Способность перемещаться одновременно по земле и по деревьям должна была означать изменения в мозге Люси и ее современников. Информация, обрабатываемая их мозгом, и команды, посылаемые телу, были, по-видимому, гораздо сложнее, чем у более ранних видов, а значит, требовали усовершенствования мыслительного аппарата. Изначально, несмотря на то что мозг наших далеких предков был сравним по размеру с мозгом современных обезьян, в строении имелись небольшие различия, потому что кора уже начала увеличиваться, а значит, развивались высшие функции.
В то время как у представителя другой ветки нашего семейного древа, парантропа (Paranthropusgenus), наблюдаются незначительные изменения в размере мозга, до появления рода Homo (Homogenus) никаких серьезных преобразований в мозге обнаружено не было.
Отличительные особенности рода Homo, самым современным видом которого является человек, были определены в 1955 году: прямохождение, вертикальное положение тела и способность делать инструменты из камня. Первым в этом роде был Homo habilis, или человек умелый, получивший свое прозвище за умение изготавливать инструменты. У представителей этого вида, жившего 1,4–2,4 млн лет назад, черепная коробка была вполовину меньше, чем у современного человека (600 см³). Это примерно на 50 % больше, чем у любого австралопитека. Некоторые исследователи считают, что человек умелый – всего лишь разновидность следующего вида гоминид, человека прямоходящего (Homo erectus), а не отдельный вид. Но в любом случае у представителей нового рода имелись изменения в структуре мозга. Примеры останков Homo habilis показывают, что его мозг был более развит, кроме того, в нем произошло увеличение отдела, связанного с речью, – центра Брока. Это говорит о том, что представители данного вида общались друг с другом, хотя мы и не знаем, существовал ли у них тогда язык в современном понимании этого явления.
По оценкам, размер мозга представителей вида Homo erectus был 900 см³, то есть значительно больше, чем у его предшественника Homo habilis, хотя и ему было еще далеко до мозга современного человека.
Наши предки научились создавать и использовать инструменты, что позволило им разнообразить рацион и получать больше энергии из пищи, а после того, как они научились готовить мясо на огне, смогли получать еще больше питательных веществ. Они увидели, что приготовленное мясо дает гораздо больше калорий, чем сырое, поскольку его легче жевать и переваривать. При этом его нужно гораздо меньше, чтобы получить то же самое количество энергии. Это значит, что нашим далеким предкам перестал быть нужен такой большой кишечник (которому требовалось много сил при переваривании пищи), и со временем эта часть организма стала меньше, высвободив энергию для увеличения мозга. У современного человека размер кишечника значительно меньше того, что был у других высших приматов (примерно 60 % от объема). Однако большой мозг требует больше энергии. Значит, наш рацион должен стать более питательным, чтобы давать необходимое для эффективного существования топливо. Приматолог Ричард Рэнгем из Гарвардского университета считает, что человеческий организм стал адаптироваться к приготовленной пище 1,9 млн лет назад. По мнению ученого, это был ключевой переломный момент, когда мы разошлись в развитии с другими приматами.