Текст книги "Невероятная случайность бытия. Эволюция и рождение человека"

Появление черепа

Представьте себе, что вы находитесь в своем развитии на стадии трехслойного эмбриона, при этом клетки среднего мезодермального слоя вместе с мигрировавшими клетками нервного гребня формируют на головном конце особый тип эмбриональной ткани, называемой мезенхимой. Мезенхимные клетки пока еще «не решили», во что они хотели бы превратиться, и поэтому они просто растут. Такие клетки называют недифференцированными. Большинству из них в скором времени предстоит стать костями, мышцами, хрящами или клетками крови. Однако немногие недифференцированные стволовые клетки будут и дальше пребывать в нерешительности. Такие клетки присутствуют и во взрослом организме – в костном мозге и в жировой ткани, – являясь источником восполнения клеток. Отдельная область медицины – регенеративная медицина – целиком основана на возможности использования «мезенхимных стволовых клеток» для устранения дефектов и повреждений.

Большинство мезенхимных клеток, которым предстоит стать клетками костной ткани, сначала становятся клетками ткани хрящевой. В том месте, которое вскоре станет основанием черепа, мезенхима образует островки хряща. Эти островки объединяются, а затем превращаются в кость. Такой способ создания костей по первоначальной хрящевой «модели» является самой распространенной формой оссификации (окостенения) эмбрионального скелета: позвоночник, ребра, грудина и все кости конечностей, не считая ключицы, образуются именно так.

Хрящевой череп (хрящевое основание черепа) человеческого эмбриона

В развитии черепа мы видим еще один пример того, что Дарвин назвал «законом зародышевого сходства» (1859). У взрослого человека череп выглядит совершенно не так, как у большинства остальных млекопитающих. Однако, если сравнить хрящевую модель основания эмбрионального человеческого черепа с развивающимися черепами других млекопитающих, то выявляется просто разительное сходство. Основание эмбрионального черепа состоит из трех пар капсул, которые содержат носовую полость, глазницу и ухо. У многих других млекопитающих эти отделы легко различимы и на черепе взрослых особей: носовая капсула выступает вперед, образуя морду. Мозговой череп мал, компактен и располагается на слуховых капсулах, в которых находятся анатомические структуры уха. Напротив, наш мозговой череп вырастает таким крупным, что если мы посмотрим на него сверху, то не увидим ничего, кроме этого мозгового черепа. Наши глаза спрятаны под передней частью мозгового черепа; наш наружный нос очень короток и совсем не похож на морду животного, а вся полость носа тоже надежно спрятана под мозговым черепом.

Череп человека и череп собаки (вид сверху)

Большая часть костей нашего скелета развивается точно так же, как кости основания черепа, – сначала мезенхимные клетки превращаются в хрящевые, образуя хрящевую модель будущей кости, в которую затем и превращается хрящ. Однако свод черепа, образующий крышу мозгового черепа, вместе с частью лицевого скелета и ключицей формируются как твердые кости непосредственно из мезенхимы.

В мезенхиме, расположенной над развивающимся мозгом, дифференцируются костные клетки, образующие иглы костного матрикса, содержащего смесь белка и минеральных веществ кости. Иглы постепенно растут в радиальном направлении от центров окостенения, но все же в момент рождения кости черепа слегка отделены друг от друга, соединяясь волокнистыми перепонками. В месте соприкосновения двух костей виден шов. Там, где в одном месте встречаются несколько костей, образуются покрытые мембранами отверстия, называемые родничками. Это «мягкие места» младенческого черепа – большой родничок находится спереди, там, где соседствуют лобная и теменные кости, и малый родничок, расположенный сзади в месте соединения затылочной и теменных костей. Эти фиброзные суставы между костями черепа позволяют им немного накладываться друг на друга при продвижении новорожденного по родовым путям, что облегчает прохождение головки новорожденного (диаметром 9 см) через выход из таза (диаметром 10 см). Поэтому в момент рождения головка новорожденного иногда выглядит довольно причудливо. Правда, на следующий день кости становятся на свои обычные места, и головка делается, как ей и положено, круглой. Фиброзные швы между плоскими костями свода черепа остаются открытыми на время роста головы, что позволяет черепу расширяться. На самом деле швы очень важны для роста черепа – потому что именно в области швов и происходит собственно рост, так как новые костные клетки образуются из мембран, соединяющих края плоских костей и прикрывающих роднички.

