu, wąski kanał zwany wodociągiem Sylwiusza przechodzi przez śródmózgowie i łączy się z przodu z komorą w międzymózgowiu, która ma połączenie z jeszcze jedną komorą w kresomózgowiu.
Tyłomózgowie czasem nazywane „gadzim mózgiem” obejmuje rdzeń przedłużony (medulla oblongata) stanowiący kontynuację rdzenia kręgowego (medulla spinalis), most (pons) oraz móżdżek (cerebellum) podzielony na lewą i prawą półkulę. W rdzeniu przedłużonym twór siatkowaty kontroluje stan pobudzenia, czuwania i snu oraz uczestniczy w przekazywaniu sygnałów nerwowych, zwłaszcza odruchowych (na przykład kierujących oddychaniem, akcją serca czy wydzielaniem śliny) oraz motorycznych (mięśniowych). Móżdżek zaś jest ośrodkiem koordynacji motorycznej i równowagi.
Most łączy się z przodu ze śródmózgowiem, które wraz z rdzeniem przedłużonym i mostem tworzy pień mózgu – swoistą oś dla przodomózgowia.
Na przedłużeniu pnia mózgu znajduje się międzymózgowie podzielone na lewe i prawe wzgórze (thalamus) zawierające ośrodki odpowiedzialne za emocje, odruchy (reakcje automatyczne, instynktowne) i funkcje nieświadome jak na przykład sterowanie procesami fizjologicznymi.
W międzymózgowiu są też zlokalizowane ośrodki nerwowe dla zmysłów chemicznych czyli węchu (rozpoznawanie zapachów) i smaku. Po przejściu człowieka z lasu na sawannę spada znaczenie węchu, ponieważ na otwartym terenie bardzo skutecznym źródłem informacji o świecie okazuje się wzrok.
Zaliczany do międzymózgowia układ limbiczny znajduje się pod wzgórzem. Układ limbiczny nie jest wyodrębnioną jednostką anatomiczną, lecz wyróżnia się pod względem fizjologicznym jako odpowiedzialny za odczuwanie bólu, kontrolowanie emocji i popędów oraz konsolidowanie pamięci. Należące do układu limbicznego lewy i prawy hipokamp (od greckiego hippokampos – konik morski) kiedyś zwany też rogiem Amona są odpowiedzialne za orientację przestrzenną i pamięć długotrwałą. Z przodu poniżej hipokampów znajdują się lewe i prawe ciało migdałowate odpowiedzialne między innymi za odczuwanie strachu i niepewności. Z dużym ciałem migdałowatym są związane postawy lękowe, a więc obawa przed nowinkami i konserwatyzm czyli przywiązanie do sprawdzonych wzorców myślenia i postępowania. To zaś w wymiarze politycznym może przekładać się na poglądy prawicowe. W dolnej przedniej części międzymózgowia znajduje się przysadka mózgowa, jeden z najważniejszych gruczołów produkujących hormony. Natomiast z tylnej części sklepienia międzymózgowia wystaje ukryta pod wzgórzem szyszynka, ważny gruczoł sterujący rozwojem organizmu.
Najbardziej rozbudowane u człowieka jest kresomózgowie, które rozrastając się do przodu i tyłu, przykrywa cały mózg z wyjątkiem niewielkiego fragmentu móżdżku. Kora mózgowa w kresomózgowiu ulega dodatkowo pofałdowaniu, co zwiększa liczbę komórek nerwowych, potęgując możliwości przetwarzania informacji.
Na poziomie komórkowym kora mózgowa wykazuje dodatkowe zróżnicowanie na warstwy pełniące odmienne funkcje. Zewnętrzne warstwy komórek kory mózgowej przede wszystkich odbierają informacje płynące z receptorów. Natomiast komórki warstw głębszych zbierają te informacje, łączą je i zaczynają ich analizowanie.
