Inom vår utökade primatfamilj bestående av lemurer, apor, och apor, människor har de största hjärnorna. Våra närmaste levande släktingar, schimpanser, väger ungefär två tredjedelar så mycket som vi, ändå är våra hjärnor ungefär 3,5 gånger större.

Våra är också organiserade annorlunda, och ta längre tid att växa och mogna. Denna långa utvecklingsperiod leder till en särskilt lång barndom för människor – en som kräver extra omsorg och skydd från föräldrarna.

Hjärnor förbrukar en stor mängd energi. För en art som har en liten hjärna vid födseln och en stor i vuxen ålder, tillväxt måste antingen ske snabbt, eller under lång tid, eller genom en kombination av båda.

Forskare observerade först exceptionellt stora hjärnor i mänskliga fossilregister från omkring 300, 000 år sedan. Dock, den långsammare takten i hjärnans utveckling, som nu är unik för människor, började för mer än tre miljoner år sedan i australopithecin-linjen. Dessa tvåfota homininer från Afrika tros vara förfäder till vårt släkte, Homo .

Det som utlöste den evolutionära hjärnexpansionen i homininer, och hur detta relaterar till mänskligt beteende, förblir hett debatterade ämnen bland paleoantropologer.

Dikika-barnet

År 2000, ett etiopiskt team upptäckte ett häpnadsväckande fynd i landets Dikika-region:skelettet av en uråldrig bebis med en nästan komplett skalle.

Daterad till cirka 3,3 miljoner år sedan, denna unge tillhörde samma släkte och art som den ikoniska australopithecine vuxna honan Lucy – Australopithecus afarensis .

I en ny tidning publicerad i Vetenskapens framsteg , vi avslöjar att Lucys art visar överraskande likheter och skillnader med båda schimpanserna och människor. Men för att göra dessa jämförelser, vi behövde först arbeta fram två kritiska detaljer:

exakt hur gammalt var Dikika-barnet när det dog? hur var dess hjärnstorlek jämfört med vuxna medlemmar av dess art, som Lucy?

Röntgen till undsättning

Hjärnor fossiliserar inte, men när de växer och expanderar under barndomen, vävnaderna som omger dem lämnar sina spår inuti skallen.

Med hjälp av tredimensionella virtuella modeller, forskare kan mäta utrymmet i hjärnan som en proxy för hjärnstorlek. Detta åstadkoms genom datortomografi (CT), eller synkrotronröntgenavbildning.

En synkrotron är en maskin som accelererar elektroner nära ljusets hastighet och riktar dem runt en stor ring. Genom att tvinga elektroner att röra sig i en cirkulär riktning med magnetfält, extremt starkt ljus produceras som kan filtreras och justeras för forskningsändamål.

En fördel med detta tillvägagångssätt är att permanenta avtryck av hjärnveck på benet kan ge ledtrådar om nyckelaspekter av hjärnans organisation. Synkrotronavbildning kan också ge kraftfulla insikter i tandutveckling.

Sanningen sitter i tanden

Ett sällan erkänt faktum om människor och andra primater är att våra mjölktänder och första molarer är markerade med en linje som bildas vid födseln. I likhet med tillväxtringarna på ett träd, Tvärsnitt av tänder avslöjar också dagliga tillväxtlinjer som återspeglar kroppens inre rytmer under barndomen.

Att ha tillgång till exakta uppgifter om Dikika-barnets tänder, vi kunde avgöra hur gammalt barnet var när det dog. Vårt teams tandexperter beräknade en ålder på 861 dagar, ca 2,4 år.

Detta innebär att spädbarnet växte sina molar tänder snabbt - liknande schimpanser, och snabbare än människor. Förvånande, dock, dess takt i hjärnans utveckling verkade ha skiftat från det snabba till det långsamma.

Förlänger hjärnans tillväxt

Virtuella modeller av australopithecine hjärnfall avslöjar att medlemmar av Lucys art hade en schimpansliknande hjärnorganisation, men växte under en längre tid.

Våra uppskattningar tyder på att vid 2,4 års ålder, australopithecine barn hade hjärnor som bara var cirka 70 % så stora som vuxna, medan genomsnittliga schimpanser i samma ålder skulle ha fullbordat mer än 85 % av sin hjärntillväxt. Således, denna art kan överbrygga klyftan mellan de långa barndomar som människor åtnjuter idag, och de kortare av våra apliknande förfäder.

Bland primater i allmänhet, olika tillväxt- och mognadshastigheter är förknippade med olika strategier för att ta hand om spädbarn. Att bromsa hjärnans utveckling är ett sätt att sprida energibehoven hos starkt beroende avkommor under många år. Och detta kan kopplas till ett långvarigt beroende av vårdgivare.

Att förlänga perioden för hjärnans tillväxt sträcker också ut en arts mycket lättpåverkade inlärningsperiod. Förlängd hjärntillväxt hos Lucys arter kan ha gett en grund för den efterföljande utvecklingen av hjärnan och socialt beteende hos våra förfäder.

Dessa små steg skulle ha varit avgörande för den långa barndomen som nu ofta betraktas som en hörnsten i mänsklig unikhet.

Den här artikeln är återpublicerad från The Conversation under en Creative Commons-licens. Läs originalartikeln.