Иногда, чтобы выжить, нужно где-то задержаться. И это вовсе не про катастрофу самолета и опоздавших на рейс пассажиров. Это про эволюцию. Считается, что все существующие виды – так или иначе, победители (хотя зачастую в этот процесс вмешивается случай). Они достигли своего нынешнего положения благодаря суперэффективной специализации: приспособились к изменчивым условиям и опередили в этом достойных конкурентов. И все же среди них есть те, кто выиграл совсем не потому, что торопился.
Некоторые виды превратили в преимущество свою недоразвитость. Они научились зависать в детстве, навсегда сохраняя ювенильные черты, и при этом размножаться. Такая способность называется неотенией, от греческого neos – юный и teino – растягивать.
Неотения может проявляться двояко. В первом случае половое развитие идет в нормальном темпе, а развитие всего организма замедляется. Во втором – организм созревает для размножения быстрее обычного, но и растет только в этот период. Появления полностью развитой взрослой особи в обоих случаях не происходит, то есть онтогенез остается незавершенным. Остается вопрос: зачем природе такой механизм?
Все сказанное ниже подтверждает тезис о том, что неотения помогает виду лучше приспособиться, развить новые качества и занять наиболее подходящие для жизни ниши в то время, когда привычный мир накрывают катаклизмы. Разберемся – почему.
Происхождение птиц от динозавров практически не вызывает сомнений в научном мире (на самом деле, современные пернатые – это и есть так называемые птичьи динозавры), но сам эволюционный процесс – предмет постоянных дискуссий. Неотения могла бы пролить свет на проблему. Ученые Бхарт-Анджан Буллар (Bhart-Anjan Bhullar) из Йеля и Архат Абжанов (Arkhat Abzhanov) из Гарварда оцифровали и сравнили черепа динозавров, их детенышей, археоптерикса, аллигаторов и современных птиц. Результаты исследования указывают на то, что первые птицы, вероятно, появились в результате размножения недоразвитых родичей велоцераптора из подотряда тераподов (Theropoda).
Динозавры вымерли, а их ювенильные формы-неотеники преуспели на пути эволюции. Залогом выживания «будущих птиц» стало сохранение «детских» черт – компактного размера, более округлой головы, больших глаз и крупного, в сравнении с остальным телом, мозга.
Двинозавр. Иллюстрация:Дмитрий Богданов, commons.wikimedia.org
Неотения среди амфибий – тоже давняя история. При стандартном цикле развития взрослое земноводное, способное выходить на сушу и размножаться, появляется в результате метаморфоза из личинки-головастика, живущей исключительно в воде.
Ископаемый двухметровый двинозавр, обитавший более 250 млн лет назад на территории нынешней Архангельской области, при ближайшем рассмотрении оказался чем-то вроде «половозрелого головастика».
На это указывают выводы палеонтолога Владимира Амалицкого, обнаружившего двинозавра в 1899 году во время раскопок на российском Севере. Тогда в руки к ученым попало несколько черепов и один полный скелет. На «взрослость» необычной амфибии указывало окостенение позвоночника и строение некоторых костей, хотя в большей степени она напоминала не прошедшую метаморфоз личинку. «Детскими» оставались укороченный плоский череп, частично окостеневшие бедренные и плечевые кости, стопы и кисти, вероятно, полностью состоящие из хрящей. Время не сохранило их для исследователей. Вел себя двинозавр тоже как личинка: жил исключительно в воде и дышал жабрами.
Можно предположить, что в конце пермского периода, когда множество земных видов вымерло, двинозавр отказался взрослеть и выходить на сушу, поскольку понял, что в воде сытнее и безопаснее.
Среди амфибий-неотеников есть и наши современники. Похожий на маленького дракона 30-сантиметровый аксолотль оказался неотенической личинкой хвостатого земноводного – мексиканской (Ambystoma mexicanum) или тигровой (Ambystoma tigrinum) амбистомы, но ученые обнаружили этот казус далеко не сразу.
Аксолотли, обитавшие в озере Сочимилько, близ Мехико, приглянулись европейским аквариумистам еще во времена конкистадоров. В Старом Свете их успешно разводили в аквариумах, принимая за самостоятельный вид, пока однажды тайна не раскрылась. Огюст-Анри Дюмериль (Auguste Henri Andre Dumeril), французский зоолог и директор национального музея естественной истории, в 1863 году запустил полдюжины аксолотлей в один из водоемов парижского ботанического сада.
