Текст книги "Кости: скрытая жизнь. Все о строительном материале нашего скелета, который расскажет, кто мы и как живем"

Происхождение самых первых плавников по-прежнему остается загадкой, однако палеонтологические находки явно указывают на то, что грудной плавник – расположенный по бокам рыбьей «груди» – появился раньше задних плавников. В какой-то момент была как минимум одна популяция рыб, у которых генетические команды на формирование грудных плавников в нужный момент не отключились (21). Такой случайный сбой привел к появлению у них задних плавников. Этот эволюционный скачок нашел свое отражение в палеонтологической летописи. Так, у маленькой ископаемой рыбы Guiyu oneiros, обнаруженной в породе возрастом 419 миллионов лет в китайской провинции Юньнань, плавники, растущие прямо из тазовой кости нашего чешуйчатого предка, были невероятно похожи на те, что располагались по бокам груди. Это не просто поверхностное сходство (22). Оно является свидетельством случайного события, в итоге открывшего новые огромные возможности для жизни.

Примерно четыреста миллионов лет назад стандартная структура позвоночного тела уже была задана. Как нам напомнил палеонтолог Нил Шубин, мы не просто рыбы в душе – мы на самом деле рыбы. Если рассматривать жизнь в целом, то существует лишь крошечная разница между нашим скелетом и скелетом латимерии – глубоководной рыбы, которая считалась давно вымершей, пока в 1938 году в Южной Африке не был выловлен живой представитель этого вида. Отличия, которые могут показаться нам существенными, – всего лишь небольшие модернизации. Проиллюстрировать это утверждение поможет один скелет, вплоть до недавнего времени хранившийся не так далеко от останков Эдварда Копа.

Моя встреча со звездой возрастом 375 миллионов лет была назначена на февральское утро 2015 года, вскоре после того, как Филадельфию сковал снежный апокалипсис. Полупройдя-полупроскользив путь до академии естественных наук, я кивнул у входа агрессивно настроенной статуе динозавра дейнониха с острыми когтями и с большим удовольствием зашел в теплое здание, где попросил позвать палеонтолога Теда Дешлера. Меня немного потряхивало – не столько от холода, сколько от мысли о том, с кем мне предстояло встретиться. Следует ли мне сразу же перейти к делу? Или сначала поболтать с Тедом? Разрешат ли мне фотографировать? Я побродил немного среди динозавров у входа, потом меня вызвали, и после непродолжительной легкой беседы Дешлер спросил: «Хотите посмотреть на образец?»

Хранилище коллекции академии оказалось не особо просторным. Места было ровно столько, чтобы открыть дверцы шкафов вплотную друг к другу – только вот стоять при этом перед ними, если вы хоть немного толще документов, описывающих аккуратно расположенных внутри созданий, вряд ли получится. Здесь хранится история, и ей нужен каждый свободный сантиметр. Я шагнул в сторону, когда Дешлер открыл ключом нужные дверцы, извиваясь взад-вперед, как это иногда требуется в хранилищах коллекций, чтобы вынуть лоток в одном из средних рядов. Здесь с самодовольной ухмылкой на своей древней морде и покоился Tiktaalik roseae.

Мне уже доводилось видеть слепки и модели этого существа. В музеях по всей стране имеются его копии, зачастую расположенные рядом с искусно выполненным чучелом, изогнувшимся, чтобы высунуть глаза и нос над поверхностью воды, подобно дружелюбному крокодилу. Тем не менее ничто не сравнится с впечатлением от его подлинных останков. Кости этого создания росли и изменялись, в то время как оно металось между двумя мирами прямо на пороге чего-то невиданного. У него не было рук, подобных нашим, однако базовые анатомические аналоги рук, ног, плеч и таза уже присутствовали. Tiktaalik roseae – переходный вид между древними рыбами и сухопутными позвоночными, которые в итоге навсегда выбрались на берег. Я был невероятно рад встрече с Tiktaalik не из-за статуса этого существа или некоего семейного родства с ним – я понятия не имел, обращаться ли к этой рыбе как к моему пра-пра-пра-пра-и-так-далее-предку или же обойтись менее официальным «братишка», – а из-за того, какой мир представляли его останки. Древняя среда, которая взаимодействовала с его костями, давно канула в небытие, однако мы по-прежнему можем к ней прикоснуться через создание, непреднамеренно и совершенно не ведая об этом завещавшее свое тело палеонтологам.

