Невероятные приключения рыбьей головы и другие казусы человеческой эволюции

     Девочка, правда, довольствовалась совершенно некорректными ответами, что ее в итоге и сгубило. Мы же с вами будем критичны и копнем глубже – прямо в происхождение рода Homo от первых клеточных организмов.

Примечание: здесь и далее под «бабушкой» будет подразумеваться вся совокупность предков человека от протерозоя (примерно 1,9 млрд лет назад) до наших дней.

Бабушка, почему у тебя такие большие уши?

Только не говори: «чтобы лучше слышать тебя». У птиц и рептилий никаких ушных раковин нет, и ничего, прекрасно слышат. Вот уж странности эволюции. Наружные уши есть у млекопитающих потому, что наши предки звероящеры любили хорошо поесть. Хорошо – не значит много. Хорошо – это не спеша и тщательно прожевывая каждый кусочек. Отчего у них сильно изменилось строение височно-челюстного сустава. Он теперь позволял совершать движения не только вверх-вниз, как у современных рептилий и птиц, но и взад-вперед и в стороны. Для ускорения метаболизма и теплокровности это здорово, а для крепления барабанной перепонки не очень.

И сейчас у птиц, например, наружный слуховой проход совсем короткий, а слуховая косточка всего одна – стремечко. Любителям же пожевать пришлось выдумывать целый ряд ноу-хау, чтобы не оглохнуть. Квадратная и сочленовная кости (у птиц они есть в полноразмерном варианте) уползли вглубь, образовав еще две слуховые косточки – молоточек и наковальню. Вглубь вместе со своим новым технологичным крепежом – барабанным кольцом, образованным еще из одной кости нижней челюсти, – уползла и барабанная перепонка, оказавшись прямо внутри черепа. В принципе, слышно, но хуже, чем если бы барабанная перепонка была снаружи. Пришлось со временем приспособить к этой конструкции рупор. Теперь мы в него вдеваем серьги, а свой длинный наружный слуховой проход ковыряем ватными палочками.

Бабушка, почему у тебя четыре ноги (или руки)?

Как бы нам ни хотелось думать, что человек на своих двух ногах и при умелых руках горделиво возвышается над остальным царством животных, конструкция на самом деле донельзя неудачная. Перейти к прямохождению при таком скромном наборе конечностей могли только потомки древолазов и прыгунов – приматов. Именно жизнь на деревьях сформировала у них такую фантастическую координацию и контроль движений (попробуй-ка неточно прыгнуть с ветки на ветку), что затем они смогли встать на задние лапы и не повалиться тотчас обратно. Конечно, ходить на двух лапах можно научить и медведя, и собачку, да и копытные иногда встают на дыбы, если испуганы или разгневаны. Но чтобы заставить их в таком положении задержаться, нужны тренировки и мощная мотивация вкусняшкой. А вот, к примеру, гориллы в высокой траве могут часами ходить на своих двоих. Просто потому что плохо же видно!

Тиктаалик – переходное звено между рыбами и наземными позвоночными. Иллюстрация: Zina Deretsky, www.sciencemag.org

А без свободных рук какие же орудия труда, какая добыча мяса, какая разумность? Так что абстрактному мышлению пришлось ждать, пока сначала 6 млн лет назад леса в Африке стали отступать и австралопитекам пришлось выбраться в саванну, а затем еще 3 млн лет спустя их наработки усовершенствовали уже представители рода Homo.

Освобождение рук для сложно координированных движений, требующих развития мозга, могло бы случиться намного раньше, если бы у позвоночных было не четыре конечности, а хотя бы шесть или восемь. Но не сложилось. У некоторых видов древнейших рыб между грудными и брюшными плавниками было еще несколько пар шипов, образованных из первичной плавниковой складки. Но они, видимо, особой пользы не принесли, так что и развивать их было незачем. В итоге от четырехплавниковых рыб произошли четырехногие земноводные, а там уже эволюция вошла в колею, и никаких других вариантов, кроме четырехлапого, для позвоночных не предусмотрено. Это хвост мы потеряли относительно недавно, так что и теперь еще иногда рождаются люди, у которых к копчику крепятся ненужные хвостовые мышцы. А тетраподия (так по-умному называется четырехногость) – древняя и оттого консервативная генетическая программа, уже не переделать.