В один прекрасный день, проведывая своих подопечных, директор музея крайне удивился: в пруду плавало только пять аксолотлей. Шестой изменился до неузнаваемости и норовил выбраться на сушу… Похожее на крупную саламандру животное оказалось амбистомой. Случай привлек внимание биологов и, безусловно, дал толчок к исследованию явления, которое спустя полвека ученые назвали неотенией.
В Средневековье суеверные европейцы считали протеев детенышами дракона и убивали каждого беднягу, найденного на берегу реки после паводка. Тем не менее, о том, как бы выглядела взрослая особь этой неотенической личинки, науке пока неизвестно. Считается, что оба рода протеев – Necturus в Северной Америке и Proteus в Европе – решили навсегда остаться в воде и утратили способность к метаморфозу.
Вместо этого они обзавелись совершенно фантастическими способностями: могут жить до 70 лет, что удивительно для 25-сантиметровых существ, месяцами обходиться без пищи и размножаться двумя разными способами. В зависимости от условий среды обитания они могут откладывать яйца или рожать крошечных жизнеспособных личинок.
Независимо от способа размножения личинки протеев появляются на свет зрячими и серого цвета. Дальше развитие идет по одному из двух сценариев. В полной темноте, например, в условиях пещер и подземных рек, они постепенно бледнеют и закрывают глаза слоем кожи. Наполненный же светом водоем побуждает протея сохранить зрение и делает его пятнистым, искусно маскируя под цвет дна водоема.
Насекомые-неотеники готовы удивлять еще больше. Личинка жука фриксотрикса (Phrixothrix) благодаря светящимся зеленым люминофорам (веществам, способным преобразовывать поглощаемую им энергию в свет) на боках и красным на голове в сумерках напоминает миниатюрный пассажирский поезд. Прозвище у нее соответствующее – «железнодорожный червь». Тем не менее, из ряда вон насекомое выделяется из-за другой своей особенности.
Личинка-самец этого вида в назначенный час добросовестно окукливается и превращается в нормального небольшого жука, а личинка-самка остается вечным ребенком – гусеницей. Со временем она приобретает отверстие для кладки яиц, и на этом ее созревание заканчивается. Примечательно, что такой подход не мешает паре размножаться.
Неотения могла сыграть решающую роль в появлении домашней собаки. Доказательством этому служит эксперимент русского генетика Дмитрия Беляева с родственниками четвероногих друзей человека – лисами. На протяжении 45 лет (!) ученый отбирал для размножения самых добродушных животных, то есть тех, кто дольше других сохранял присущие лисятам черты характера.
Результатом эксперимента стало получение совершенно домашних лис – игривых и доверчивых. Однако вместе со способностью по-щенячьи привязываться к человеку они закрепили и некоторые внешние признаки «детского возраста» – более короткую мордочку, пятна на шкурке, хвост крючком, а иногда и висячие уши.
Беляев пришел к выводу о том, что селекция «запускает» гены, действие которых подавляется жизнью в дикой природе. Кроме того, механизмы, отвечающие за особенности поведения и внешние признаки, тесно связаны с работой эндокринной системы животного.
Связь между особенностями характера, экстерьера и интенсивностью секреции гормонов щитовидной железы подтверждает и сравнительное исследование собачьих пород. Эту закономерность выявили ученые Московской академии ветеринарной медицины и биотехнологии Татьяна Ипполитова и Неиля Хуснетдинова.
Закрепившиеся детские признаки можно найти и у человекообразных обезьян, например, у карликовых шимпанзе бонобо (Pan paniscus). В сравнении с обычными шимпанзе (Pan troglodytes) бонобо немного меньше в размерах, и череп у них по форме больше напоминает череп детеныша.
У обезьян много общего во внешности, оба вида проявляют сообразительность и хорошо обучаются, в дикой природе живут по соседству, но при этом заметно отличаются по характеру и общественному устройству. Шимпанзе агрессивны и угрюмы, бонобо – милы с собратьями, добродушны и беззаботны. Власть в стане шимпанзе чаще принадлежит самцам и опирается на силу, а у бонобо верховодят самки, которые предпочитают не воевать, а ладить с сородичами.
