Trong lịch sử tiến hóa, các đặc điểm như núm vú của nam giới, phần còn lại của xương chậu cá voi và chi sau vết tích của rắn đều bị trực giác nhầm lẫn là có những công dụng rõ ràng. Tuy nhiên, nghiên cứu cho thấy chúng thường chỉ là sản phẩm phụ của quá trình phát triển và thay đổi biểu hiện gen. Một nghiên cứu mới gần đây cho thấy rằng chiếc cằm độc nhất của con người cũng có thể thuộc loại "cánh tay tiến hóa" này: nó không phải là đối tượng của sự tối ưu hóa được "đặt tên" trực tiếp bởi chọn lọc tự nhiên, mà là kết quả hình thái của việc được "khắc họa ngẫu nhiên" trong quá trình tu sửa các cấu trúc sọ mặt khác.

Trong một thời gian dài, cộng đồng khoa học thường cho rằng vì các loài linh trưởng khác không có cạnh hàm dưới nhô ra rõ ràng như con người nên cấu trúc này phải mang một loại chức năng thích ứng nào đó. Có rất nhiều giả thuyết xung quanh hàm, từ việc tăng cường hỗ trợ hàm trong quá trình nhai, đến đáp ứng yêu cầu giãn cơ trong quá trình phát âm và phát âm, thậm chí còn được coi là tín hiệu của “bạn tình chất lượng” trong quá trình lựa chọn giới tính. Tuy nhiên, một nhóm do Noreen von Cramon-Taubadel, nhà nhân chủng học sinh học tại Đại học bang New York ở Buffalo dẫn đầu, đã chọn đặt câu hỏi từ một góc độ khác: Điều gì sẽ xảy ra nếu cằm chưa bao giờ là mục tiêu tối ưu hóa trực tiếp của chọn lọc tự nhiên?

Nhóm nghiên cứu đã phân tích 532 mẫu hộp sọ và hàm dưới của 15 loài vượn lớn, đồng thời so sánh định lượng những thay đổi về hình thái trên nhánh tiến hóa từ tổ tiên chung của con người và tinh tinh đến con người hiện đại. Trong khuôn khổ di truyền định lượng, họ đã kiểm tra xem các đặc điểm hình thái liên quan đến cằm có lệch khỏi tốc độ thay đổi dự kiến ​​của "sự trôi dạt di truyền trung tính" hay không và liệu chọn lọc tự nhiên có thể được nhìn thấy tác động lên chính cằm hay chủ yếu trên các bộ phận khác của hộp sọ và gián tiếp liên quan đến hình thái hàm.

Kết quả cho thấy trong dòng dõi con người, toàn bộ hộp sọ và hàm có dấu hiệu rõ ràng là được định hình bởi chọn lọc tự nhiên. So với mô hình trung lập, các đặc điểm liên quan đến "thu nhỏ khuôn mặt", "thu nhỏ răng cửa", "mở rộng mặt sau của hàm dưới" và những thay đổi về góc nền sọ phát triển nhanh hơn đáng kể. Để làm rõ hơn quỹ đạo tiến hóa của cằm, nhóm nghiên cứu đã phân tích riêng biệt 9 chỉ số đo lường liên quan trực tiếp đến hình dạng và độ nhô của cằm.

Các câu trả lời mà các "chỉ số cằm" này đưa ra không nhất quán: chỉ có ba trong số chúng hiển thị các tín hiệu phù hợp với sự lựa chọn trực tiếp, trong khi hầu hết các đặc điểm còn lại không cho thấy bằng chứng rõ ràng về sự lựa chọn trực tiếp và phù hợp hơn với mô hình thay đổi "đi theo một cách thụ động" các thay đổi sọ mặt khác. Các nhà nghiên cứu tin rằng sự tiến hóa về hình thái của hàm có thể chủ yếu là phản ứng gián tiếp đối với những thay đổi có chọn lọc ở các khu vực khác của hộp sọ.