Восторгаясь увиденной окаменелостью, я заметил Дешлеру, что Tiktaalik кардинально изменил наше представление о самом важном поворотном моменте эволюционной истории, когда позвоночные выползли из воды на сушу. Дешлер мог бы похвастаться своей работой в ледяном холоде острова Элсмир, где он откопал этот образец, и последующими кропотливыми часами изучения его секретов в музее, однако вместо этого он задумался и сказал: «Ну как и все остальные окаменелости этого переходного периода». Слегка смущенный несдержанным проявлением своего фанатизма, я понимал, что он прав. Скелет Tiktaalik был лишь символичным олицетворением всех окаменелостей, изменивших наше представление об одном из самых выдающихся моментов нашей истории.

Для выхода позвоночных на сушу требовались огромные экологические перемены. Сушу нужно было подготовить (23). Первыми пришли растения, заняв свое место на древних берегах примерно 475 миллионов лет назад. Их история грандиозна сама по себе – эволюция из прикованных к воде видов в основателей древних лесов требовала кардинальных изменений. Следующими высунули свои головы из воды беспозвоночные. Примерно 428 миллионов лет назад – после того как растения начали завоевывать сушу, примерно в то же время, когда рыбы научились кусаться, – крошечные, похожие на сороконожку членистоногие выползли на доисторический берег, а уже 391 миллион лет назад первые насекомые вовсю лакомились доисторической растительностью (24). Таким образом, к тому моменту, когда рыбы наподобие Tiktaalik только задумывались о том, чтобы начать ползать вдоль береговой линии, растения присутствовали на суше уже 100, а членистоногие – более 50 миллионов лет. Позвоночным для перемещения на сушу требовалось не только подходящее анатомическое строение. Им нужна была причина, и она оказалась все той же, что мотивировала на это беспозвоночных миллионы лет назад: еда.

Рыба, способная проводить больше времени на суше, не только избавилась от угрозы быть съеденной хищными соседями, но и получила возможность пиршествовать в мире, где у нее еще не было конкурентов (25). На берегу был настоящий шведский стол беспозвоночных лакомств, который стоял без дела. Вместе с тем Tiktaalik и родственные ему виды, скорее всего, проводили на берегу не так уж много времени, если вообще туда выбирались. Похожие на саламандру Ichthyostega и Acanthostega могли спокойно перемещаться по суше, но в воде им было гораздо комфортнее. Лишь в период между 360 и 345 миллионами лет назад для позвоночных по-настоящему началась земноводная и сухопутная жизнь. Раньше палеонтологи называли этот период «разрывом Ромера» в часть знаменитого специалиста по ископаемым Альфреда Шервуда Ромера, указавшего на скудное количество окаменелостей, датированных этой важнейшей эпохой. Недавние открытия заполнили этот таинственный промежуток и продемонстрировали фантастическое распространение тетраподов в воде и на суше.

Как заметил Тед Дешлер во время моего визита для встречи с Tiktaalik, настоящее завоевание суши произошло не одновременно с появлением конечностей и пальцев. Рыбы стали земноводными и уютно обосновались на суше лишь миллионы лет спустя, в той главе земной истории, с которой мы только начали знакомство. Думая обо всем этом, я начал смотреть на собственные руки несколько иначе. Их прообразы не были спасительной благодатью для бесстрашной, покрытой чешуей рыбы, боровшейся за каждый вдох под безжалостными лучами солнца. Они появились еще в воде, помогая моим рыбьим предкам пробираться через ил и выскакивать на поверхность, чтобы иногда ухватить лакомый членистоногий кусочек. Но огромные возможности конечности открыли для созданий, вышедших на сушу.