Бабушка, куда делись жабры?

В конце первого – начале второго месяца внутриутробного развития у человеческого эмбриона хорошо заметны жаберные дуги – пластинки хрящевой ткани, «придуманные» ранними хордовыми еще в кембрии (485–440 млн лет назад), чтобы отверстия жаберных щелей не сжимались. Настоящих жабр у эмбриона нет, кислород он получает через пуповину, а вот их «наметки» есть. Зачем, спрашивается, и куда они деваются к моменту рождения?

Вообще, история путешествия и трансформации жаберных дуг в теле потомков древних рыб очень долгая и занимает примерно 200 млн лет, с начала силура и до триаса. Чтобы не томить читателей, с ходу сделаем провокационное заявление: почти все, что есть в нашем теле выше нижних ребер, помимо самих ребер, костей плечевого пояса и сердца, – это бывшая рыбья голова.

Первая жаберная дуга образует кости головы: верхнюю и нижнюю челюсти, а также мелкие косточки среднего уха – молоточек и наковальню, благодаря которым мы слышим. Вторая жаберная дуга образует еще одну слуховую косточку – стремечко, а также шиловидный отросток височной кости, на который крепятся мышцы и связки языка; вторая и третья дуги вместе делают подъязычную кость. Частично три первые дуги участвуют в формировании языка. Четвертая и следующие за ней жаберные дуги превращены в хрящи гортани и трахеи. Кроме того, эмбриональная ткань жаберных дуг образует целую кучу мышц шеи и головы, гортани и горла.

Наши легкие и диафрагма, позволяющая так глубоко и вольно ими дышать, – тоже производные жабр, правда, более поздние, нежели хрящи и челюсти. Легкие сформировались как выпуклость нижней части глотки у кистеперых рыб, пытавшихся выбраться из девонских болот. (Это, правда, сыграло с нами злую шутку. Из-за того, что ноздри находятся сверху, а легкие «выпучились» вниз, у нас образовался перекресток дыхательных путей и пищевода. Так что мы можем умереть, подавившись.) Диафрагма окончательно оформилась у рептилий, отделившись от мышц шеи.

Жаберные щели и карманы в человеческой анатомии тоже присутствуют, хоть и не оформляются до конца. Слуховой проход и евстахиева труба, соединяющая полость среднего уха с глоткой, – это бывшая первая жаберная щель и жаберный карман. Нёбные миндалины – второй жаберный карман. Паращитовидные железы, регулирующие уровень кальция в крови, и иммунная железа тимус – третий и четвертый жаберные карманы.

Так что если вам покажется странным, что первые хордовые через глотку и ели, и дышали, и половые клетки наружу выбрасывали, подумайте, что мы жабрами и смеемся, и слышим, и учим иммунные клетки бить врага. Вот уж действительно «и чтец, и жнец».

Бабушка, а зачем женщинам менструация?

Часть, которую авторша этих строк пишет с болью в душе и внизу живота. Нет в мире ничего более нелепого, чем устройство репродуктивной системы самок человека. А все наше «рыбное» наследство.

У самых первых хордовых, в отличие от членистоногих, никаких специальных протоков для вывода яйцеклеток из тела предусмотрено не было. Созревшие яйцеклетки разрывали стенку яичника, попадали в полость тела и выбрасывались через глотку и жаберные щели. Прошло 500 млн лет, люди полетели в космос и открыли квантовую спутанность, а яйцеклетка женщин по-прежнему, разрывая стенку яичника, каждый месяц выходит прямо в полость тела, где ее должен подхватить раструб фаллопиевой трубы. Спасибо, хоть горлом не идет.

Но это не самое худшее, что досталось нам от рыбообразных. Древней рыбке не было надобности смотреть за тем, оплодотворена яйцеклетка или нет. Оплодотворение все равно происходит снаружи, в воде. Дело самки маленькое – наделать яйцеклеток побольше и уплыть восвояси, пока не слопали. Это потом начались подвиги материнства: а давайте таскать икру на себе, чтобы ее не поели; а давайте спрячем ее в укромное место и будем охранять; а давайте вообще оплодотворять ее внутри тела, да, в принципе, пусть там и зреет. В общем, материнский вклад в выживание и питание потомства неуклонно рос, а сам принцип «метать во что бы то ни стало» остался прежним. Поэтому курицы несут неоплодотворенные яйца, а женщины только в России скупают ежегодно больше 30 000 т тампонов и прокладок (данные рынка за 2016 год).