Tín hiệu lựa chọn rõ ràng hơn xuất hiện ở cấu hình hộp sọ và hàm dưới ở cấp độ vĩ mô hơn. Trải qua quá trình tiến hóa lâu dài, phần mặt dưới của con người dần trở nên nhỏ hơn và ít nhô ra hơn, trong khi khoang sọ vẫn tiếp tục mở rộng. Khi khuôn mặt lùi lại và hộp sọ mở rộng, hình dạng của hàm dưới buộc phải điều chỉnh lại: xương tăng sinh ở chân hàm dưới, cùng với sự suy yếu của phần nhô ra của vùng răng giả, dần dần tạo ra mặt cằm lồi mà con người có ngày nay.

Nói cách khác, cằm giống như một "hành khách" đang đi xe hơn là một "người lái xe" dẫn đầu. Kết luận này thách thức trực giác rằng các đặc điểm dễ thấy phải có ý nghĩa thích nghi trực tiếp và nhắc nhở chúng ta nên thận trọng hơn khi giải thích hình thái độc đáo. Như von Cramon-Tobadel đã nói: Chỉ vì một đặc điểm là duy nhất trong một loài không có nghĩa là nó phải được chọn lọc tự nhiên "xây dựng có mục đích" để nâng cao khả năng sống sót, chẳng hạn như cấu trúc hỗ trợ cơ học giúp phân phối áp lực khi nhai.

Cô lưu ý rằng cằm có nhiều khả năng là sản phẩm phụ của quá trình điều chỉnh sọ mặt tổng thể hơn là một sự điều chỉnh "được thiết kế riêng" cho một chức năng cụ thể. Chỉ bằng cách đặt các đặc điểm giải phẫu riêng lẻ vào bối cảnh của một hệ thống cấu trúc hoàn chỉnh, chúng ta mới có thể phân biệt được bộ phận nào có chức năng rõ ràng và bộ phận nào chỉ là "hậu quả phụ" của việc tái tổ chức chức năng này.

Điều này không có nghĩa là cằm bây giờ vô dụng. Nghiên cứu hiện tại cho thấy cằm có tác dụng tăng cường độ ổn định cấu trúc của mặt trước của hàm dưới ở một mức độ nhất định và giúp phân tán lực tạo ra do lực kéo cơ trong quá trình nhai và phát âm. Tuy nhiên, nghiên cứu mới này cho thấy những lợi ích cơ học này có thể xảy ra sau khi hộp sọ được định hình lại toàn bộ, chứ không phải là một lực tiến hóa thúc đẩy sự hình thành hàm ngay từ đầu.

Từ góc độ sinh học tiến hóa, sự dễ thấy của một cấu trúc không giống như việc nó có bị chọn lọc tự nhiên "nhắm tới" trực tiếp hay không. Đôi khi, khi chọn lọc tự nhiên sửa đổi mạnh mẽ một khu vực nhất định của hộp sọ, các cấu trúc khác có sự kết hợp về mặt di truyền và phát triển cao với nó buộc phải điều chỉnh theo các hình thức mới. Cằm có thể là sản phẩm của “sự liên kết hệ thống” này.

Nghiên cứu được công bố trên tạp chí PLOS One, nhấn mạnh tầm quan trọng của cái gọi là "tích hợp đặc điểm": các đặc điểm giải phẫu thường phát triển dưới dạng toàn bộ hệ thống được kết nối với nhau, thay vì "tối ưu hóa" độc lập với nhau. Khi áp lực chọn lọc tác động lên một phần, các vùng liên quan khác sẽ thay đổi tương ứng, do đó thể hiện cấu trúc độc đáo mà chúng ta quan sát thấy ngày nay ở dạng vĩ mô.

Bước tiếp theo của nhóm nghiên cứu là mở rộng khuôn khổ phân tích tương tự cho các mẫu hominin hóa thạch và theo dõi thời điểm những thay đổi trên khuôn mặt và hàm này bắt đầu xuất hiện lần đầu tiên. Bằng cách so sánh số lượng các hộp sọ hóa thạch từ các độ tuổi khác nhau, họ hy vọng sẽ làm rõ khi nào hàm người hiện đại được hình thành đại khái và nó "tiến hóa đồng thời" như thế nào với quá trình tái tổ chức cấu trúc hộp sọ tổng thể. Công việc như vậy hy vọng sẽ giúp phân biệt những đặc điểm nào nổi lên như là kết quả trực tiếp của chọn lọc tự nhiên và đâu là "hậu quả" cấu trúc của việc tái cấu trúc giải phẫu sâu hơn.