Na poziomie makroskopowym kora mózgowa jest podzielona podłużną bruzdą na dwie półkule - lewą i prawą połączone więzadłem wielkim czyli ciałem modzelowatym tworzącym łuk nad wzgórzami. Lewa półkula mózgowa kontroluje prawą stronę ciała (prawa połowa twarzy, prawe oko, prawe ucho, prawa ręka, prawa część tułowia, prawa noga) i jest wyspecjalizowana przede wszystkim w myśleniu analitycznym, logicznym, odwołującym się raczej do języka i zobiektywizowanej wiedzy oraz pojęć abstrakcyjnych.
Prawa półkula mózgowa zaś kontroluje lewą stronę ciała, specjalizuje się raczej w myśleniu całościowym. Jest bardziej emocjonalna, co oznacza ukierunkowanie na subiektywne odczuwanie i sztukę, dane zmysłowe oraz instynkt czyli zachowania automatyczne odbywające się poza świadomą decyzją człowieka.
Począwszy od Homo habilis wyraźnie rośnie sprawność dłoni związana z ruchliwością i sprawnością kciuka, który jest przeciwstawny wobec pozostałych czterech palców dłoni i niemal równoważny im pod względem siły. To pozwala rozwijać zdolności manualne potrzebne do pracy. U człowieka dominuje praworęczność (prawa ręka jest sprawniejsza). Mańkuci (leworęczni) stanowią zwykle mniejszość, a ok. 10% osobników jest oburęcznych. Pełna leworęczność wiąże się z dominacją prawej półkuli mózgowej, która jest wtedy racjonalna. Może się jednak zdarzyć niepełne odwrócenie symetrii, kiedy osobnik jest leworęczny, a jednak to lewa półkula mózgowa odpowiada za zachowania i myślenie racjonalne.
Każda półkula składa się z części rozdzielonych dodatkowo głębszymi poprzecznymi bruzdami.
Płat potyliczny z tyłu głowy nad móżdżkiem mieści ośrodki wzroku i warunkuje rozpoznawanie kolorów i ruchu.
Płat ciemieniowy od potylicy do bruzdy Rolanda zwanej też środkową w połowie (na szczycie) głowy jest związany z dotykiem, temperaturą, rozpoznawaniem kierunków (geometria) i liczeniem (abstrakcja).
Płat czołowy rozciąga się od bruzdy Rolanda do czoła. Wzdłuż lewej bruzdy Rolanda są rozmieszczone ośrodki nerwowe kontrolujące prawą stronę ciała, a wzdłuż prawej bruzdy ośrodki dla lewej strony.
U człowieka szczególnie powiększone są płaty czołowe kresomózgowia czyli ewolucyjnie najnowsza kora mózgowa odpowiedzialna za myślenie logiczne i abstrakcyjne, umiejętność planowania i przewidywania, podejmowanie decyzji oraz wolę. W płacie czołowym istnieje też ośrodek Broki odpowiedzialny za łączenie głosek w słowa i słów w zdania, a w konsekwencji za zdolność płynnego mówienia.
W części czołowej kresomózgowia znajdują się również ośrodki samoświadomości i tożsamości danej osoby w opozycji do reszty świata oraz ośrodki interakcji społecznych, na przykład empatii, poczucia winy i zaufania.
Płat skroniowy z boku głowy oddzielony bruzdą Sylwiusza od reszty mózgu zawiera ośrodki słuchu i węchu oraz pamięć pozwalającą identyfikować obiekty, na przykład twarze. W tylnej części bruzdy Sylwiusza istnieje ośrodek Wernickego kontrolujący rozpoznawanie dźwięków mowy.