В то время, когда рыбы продолжили бороздить моря, а земноводные обосновались на стыке двух стихий, одна группа позвоночных перебралась на сушу окончательно. Это были амниоты, названные так в честь самодостаточной амниотической (зародышевой) оболочки, позволившей им процветать вдали от влажных берегов. Миллионы лет спустя похожая на ящериц группа заложила основу для нашей с вами ветви генеалогического древа. Это были синапсиды – или, если вам будет угодно, зверообразные, – и хотя приобретенные ими изменения и были куда менее заметными, чем некоторые из уже описанных, они все равно внесли существенный вклад в то, как выглядит наше с вами тело сегодня. Скелет этих наших предков был лишь видоизмененной версией уже обычного рыбьего, однако имеет смысл рассмотреть некоторые добавленные и утраченные детали в период, когда наши предки превратились из похожих на ящериц созданий в мохнатых, напоминающих куницу, звероподобных. Так, например, у вас в глазах нет костей.

Расцвет звероподобных пришелся на пермский период, где-то между 298 и 252 миллионами лет назад. В этот период жил диметродон – животное с парусом на спине, которое часто путают с динозавром, однако на самом деле оно гораздо ближе по родству к нам с вами, – а также другие удивительные существа. У многих в наследство от предков-рептилий остались склеротикальные кольца – связанные между собой кости вокруг глазных яблок. Они были у диметродона и у клыкастого, похожего на свинью дицинодонта, и у саблезубых горгонопсов. Даже у группы, отделившейся в итоге от млекопитающих-цинодонтов, появлялись отдельные особи со склеротикальными кольцами в глазах. На заре же семейства цинодонтов, к которым мы с вами принадлежим – если не боитесь сломать себе язык научной терминологией, то официально они называются «пробаиногнатусы», – кости в глазах были утрачены (26). Объяснением здесь может служить размер.

Большинство из цинодонтов, напоминающих куницу, были относительно небольшими по сравнению с другими предками млекопитающих. Их череп составлял примерно десять сантиметров в длину, а тело по размеру было примерно как у современной лисицы. При столь малых габаритах глаза не нуждаются в особой поддержке. У больших глаз возникают трудности с так называемой аккомодацией – определенная группа мышц, напрягаясь и расслабляясь, позволяет глазу настраиваться на различную глубину резкости, чтобы сохранять остроту зрения. У рыбоподобных морских рептилий, ихтиозавров – глубоководных существ, плывущих в темноте в поисках кальмаров, – были огромные глаза с не менее впечатляющими склеротикальными кольцами, которые помогали им не терять свою добычу из фокуса в сумрачной толще воды. У маленьких животных с глазами поменьше подобных ограничений не было. Цинодонты, поедающие насекомых, еще меньше нуждались бы в таких костях, если бы они были преимущественно активны ночью или в сумерках, когда нет необходимости видеть все, что происходит вокруг. Не то чтобы подобные особенности способствовали этой утрате. В настоящее время существуют небольшие рептилии и птицы, у которых по-прежнему есть склеротикальные кольца. Уменьшение размера млекопитающих и их предков, возможно, позволило глазам наших прародителей размягчиться. А с учетом того, что кости имеют склонность ломаться, это, пожалуй, к лучшему. Я рад, что мне никогда не придется обращаться в травмпункт из-за перелома глаза.

