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El homo sapiens posee una capacidad craneal promedio de entre 1,400 y 1,600 centímetros cúbicos, siendo mayor que el cerebro de sus antepasados, lo que le da una mayor capacidad para realizar procesos mentales complejos, como pueden ser concebir conceptos abstractos, desarrollar lenguajes complejos, así como la simbología para representarlos; la retención de conocimientos y la complejidad técnico-práctica para adaptarse y sobrevivir al medioambiente.
El homo sapiens tiene varias características físicas comunes con algunos de sus predecesores como: la posición bípeda, y la configuración craneal común a las especies predecesoras, pero con marcadas diferencias: mayor capacidad cerebral, y disminución del tamaño de la mandíbula, menor masa muscular y desaparición de prominencias orbitales de los ojos.
Se tienen indicios que los primeros homo sapiens, tenían piel de color obscuro para soportar la cantidad de rayos ultravioleta que llegaban a la zona de la sabana Africana de donde son originarios; esto se debe a las grandes concentraciones de melanina necesarias para la protección contra esas radiaciones.
Se cree que al migrar el homo sapiens a latitudes distintas del planeta, su piel se fue adaptando a los distintos climas y niveles de rayos ultravioleta y que esta adaptación provocó mutaciones que a través de las generaciones, dieron como resultado las distintas variaciones en el color de la piel y el pelo del hombre actual.
El homo sapiens es un animal omnívoro, es decir tiene la capacidad de alimentarse de animales y plantas; esto es observable tanto por su sistema digestivo el cual digiere los productos cárnicos con gran facilidad, así como su capacidad de absorber nutrientes de alimentos vegetales (excepto celulosas), lo que se aprecia en su dentición, pues posee dientes especializados en la trituración de vegetales (las muelas), así como desgarrar fibras como las de las carnes (incisivos y colmillos), aunque estos últimos han reducido su tamaño, a partir de las modificaciones de sus hábitos alimenticios, principalmente la cocción de los mismos.
Otra característica del homo sapiens es el vestido, pues al estar desprovisto de vello corporal, requería cubrirse para protegerse del frío, por lo que utilizó la piel de los animales para vestirse, y posteriormente creó su vestimenta de materiales variados, como vegetales y con el cabello de algunos animales; esto le permitió adaptarse a medios ambientes más hostiles.
A diferencia de otros homínidos, el homo sapiens, aprendió a cultivar las semillas y a domesticar animales, lo que lo orilló a ser sedentario y esto fue acompañado de la explosión creativa y la subsecuente creación de aldeas que fueron el inicio de la civilización conocida.
El homo sapiens es el único representante del género homínido, que logró utilizar y dominar los metales, haciendo de este material diversas herramientas y armas con las cuales revolucionaron las técnicas, que a su vez provocaron otros avances tecnológico-culturales, que han continuado hasta la fecha.
Una de las cualidades que distinguen al homo sapiens y al homo sapiens sapiens es que resguardan sus conocimientos para la posteridad mediante diversas técnicas, como la tradición oral y la escritura, y crearon la cultura, con la que organizan y resguardan los datos sobresalientes de sus religiones y vivencias, lo que dio como resultado la creación y diferenciación de las culturas.