Швы и роднички на черепе новорожденного

Формы черепа

Череп новорожденного младенца очень податлив. Его можно легко деформировать – случайно или преднамеренно. Преднамеренную деформацию детских черепов практиковали в Древнем Египте, Древней Греции, Перу и Австралии. Причудливая форма черепа должна была свидетельствовать о социальном статусе его обладателя, о его титуле, принадлежности к определенной группе. Деформированный череп был знаком принадлежности к политической или военной элите. Голова египетского фараона Эхнатона, похоже, была деформирована в результате заболевания, но скульптурные портреты его супруги Нефертити позволяют предположить, что ее череп имел удлиненную коническую форму. На мумиях Тутанхамона и его матери также заметны следы конической деформации черепа. На изображениях видно, что у всех фараонов продолговатые черепа, и видно, что это не дань художественной моде того времени – черепа египетских фараонов действительно были целенаправленно деформированы.

Древние аборигены Центральной Америки сжимали головы своих младенцев двумя кусками дерева, приложенными ко лбу и затылку, чтобы сделать голову более плоской в передне-заднем направлении. В результате голова ребенка начинала расти вверх. Исторические культуры Европы, Азии и Африки тоже известны обычаями наложения давящих повязок на головы детей для придания им желаемой конической формы. В статье, недавно опубликованной в научном журнале «Клиническая анатомия» (Clinical Anatomy), клиницистам напоминают, что странная форма детских черепов даже в наше время может быть следствием целенаправленного воздействия на голову ребенка в соответствии с какими-то традициями. Примечательно, что не далее как в 1994 году была опубликована книга, озаглавленная: «Красивый ребенок: руководство по приданию детским головкам нужной формы» (Baby Beautiful: a Handbook of Baby Head Shaping).

Случайные деформации детских черепов были широко распространены среди коренных жителей Америки, у которых в ходу были особые доски для переноски младенцев, которых крепко к ним привязывали, что зачастую приводило к уплощению затылка. С начала 1990-х подобное явление стали наблюдать после того, как молодым родителям (особенно в США и Великобритании) стали рекомендовать укладывать младенцев спать на спину. Кампания «спать на спине» пользовалась большим успехом, так как резко сократила число внезапных детских смертей, но, помимо этого, она привела к снижению частоты уплощения лбов. Правда, теперь стало больше детей с уплощением затылка, но, к счастью, это изменение оказалось преходящим.

Статуя Эхнатона (слева) и скульптурное изображение головы одной из дочерей Эхнатона и его супруги Нефертити (справа)

Тем не менее никакие деформации черепа – будь то случайные или преднамеренные – не оказывают никакого влияния на формирование головного мозга в полости черепа. Реальные проблемы, однако, возникают в случаях преждевременного закрытия швов, что ограничивает рост черепа. Раннее закрытие сагиттального (продольного) шва означает, что череп не может расти в ширину и может расти только вперед и назад, становясь длинным и узким. Преждевременное зарастание венечного шва приводит к ограничению роста в передне-заднем направлении, и в качестве компенсации череп становится более высоким.

Несмотря на то что кость представляется жестким образованием из неподатливой ткани – а зрелая кость именно такова, – давление, оказываемое на свод черепа изнутри, влияет на форму костей свода черепа по мере их роста. Это хорошо видно, когда преждевременно зарастают швы, а также в тех случаях, когда внутричерепное давление оказывается слишком высоким. При гидроцефалии (водянке головного мозга) избыток цереброспинальной жидкости создает повышенное давление, буквально раздувая свод черепа. Эта патология возникает в конечном счете в результате того, что в эмбриональном периоде головной мозг формируется из полой нервной трубки. По мере развития головного мозга пространство внутри трубки преобразуется в ряд последовательно сообщающихся камер или желудочков, наполненных цереброспинальной жидкостью (ЦСЖ).