Глазные кости стали не единственной утратой в этот период нашей истории. Судя по обнаруженным окаменелостям, наши предки тогда избавились еще и от ребер на животе, при этом общее количество отходящих от спины ребер уменьшилось еще до появления первых настоящих млекопитающих. Основание нашего корпуса досталось нам от мохнатого сопящего цинодонта. Причем дыхание, пожалуй, стало критически важным фактором. Помните диметродона и других похожих на ящериц предков млекопитающих? Скорее всего, они дышали не с помощью диафрагмы, а закачивали в легкие воздух, активно двигая ребрами, как это делают ящерицы. Кроме того, они даже перемещались, подобно ящерицам, переваливаясь из стороны в сторону всем телом. Это, должно быть, значительно ограничивало способность диметродона и его сородичей дышать на бегу и затрудняло ловлю и поедание добычи. Когда же наши предки-цинодонты и родственные им виды отказались от переваливающейся походки, подняв свои тела выше над землей и начав двигать ими во время ходьбы главным образом вверх-вниз, что мы по-прежнему наблюдаем у млекопитающих, открылись новые эволюционные возможности. Цинодонты больше не нуждались в ребрах для защиты живота от жесткой земли, равно как и в гибких ребрах, способных сдавливать внутренности. Их грудная клетка стала жесткой опорой, а дыхательные движения взяли на себя ткани, расположенные внутри ее. Наши цинодонты были прирожденными бегунами.

Все эти движения и встряски также привели к появлению у первых зверей одной из самых странных костей во всем нашем скелете. Я имею в виду коленную чашечку – закругленную кость, расположенную в месте соединения голени и бедра. Особенным ее делает тот факт, что коленная чашечка является так называемой сесамовидной костью – то есть костью, растущей внутри сухожилий. Между вашими коленными чашечками и остальным скелетом нет жесткого крепления. Они удерживаются между вашими квадрицепсами и надколенными сухожилиями, прямо над местом, где встречаются бедренная и большая берцовая кости. Когда вы появились на свет, ваши коленные чашечки были сухожилиями, однако уже к трем годам полностью окостенели.

Мы не единственные существа с коленными чашечками. Надколенники как минимум однажды возникали в ходе эволюции у птиц, многократно появлялись у ящериц и млекопитающих, причем практически все эти виды обзавелись ими в Юрский период. А все потому, что надколенник весьма полезен в быту. Будь то у птицы, кошки или у нас с вами, эта необычная кость может выступать в качестве рычага, поддерживающего вес животного, когда оно стоит или двигается. Кроме того, эта кость помогает держать ноги прямо, коленные чашечки являются частью опорно-двигательного аппарата у лошадей и других животных, позволяя держать колени в согнутом состоянии неподвижно. Нам практически ничего не известно о том, какую функцию выполняли коленные чашечки, когда они только появились в ходе эволюции, ведь и удерживающие кость сухожилия, и сама кость были тогда гораздо тоньше и еще не до конца сформировались. Возможно, все дело попросту в преодолении определенного порога, когда особи, которым посчастливилось стать обладателями сесамовидных костей в коленном суставе, оказались лучше приспособлены справляться с нагрузкой при беге, а также, по счастливому стечению обстоятельств, оставили после себя больше потомков, продолживших их начинание. Никто не знает этого наверняка, однако коленные чашечки запросто могли стать еще одной счастливой случайностью, которая помогла собрать нас в известном нам виде.

Звероподобные животные сделали еще один вклад в наш с вами скелет, который гораздо труднее обнаружить, во всяком случае глазами. Проведите по заднему краю вашей челюсти до болевой точки прямо под ухом. Здесь, где ваш ушной канал входит в череп, расположено отверстие под названием «слуховой проход». Он ведет к вашему внутреннему уху, и внутри этой полости находятся три крошечные косточки, именуемые молоточком, наковальней и стремечком.

Эти три косточки глубоко внутри выстроены в виде эдакой миниатюрной машины Голдберга. Слуховой проход заканчивается барабанной перепонкой. Представьте себе мембрану барабана, натянутую на отверстие. Молоточек соединяется с мембраной, следом за ним идет наковальня, а затем стремечко, и все три кости образуют своеобразный рычаг, передающий вибрации – которые мы, если все работает правильно, слышим в виде звука, – нам в ухо. Этот процесс происходит постоянно. Именно благодаря этим трем не знающим усталости крошечным косточкам я, набирая сейчас текст, слышу стук своих пальцев по клавиатуре, тихо играющую в колонке передо мной песню Led Zeppelin «Over the Hills and Far Away», а также свою храпящую на диване рядом собаку по кличке Джет.