Bardzo duży mózg zużywa ok. 20% całej energii organizmu, więc wymaga nie tylko ogromnych nakładów energetycznych w postaci spożywanego jedzenie, lecz także sprawnego chłodzenia, ponieważ system nerwowy jest bardzo wrażliwy na zbyt wysokie temperatury. Mechanizmem aktywnie chłodzącym organizm człowieka jest wydzielanie potu. Liczba gruczołów potowych w skórze pojedynczego człowieka osiąga 3-5 milionów - żaden inny gatunek ssaków nie ma ich aż tyle. Niestety, chłodzenie poprzez wydzielanie wody jest bardzo niepraktyczne, bo organizm nie tylko traci cenną wodę, lecz wraz z nią dodatkowo pozbywa się soli mineralnych (elektrolitów), bez których nie może żyć. O wiele oszczędniejsze sposoby chłodzenia występują na przykład u słonia, gdzie dobrze ukrwione uszy pozwalają schładzać krew, oraz u psa, który otwiera pysk, żeby chłodzić krew w ścianach jamy gębowej. W obu wypadkach straty wody są minimalne, nie mówiąc już o solach. Organizm człowieka jest pod tym względem ogromnie rozrzutny, tracąc z potem zarówno wodę, jak też sole mineralne. W rezultacie człowiek musi poświęcać wiele czasu i energii, aby zapewnić sobie dostęp do wody i potrzebnych substancji mineralnych. Dlatego też sól zawsze jest przez ludzi ogromnie ceniona, a czasem pełni nawet rolę waluty. Rozwój gruczołów potowych wiąże się z kilkoma elementami: z przystosowaniem do wytrwałego biegu podczas polowania, kiedy konieczne było efektywne chłodzenie, z zastosowaniem ognia do ogrzewania oraz z użyciem odzieży. Równolegle zaś postępuje zanik warstwy termoizolacyjnej w postaci sierści czyli owłosienia całego ciała. Pozostało owłosienie tylko niewielkich fragmentów skóry. Owłosienie genitaliów jako efekt działania hormonów (żeńskich estrogenów i męskiego testosteronu) sygnalizuje dojrzałość seksualną. Bujne i stale rosnące włosy na głowie oznaczają siłę oraz odradzanie życia, o czym świadczą biblijny mit o Samsonie, opowieść o świętym Gangesie spływającym na ziemię po włosach Sziwy oraz wielkie peruki w Egipcie i barokowej Europie. Łysienie zaś wyraża zanik sił lub chorobę (Rzymianie). U wielu ludów trzymanie kogoś za włosy oznacza pokonanie go lub zniewolenie (Paleta Narmera), a skalp (Celtowie, Indianie) odbiera siłę ofierze. Mędrcy noszą długie włosy jako symbol mądrości (bramini i dżinijscy asceci), albo golą głowy na znak oderwania się od ziemskiej mądrości (egipscy kapłani, mnisi buddyjscy, katolickie zakonnice). Bujne włosy na głowie kobiety zaś oznaczają zdrowie i pośrednio zdolność do rozrodu, a zatem są sygnałem seksualnym. Włosy na twarzy mężczyzny (na przykład broda i wąsy judaistów oraz muzułmanów) to znak władzy i mądrości.
Inną charakterystyczną cechą człowieka jest wysoko umieszczona krtań, co sprzyja wydawaniu precyzyjnie kształtowanych dźwięków. Z drugiej jednak strony taka budowa krtani i jej zbliżenie do gardła oznaczają, że rośnie prawdopodobieństwo zadławienia, kiedy kawałek pokarmu zamiast do przełyku trafia do krtani, blokując drogi oddechowe, co oznacza uduszenie (zadławienie). To zdarza się szczególnie często noworodkom, które jeszcze nie nauczyły się przełykać i jednocześnie kontrolować oddechu.
Jama gębowa z mocnym, umięśnionym językiem i ruchliwymi wargami, krtań, kość gnykowa podpierającą krtań oraz jama nosowa sprzyjają rozwojowi języka mówionego opartego na dźwiękach. Zaczątki języka sięgają już form człekokształtnych, lecz jego właściwy rozwój następuje u neandertalczyka i człowieka rozumnego.