Про радости беременности и родов, наверное, и рассказывать не стоит. К слову, живому организму не так-то просто превратиться в матрешку и таскать внутри себя растущее тело, у которого только половина твоих генов. Иммунная система бунтует и норовит прибить «паразита». Но отключать ее нельзя, тогда погибнет мать. Появиться на древе эволюции первым плацентарным млекопитающим помог древний вирус. Это он принес в нашу ДНК ген, позволяющий локально подавлять иммунитет матери около плода, в плаценте. Иначе были бы мы в лучшем случае сумчатыми. Хотя что тут лучше – это еще вопрос.

Бабушка, почему у тебя такая большая голова?

«Чтобы в нее есть!» – ответит какой-нибудь шутник (или волк) и будет по-своему прав. Почему у человека, как и любого позвоночного, самое драгоценное сосредоточено в одном месте и упаковано в черепную коробку? Почему бы нам не думать системой нервных узлов-ганглиев, как, например, раки? Попробуйте сейчас пошевелить пальцами на ногах. Представляете, сколько сигнал шел от моторной коры мозга к ноге? Больше полутора метров аксонов и вставочных нейронов спинного мозга. А так бы и выражение «Ты каким местом думал?» перестало быть метафорой. Каким делал, таким и думал.

Но эта элегантная простота не способна к самому главному с точки зрения человека – к качественному росту и усложнению. Нервный ганглий представляет собой, по сути, просто комок нейронов. Увеличивая себе нервную систему, любое членистоногое вынуждено только наращивать число ганглиев. Если ганглий будет увеличиваться в размерах, то нейроны, расположенные в его глубине, рано или поздно лишатся питания – и все, ушла мысль.

Предки первых позвоночных в этом смысле 530–535 млн лет назад сделали шаг в сторону усложнения нервной системы. Из набора связанных ганглиев они превратили ее в трубку, тянущуюся вдоль всего тела. Снаружи трубку питает кровеносная система, а внутри у нее канал, заполненный спинномозговой жидкостью. Само по себе такое строение преимуществ не дает. Но каков потенциал! Трубку, в отличие от ганглиев, можно раздувать пузырями, увеличивая площадь и объем нервной ткани, а те покрывать складочками и бороздами – рисуется уже понятная нам схема мозга. Раздувать, конечно, лучше не где попало, а там, где в этом есть нужда. Если вы довольно простое животное, то самое важное, что у вас есть, – это рот, вокруг которого расположены хеморецепторы, позволяющие определять, что здесь пища, а что дрянь несъедобная. И вот нервная трубка первых хордовых начинает раздуваться ровно там, куда это хордовое ест, – в будущей голове.

Человеческий мозг до сих пор несет на себе отпечаток условий жизни этих древних существ, которые еще даже на звание рыб не тянули. Обонятельные и двигательные зоны мозга (а также двигательные корешки спинномозговых нервов) у нас расположены чуть спереди, а чувствительные зоны (и соответствующие корешки нервов) – сзади. Зрительная кора и вовсе находится на затылке. Потому что, в отличие от нас, у первых хордовых, рыскавших по дну древнего моря в поисках закуски, глаза тоже были на «затылке», то есть сверху – откуда на них могла свалиться опасность.

Бабушка, почему у тебя такие большие зубы?

Зубы – то, что лучше всего сохраняется у ископаемых позвоночных, включая предков человека, наш самый надежный источник информации о том, кто раньше бегал по Земле. Это не удивительно. Зубная эмаль на 97 % состоит из минеральных соединений, в основном – гидроксиапатита, в то время как человеческая, например, кость содержит его только 60–70 %. Потому в зубах нечему гнить и нечего есть. Вот и лежат они, ждут своего палеонтолога. И ждут иногда очень долго. Ведь у наших далеких рыбообразных предков зубы появились раньше, чем кости.