Благодаря нашим звероподобным предкам известно, что уши – это модифицированные кусочки челюсти. Взгляните на нижнюю челюсть первых звероподобных существ вроде нашего приятеля диметродона – и вы увидите целую мозаику костей. Если же проследить дальнейшую эволюцию вплоть до наших предков-цинодонтов, то можно заметить, что костей нижней челюсти становилось все меньше и меньше, пока вся челюсть не оказалась единой костью. Что же случилось с теми остальными косточками? Из-за близости к уху их расположение оказалось идеальным для улавливания вибраций, которые мы воспринимаем как звук, и они были модифицированы, чтобы соответствовать этой задаче. Челюсть и ухо эволюционировали сообща, став потрясающим примером того, как эволюционная модификация создает невероятные изменения. Механизм поглощения пищи нашими предками способствовал появлению у нас, млекопитающих, чувствительных ушей, чтобы мы могли внимательно прислушиваться к окружающему миру, не говоря уже о том, чтобы сочинять наполнившую наши жизни музыку. Если бы не наши звероподобные предки, не было бы никаких электрогитар – кому захотелось бы жить в таком мире?

Но нам нужно двигаться дальше по временной линии эволюции нашего с вами скелета. Следующая глава истории жизни на нашей планете – мезозой – ознаменовалась всплеском млекопитающих. Разумеется, крошечные зверьки лишь путались под ногами гигантских динозавров и в целом оставались небольшого размера, однако первые млекопитающие совершенно не ленились эволюционировать. Они значительно расширили свое разнообразие, захватили множество ниш и приняли всевозможные формы, начиная от древних аналогов белок и ежей и заканчивая похожими на барсуков видами, питавшимися детенышами динозавров. Но это уже совсем другая история. Нас же интересует момент апофеоза владычества динозавров, а именно время незадолго перед тем, как астероид ударил туда, где сейчас находится полуостров Юкатан, – когда появились первые приматы.

На самом деле ни одно животное не может претендовать на звание первого примата. Гены и анатомия различных популяций млекопитающих постоянно видоизменялись – от особи к особи, от популяции к популяции. И тем не менее окаменелости позволяют нам отследить момент отделения приматов от всех остальных млекопитающих в виде существа под названием Purgatorius unio[2]2
  Purgatory – чистилище (англ.)


[Закрыть] – весьма подходящее название для млекопитающего, которое натерпелось невзгод на закате царствования динозавров и в качестве наивысшей награды получило чудесный новый мир, где представители этого вида могли в свое удовольствие лазать и носиться по влажным лесам.

Как именно выглядел Purgatorius unio, не совсем понятно. О нем известно лишь по фрагментам окаменелостей, обнаруженных в местечке под названием Purgatory Hill в штате Монтана. И тем не менее, несмотря на столь скудные знания о его скелете, зубы, таранная кость и другие обнаруженные фрагменты этого существа открывают нам нечто важное о Purgatorius и его вкладе в строение нашего с вами тела.

Лодыжки первых приматов уже были приспособлены к постоянной беготне и прыжкам с ветки на ветку. Это согласовывалось с эволюционной экспансией деревьев, приносящих соблазнительные семена и фрукты. С исчезновением динозавров мир стал для приматов настоящим раем. И хотя большинство сохранившихся скелетов Purgatorius все еще ожидают, пока их найдут, занимаемое ими место между насекомоядными млекопитающими и появившимися позже чем-то похожими на белку видами – официально относящимися к подотряду plesiadapiformes, – как правило, наталкивало палеонтологов на мысли о существе, похожем на тупайю. Представьте себе Purgatorius, семенящего вдоль ветки, обильно усыпанной спелыми, мясистыми фруктами. Уцепившись задними лапами, он тянется вниз своими когтями, чтобы сорвать благоухающий плод, а затем улизнуть с ним в укрытие и хорошенько полакомиться.