Jednym z ważnych wskaźników wyjątkowości człowieka jest krew składająca się z płynnego osocza (55% masy krwi) oraz zawieszonych w nim elementów ziarnistych, głównie komórek. Zdecydowaną większość komórek krwi, to znaczy ok. 94%, stanowią erytrocyty, które zawierają hemoglobinę - czerwony barwnik wiążący tlen. Dzięki temu krew przenosi tlen z płuc do poszczególnych części organizmu. W przeciwieństwie do innych kręgowców człowiek ma erytrocyty pozbawione jądra komórkowego i większości organelli, co minimalizuje zużycie tlenu przez same erytrocyty. Poza tym erytrocyty są spłaszczone, więc stosunek ich powierzchni do objętości jest większy niż w komórkach kulistych, a to ułatwia wchłanianie tlenu z otoczenia.
Zawierające jądro komórkowe białe krwinki czyli leukocyty dzielą się na kilka grup spełniających odmienne role. Duże, pełzające monocyty wchłaniają ciała obce (bakterie, pierwotniaki, resztki tkanek, szkodliwe substancje chemiczne). Małe, kuliste limfocyty wytwarzają przeciwciała i zapewniają specyficzną reakcję immunologiczną czyli swoistą odporność na określone czynniki chorobotwórcze (bakterie, wirusy, komórki nowotworowe). Granulocyty zaś zapewniają ogólną czyli nieswoistą odporność organizmu na wszelkie czynniki.
Oddzielną kategorią są trombocyty - małe, płaskie fragmenty komórki bez jądra, które uczestniczą w tworzeniu zakrzepów krwi, aby zamknąć uszkodzone miejsca naczyń krwionośnych.
Człowiek zachowuje ogólny plan budowy ssaka, co doskonale ilustruje słynny zestaw szkieletów sporządzony przez Amerykanina C. H. Warda w Nowym Jorku w roku 1893, żeby pokazać homologię kości. Widać tam człowieka siedzącego na koniu i razem z psem atakującego dużego niedźwiedzia. We wszystkich czterech szkieletach występują te same kości, chociaż odmiennie ukształtowane i pełniące odmienne role. W przeciwieństwie do większości ssaków człowiekowate są zdecydowanie dwunożne i mają pionowy kręgosłup, który przybiera kształt litery S, co zwiększa jego elastyczność. Wyprostowana postawa dwunożna staje się elementem odróżniającym człowieka od „dzikich”, zwierzęcych czworonogów.
Jednak z powodu pionowej postawy człowiekowate częściej od innych naczelnych cierpią na schorzenia mocno obciążonych stóp, kolan i kręgosłupa, zwłaszcza w pozbawionej żeber strefie brzusznej stabilizowanej wyłącznie przez mięśnie. Dwunożność wymusza też zwężenie miednicy, co u kobiet przekłada się na zwężenie kanału rodnego. W rezultacie poród staje się bolesny i ryzykowny, może skończyć się powikłaniami, a nawet śmiercią kobiety. Czynnikiem zwiększającym ryzyko podczas porodu jest oczywiście duża głowa płodu jako rezultat typowego dla człowiekowatych rozrostu mózgu. Dlatego kobiety rodzą dzieci na bardzo wczesnym etapie rozwoju, kiedy głowa płodu jest jeszcze względnie mała, a czaszka miękka, co redukuje ryzyko zablokowania w drogach rodnych. Konsekwencją wczesnego porodu jest jednak konieczność wydłużenia rozwoju dziecka po narodzinach i dłuższa opieka ze strony matki.
Ojciec zaś często wykazuje tendencje typowe dla większości żyworodnych ssaków czyli chce pozostawić dzieci pod opieką matki. Kiedy jednak człowiek wkracza na tereny trudne do życia, na przykład pustynie i obszary zimnego klimatu, szanse potomstwa na przetrwanie maleją, a ewentualna śmierć dzieci oznacza, że giną także geny ojca. Dlatego u ludzi mężczyźni w mniejszym lub większym stopniu muszą wraz ze swoimi partnerkami opiekować się potomstwem. To zderzenie interesów kobiety i mężczyzny stanowi jeden z istotnych czynników napędzających rozwój ludzkiej kultury, kształtujących społeczeństwa matriarchalne lub patriarchalne, ruchy emancypacyjne, feminizm oraz idee praw człowieka i równouprawnienia.