А началось все в конце протерозоя – начале кембрия, то есть 850–540 млн лет назад. Все животные тогда были мелкие и в прямом смысле мягкотелые. То была вынужденная мера. Жизнь тогдашнего зоопланктона напрямую зависела от деятельности одноклеточных зеленых водорослей, которые производили кислород и обитали только в верхних слоях воды, ведь для фотосинтеза нужен свет. Вся жизнь плавала на поверхности океана, а погибая, опускалась на дно, где начинала окисляться, расходуя на это тот же кислород, которого и так в глубоких слоях было немного. Все изменилось, когда в древнем микроскопическом зоопарке появились животные-фильтраторы. Они поглощали мертвые органические остатки, а на дно отправлялись их испражнения – органика гораздо более переработанная, да еще и компактно упакованная. Океанская муть рассеялась, а в придонных слоях стало можно дышать. Тогда-то первые животные стали спускаться на дно. Если раньше они вынуждены были поддерживать себя в форме, чтобы не утонуть, то теперь могли и вес набрать, и отрастить себе разные панцири и раковины для уюта и безопасности. К ордовику (470–480 млн лет назад) воды моря, которое тогда плескалось на месте Ленобласти, уже рассекали головоногие моллюски с раковиной длиной до пяти метров. Вот это значит поправиться, а не «джинсы стали маловаты».

Это резкое увеличение разнообразия получило название «кембрийский взрыв». Раньше оно ставило в тупик ученых и давало аргумент в руки креационистам. Мол, глядите, ничего не было, и вдруг все появилось. Где же ваша хваленая эволюция, где переходные формы? А дело не в том, что ничего не было. Просто «все» было очень маленьким и почти не оставляло следов в отложениях.

Причем тут, собственно, зубы? Предки современных моллюсков, отращивая раковины, вовсе не руководствовались идеей «мой дом – моя крепость». Они всего-навсего запасали в организме кальций и фосфор. Первый необходим для функционирования даже самой простой нервной системы, второй входит в состав АТФ (аденозинтрифосфата) – универсального хранителя и переносчика энергии для всех живых организмов. Точно так же спустя миллионы лет поступили и наши предки, первые хордовые. Сначала формировали в теле гранулы гидроксиапатита. Потом нашли им еще одно полезное применение. Скорее всего, ни челюстей, ни позвоночника у них тогда не было. Такой вариант до сих пор реализуют миксины – бесчелюстные рыбы. Позже зубы оказались таким полезным приобретением, что их функции расширились до защитной и даже сигнальной (улыбочку, пожалуйста).

Бабушка, куда ты так много ешь?

Эту часть мы обозвали так из скромности, чтобы не смущать чувствительных читателей. Ведь на самом деле она посвящена попе. Причем не той попе, которая мощные человеческие ягодицы, приспособление рода Homo к прямохождению. А той, для которой наследники этого рода покупают трехслойную туалетную бумагу с запахом клубники. Анусу то есть.

Хотите верьте, хотите нет, но не появись 850–540 млн лет назад у животных анус, и не было бы сейчас никаких ручек, ножек, мозгов и сложных глаз. Остались бы мы все на уровне кишечнополостных – гидр и плоских червей.

Этот уровень мы и так проходим в процессе эмбрионального развития. Полый шарик (бластула) впячивается внутрь, образуя мешочек (гаструлу). В принципе, пресноводная гидра готова, только добавь щупалец. Но развитие (и эволюционное, и индивидуальное) идет дальше – и на дне мешочка тоже образуется отверстие. Анусом это второе отверстие станет только у круглых червей, моллюсков и членистоногих (они зовутся первичноротыми). У остальных, включая человека, анус – это как раз первое образованное отверстие, практически начало начал. Так что когда в следующий раз вам скажут, что, мол, то-то и то-то сделано через одно место, можете парировать, что для вторичноротых это нормально. Мы так уже полмиллиарда лет делаем, и все работает.

И ведь как работает! Именно появление выходного отверстия пищеварительной системы позволило животным сначала в прямом смысле есть без остановки, не прерываясь на выплевывание непереваренных остатков, а потом разделить эту систему на специализированные отделы, чтобы лучше усваивать белки, жиры и углеводы. Это, вместе с позднее изобретенным легочным дыханием, подняло обмен веществ на совсем новый уровень. Иначе никогда бы мы не обзавелись теплокровностью и не смогли бы позволить себе свои развитые, суперэнергозатратные мозги.