Желудочки человеческого мозга в норме

Некоторые каналы, соединяющие желудочки мозга между собой или с каналом спинного мозга, могут быть очень узкими или вообще закупориваться, что приводит к накоплению в желудочках цереброспинальной жидкости. Это состояние можно лечить хирургически: в полость переполненных желудочков вводят трубку, другой конец которой выводят в другую полость тела, как правило в брюшную; в некоторых случаях в основании мозга проделывают небольшое отверстие, чтобы обеспечить отток лишней жидкости.

В 1999 году известный исследователь паранормальных явлений Ллойд Пай заявил, что странный череп, обнаруженный в 1930 году в некой заброшенной мексиканской шахте, возможно, принадлежал ребенку, рожденному земной женщиной от инопланетянина. В выложенном в YouTube видео Пай описывает череп «звездного мальчика» как «не имеющий практически ничего общего с человеческим черепом». Пай приводит мнение одного канадского специалиста по челюстно-лицевой хирургии, который якобы сказал, что за все время работы ему не приходилось видеть такого деформированного черепа, тем не менее едва ли это может служить основанием для того, чтобы допустить его внеземное происхождение. У черепа отсутствует верхняя челюсть, что делает его абсолютно необычным, на взгляд неспециалиста. Да, череп действительно необычен, но он больше похож на череп ребенка, страдавшего тяжелой гидроцефалией, от которой ребенок, судя по всему, и умер. Это не волнующая история об инопланетных пришельцах, а печальная земная история. Череп «звездного мальчика» – это череп брошенного ребенка, которого привело к смерти отсутствие адекватной медицинской помощи.

Наложение давящих повязок на голову и гидроцефалия могут приводить к деформации черепа, но и форма нормального черепа может многое сказать о его владельце. Черепа варьируют по форме и размерам в зависимости от принадлежности к определенной популяции или к определенному полу.

Типичный мужской европейский череп обладает выраженным надбровным валиком. В профиль такой череп имеет впадину между валиком и выступающими носовыми костями. На задней поверхности черепа, на затылочной кости, виден выступающий гребень, который называется затылочным возвышением. Его легко прощупать на затылке мужчины. У лысого или наголо выбритого мужчины это возвышение можно даже увидеть. Гребень с обеих сторон изгибается к срединной линии возвышения, образуя картину, похожую на схематическое изображение чайки. Под ухом есть еще один, направленный книзу выступ – сосцевидный отросток височной кости. Этот отросток легко прощупывается под мочкой уха. У мужчин этот отросток намного массивнее, чем у женщин. Сосцевидный отросток и большое затылочное возвышение – это места прикрепления мышц к черепу. К сосцевидному отростку прикрепляется длинная, идущая косо по поверхности шеи грудино-ключично-сосцевидная мышца. При повороте головы в сторону эта мышца отчетливо выступает на противоположной стороне шеи – собственно, сокращение этой мышцы и приводит к повороту головы. Затылочное возвышение вместе с гребнями по обе стороны от возвышения служит местом прикрепления мышц задней части шеи, включая и похожую на воздушного змея трапециевидную мышцу.

Череп «звездного мальчика»

Женский череп выглядит более хрупким и нежным. Все признаки мужского черепа есть и у женщин, но выражены они слабее. Надбровных валиков практически нет, или они очень слабо выражены. Линия лба плавно переходит в линию носа. Сосцевидный отросток мал и компактен, а задняя поверхность затылочной кости выглядит гладкой и круглой с едва заметным возвышением, к которому прикрепляются мышцы заднего отдела шеи.