Столкнувшись с этим древним приматом вживую, вы бы наверняка сочли его за какую-то белку с длинной мордой. Приматы уже отделились от остальных млекопитающих, однако ключевые признаки, которые столь нам близки – способные хватать руки с противопоставленным большим пальцем и обращенные вперед глаза со взглядом, смотрящим прямо на тебя, – пока еще не появились. Purgatorius и похожие на него приматы лишь заложили основные предпосылки для появления этих черт из всех возможных анатомических вариантов, и именно жизнь на деревьях наделила наших предков этими особенностями.

У всех современных приматов глаза обращены вперед. Это одна из характерных особенностей нашего семейства, которая была свойственна также многим охотившимся на наших предков хищникам. Все дело в том, что направленные вперед глаза наделяют нас бинокулярным зрением и способностью лучше оценивать расстояние, что довольно полезно, когда живешь на деревьях. Любая среда обитания трехмерна, однако в некоторых условиях это важнее, чем в других.

Для того чтобы карабкаться по веткам и прыгать между ними, необходимо уметь правильно оценивать расстояние, чтобы не упасть и не получить травму, а то и вовсе не умереть. Более того, первые приматы, скорее всего, питались насекомыми, и из-за особенностей обмена веществ этим маленьким энергичным млекопитающим часто требовалась еда (27). Чем меньше животное, тем быстрее оно сжигает калории, а как можно видеть на примере современных небольших приматов, таких как долгопяты и мышиные лемуры, насекомые представляют собой отличный источник высокопитательной пищи. Таким образом, потребность в бинокулярном зрении была невероятно высока. Необходимость хватать быстро движущуюся добычу в непростых условиях стала стимулом, ускорившим появление приматов, способных точно определить, насколько далеко от них расположена очередная ветка или вкусный жучок. Кроме того, такой способ охоты может объяснить развитие кистей рук, которое открыло для нас совершенно новый мир возможностей. Если первые приматы хоть сколько-нибудь походили на современных, то они не ловили добычу ртом. Крепко уцепившись за ветку ногами и хвостом, они хватали мух и жуков руками и уже потом разгрызали внешний скелет своих членистоногих жертв. Ловкие руки позволили приматам срывать фрукты и листья, а также обеспечили их более крепкой хваткой. Одни из самых отдаленных наших родственников среди всех приматов, мышиные лемуры, ловят мотыльков прямо в воздухе, тем самым копируя поведение наших предков в эоцене.

Глаза, столько рассказывающие нам о нас самих и о других, а также руки, используемые, чтобы изменять окружающий мир, существовали уже 50 миллионов лет назад. Все, что вам нужно, – пройтись мимо вольера с приматами в любом более-менее крупном зоопарке. От кошачьих лемуров до равнинных горилл эти черты присутствуют у всех приматов. На самом деле общие признаки настолько очевидны, что основатель современной биологической систематики Карл Линней поместил нас всех вместе в семейство приматов за столетие до того, как эволюционные теории Дарвина и Уоллеса нашли объяснение этому сходству. Рассматривая разные черты, можно все дальше и дальше уходить в глубь времен. Ушные кости и отсутствие ребер на животе возвращают нас к цинодонтам. Пальцами на руках и ногах мы обязаны первым сухопутным тварям. Челюсти достались нам от суетливых рыб. Не существует какого-то определенного момента появления человеческого тела. Homo sapiens – это процесс, а не конечная точка. Нет никаких сомнений, что мы и дальше продолжим изменяться, и чтобы понять почему, нам придется на какое-то время отвлечься от глобального исторического обзора и погрузиться во внутренний мир нашего с вами тела. А поможет нам в этом испачканный битумом скелет.