Антропологи из Гарварда и Университета Дьюка предположили, что неотения у бонобо проявляется не только внешне. Эксперименты показали, что в раннем детстве детеныши шимпанзе опережают бонобо в развитии – они более внимательны и быстрее соображают. Ситуация выравнивается только к 10–12 годам. При этом, взрослея, шимпанзе становятся прижимистыми эгоистами, а бонобо на всю жизнь сохраняют щедрость и доверчивость.
Сохранение ювенильных черт в комплексе со снижением агрессивности у бонобо очень напоминает результаты селекционного эксперимента с лисами генетика Дмитрия Беляева. Добродушные бонобо отличаются от шимпанзе примерно так же, как домашние животные – от диких. Только своим появлением неотеники бонобо обязаны не человеку, а естественному отбору. И это внушает оптимизм: даже природа иногда делает выбор в пользу того, кто отказывается от агрессии и заботится о ближнем.
Идея о том, что человек – неотеническая обезьяна, обрела популярность еще в первой половине XIX века. В 1836 году французский зоолог Этьенн Жоффруа Сент-Илер (Etienne Geoffroy Saint-Hilaire) наблюдал за орангутанами и изучал их скелеты. Его поразило, насколько детеныш этого примата внешне и поведением напоминает человека и отличается от своих родителей. Выходит, предками Homo sapiens стали не обезьяны, а их недоразвитые отпрыски? Масла в огонь подлило изучение эмбрионов гориллы. Ведь они напоминают человека в еще большей степени и появляются на свет почти голыми с шевелюрой волос на голове…
В то же время человек склонен сохранять детские черты. На уровне психологии – это сниженная агрессия, любознательность, любовь к играм и развлечениям. На уровне физиологии – затяжное детство: достигнув фертильности, он продолжает накапливать «взрослые» признаки. Последние зубы у нас появляются только к 30, к этому же времени на теле и лице вырастает больше волос, то есть организм продолжает «дозревать» уже после полового созревания.
Вдохновленный всеми этими наблюдениями и открытием гормонов, век спустя голландский анатом Луи Больк (Lodewijk Louis Bolk) провозгласил человека половозрелой личинкой обезьяны, которая сформировалась благодаря ретардации – замедлению развития определенных черт. И привел этому массу доказательств, сравнивая человека с обезьяньим эмбрионом: недоразвитое плоское лицо без прогнатизма (выступающей области челюстей), позднее срастание костей черепа, отсутствие на нем надбровных дуг и затылочного гребня, положение затылочного отверстия, крупный мозг, строение многих внутренних органов, конечностей и, конечно, количество и расположение волос на теле (современная наука считает, что волос на нашем теле примерно столько же, сколько и у приматов, просто они значительно короче, тоньше и бледнее, чем у наших ближайших сородичей из дикой природы).Больк полагал, что неотения, связанная с активностью эндокринной системы, объясняет практически все, и был очень убедителен. По его мнению, всеми процессами в теле человека управляли гормоны, а их секреция, в свою очередь, зависела от рациона. Стоило предку человека начать есть мясо, как он тут же запустил в своем организме процессы ретардации. Возможно, выводы Болька не были бы столь категоричны, знай он, сколько пищи для размышлений ученым даст расшифровка человеческого генома. Но он не знал.
Завершая рассказ о неотении, нужно отметить, что механизм, описанный Больком, исправно работает у рыб и земноводных. Головастики, которых кормят измельченной животной пищей, стремительно превращаются в лягушек. Гормон щитовидной железы, добавленный в воду, вызывает метаморфоз у аксолотля, и он перерождается в амбистому.
Пониженный уровень тиреоидных гормонов – веское основание для возникновения неотении. Личинки камбалы с нарушением функции щитовидной железы всю жизнь продолжают плавать прямо и не становятся «настоящими» – лежащими на боку плоскими рыбами, с измененным типом питания и двумя глазами на одной стороне головы.
Возможно, примерно так это работало у динозавров и птиц. И все же эволюция значительно сложнее, и отказ от взросления под воздействием гормонов – лишь один из факторов, влияющих на результат. Неотения способна запускать и многократно ускорять эволюционные процессы в периоды катастроф, когда мир вокруг становится менее приветливым, и единственный способ выжить – отказаться от высокой специализации, сделать полшага назад и «сохраниться на предыдущем уровне», в детстве.
Это новость от журнала ММ «Машины и механизмы». Не знаете такого? Приглашаем прямо сейчас познакомиться с этим удивительным журналом.