Когда я рассматриваю найденный археологами скелет и стараюсь определить пол взрослого человека, настоящим даром является хорошо сохранившийся череп. Даже если отсутствуют тазовые кости или они фрагментированы, то по черепу всегда можно определить, кому принадлежал скелет – мужчине или женщине. По зубам, кроме того, можно определить возраст человека в момент смерти. Если зубной набор незрелый, то возраст установить очень легко, потому что разные зубы формируются и прорезаются в разные возрастные периоды в жестко определенной последовательности. К трехлетнему возрасту во рту младенца присутствуют двадцать молочных зубов; в каждом квадранте (то есть в половине челюсти) есть два резца, один клык и два коренных зуба (моляра). Через три года ребенок начинает терять эти зубы, и на их месте прорезаются постоянные зубы: их в конце концов будет тридцать два, включая и третьи моляры (зубы мудрости), если, конечно, вы не принадлежите к 10–20 % населения, у которых не прорезаются третьи моляры. Детские резцы и клыки сменяются более крупными резцами и клыками, а детские моляры сменяются премолярами (малыми коренными зубами) с двумя бугорками на жевательной поверхности, а за премолярами следуют три взрослых моляра (больших коренных зуба), которые занимают места на выросших челюстях позади молочных зубов. Первый постоянный большой коренной зуб прорезается приблизительно в шесть лет, второй в двенадцать, а третий – в восемнадцать.

Половые различия человеческих черепов: женского (слева) и мужского (справа)

Молочные (слева) и постоянные (справа) зубы

После прорезывания всех постоянных зубов определять возраст человека по черепу становится труднее. Можно, однако, составить, пусть даже весьма приблизительное, представление о возрасте человека, глядя на состояние швов, соединяющих плоские кости свода черепа. В момент рождения эти швы широко раскрыты и заполнены соединительнотканными мембранами, в детстве они становятся у́же, так как кости сближаются и начинают примыкать друг к другу, хотя все еще разделены слоем фиброзной соединительной ткани. У взрослых людей соединительнотканная перепонка в конце концов исчезает, а кости сливаются друг с другом, срастаясь в одно целое. К сожалению, срастание швов свода черепа не подчиняется таким строгим закономерностям, как прорезывание зубов, и судить о возрасте по швам можно, как уже было сказано, лишь приблизительно. Зубы, таким образом, очень ценны, особенно при археологическом исследовании ископаемых останков человеческих скелетов.

Сейчас мы едим мягкую, обработанную пищу, и наши зубы стираются не так быстро, как у предков, питание которых было более грубым. Достаточно сказать, что в хлебе часто попадалась мелкая пыль от каменных жерновов. Несмотря на то что эмаль – это самое твердое и прочное вещество в человеческом организме, способное перетирать самую грубую пищу, она все же со временем изнашивается, обнажая дентин – ядро зуба, и поэтому показателем возраста может служить степень стертости зубной эмали. Дентин обнажается в первую очередь на концах зубов, вдоль режущих краев резцов и на бугорках премоляров и моляров. Идут годы, у моляров постепенно стираются и исчезают бугорки жевательной поверхности. Поверхность становится ровной и представлена дентином, так как одновременно с бугорками стирается и эмаль, которая сохраняется лишь в виде ободка вокруг боковой поверхности. Зуб может стереться до такой степени, что эмаль полностью исчезает, а от зуба остается лишь небольшой выступ над корнем. Я – современный человек, и мой рацион не такой грубый, каким он был бы, живи я несколько столетий назад. Тем не менее, когда я чищу зубы, я иногда смотрю на них в зеркало и вижу, что бугорки на коренных зубах пока выражены очень хорошо, но зато на краях резцов уже проступила узкая полоска дентина. То есть мои зубы медленно, но верно стираются. Так что имеет смысл и вам оценить состояние своих зубов.

Челюсть из средневекового захоронения. Видно сильное стирание зубов, что позволяет предположить, что смерть этого человека наступила в возрасте 35–45 лет

Слух

Череп и зубы чрезвычайно полезны, так как помогают антропологам определять возраст и пол людей, которым принадлежали те или иные элементы скелета. Когда в нашу лабораторию поступает хорошо сохранившийся череп, я понимаю, что у меня есть неплохой шанс выяснить пол и возраст его умершего обладателя, но я редко могу устоять перед искушением исследовать и самые мелкие косточки человеческого тела. Эти косточки бесполезны в смысле определения возраста или половой принадлежности, но они восхитительны сами по себе.

Сначала я осторожно исследую костный наружный слуховой проход с помощью зубной кюретки (этим инструментом стоматологи удаляют у своих пациентов зубной налет), а затем осторожно вытряхиваю содержимое уха на подставленную ладонь. Среди сухой пыли и песка я кончиком пальца нащупываю три крошечные косточки – молоточек (malleus), наковальню (incus) и стремя (stapes). Молоточек имеет в длину около 9 мм, а маленькое стремя – всего 3 мм. Всякий раз я испытываю удивление, что эти косточки-малютки вообще сохранились, но тем не менее они сохраняются, и довольно часто. В живом организме эти косточки соединены друг с другом мельчайшими суставами и связками. Система слуховых косточек служит для преобразования колебаний воздуха в колебания жидкости.

Барабанная перепонка находится у внутреннего края наружного слухового прохода, полностью его закрывая. Если с помощью отоскопа (специального инструмента, который отоларингологи используют для осмотра уха) заглянуть в наружный слуховой проход здорового человека, то в конце прохода можно увидеть барабанную перепонку – блестящую, жемчужного цвета полупрозрачную мембрану. Можно даже рассмотреть молоточек, прикрепленный к противоположной поверхности мембраны. Звуковые волны, поступающие в наружное ухо, заставляют колебаться натянутую барабанную перепонку, а соединенные между собой три слуховые косточки передают эти колебания через среднее ухо, в полости которого они расположены, к окну улитки.

Слуховые косточки: самые мелкие кости организма

Улитка – это анатомическая структура, оправдывающая свое название и представляющая собой спиральную, наполненную жидкостью полость, расположенную внутри височной кости, в основании черепа. Рядом с улиткой находятся другие, тоже наполненные жидкостью трубки: три С-образных полукружных канала. Эти каналы расположены под прямым углом друг к другу. В полости как улитки, так и полукружных каналов находятся рецепторы – волосковые клетки, «усики» которых являются детекторами перемещения жидкости внутри трубок. Эти рецепторы воспринимают ускорения движения жидкости и определяют перемещения головы в трех взаимно перпендикулярных плоскостях.

Колебания жидкости в полости улитки порождают электрические импульсы в волосковых клетках (рецепторах), а эти импульсы, в свою очередь, передаются нервным клеткам, которые, объединяясь, образуют пучок – улитковый нерв. Этот последний объединяется с вестибулярным нервом, несущим информацию о положении и ускорении движения головы от других участков лабиринта, включая полукружные каналы. Объединенный преддверно-улитковый нерв входит в полость черепа и направляется в ствол головного мозга. По цепи нервов сигналы передаются дальше – из ствола мозга в его вышележащие отделы и в конце концов поступают в слуховую кору височной доли.

Так устроен слуховой анализатор и у других млекопитающих. Если вы заглянете в среднее ухо мыши или слона, то увидите там такую же цепь из трех слуховых косточек, связывающую барабанную перепонку с улиткой. Напротив, у пресмыкающихся в среднем ухе только одна косточка. История о том, как у млекопитающих появились три слуховые косточки, очень интересна, и мы вернемся к ней позже.

Продольный разрез улитки, на котором видны полости трех спирально закрученных, прилегающих друг к другу параллельных каналов, заполненных жидкостью. Слева представлена та же картина в увеличенном масштабе. На рисунке видны волосковые клетки

Ухо – невероятно сложный и нежный механизм, от тончайшей, полупрозрачной барабанной перепонки, крошечных слуховых косточек до хрупких волосковых клеток улитки, и кажется странным, что заболевания уха случаются не так уж часто. Потеря слуха может быть полной и частичной, наследственной (генетически обусловленной) или приобретенной. По мере старения все мы, так или иначе, теряем слух, и в первую очередь в отношении высоких частот. Помимо старения у приобретенной глухоты и тугоухости может быть множество других причин, включая такие инфекционные болезни, как корь, свинка и менингит, прием лекарств, а также воздействие некоторых растворителей и пестицидов. Слух может также пострадать от воздействия чрезмерно громких звуков – по этой причине слух теряется в половине всех случаев тугоухости. Волосковые клетки улитки отличаются хрупкостью, и громкие звуки, вызывая мощное движение жидкости в полости улитки, прижимают «усики» волосковых клеток, как сильный ветер укладывает на землю пшеницу.