Текст книги "Почему сердце находится слева, а стрелки часов движутся вправо. Тайны асимметричности мира"

Идеи Маха ввели в психологию Майкл Корбеллис и Айвен Бил. Для начала вообразите полностью симметричную машину, которая ведет себя как самолет на автопилоте, по-разному реагируя на события слева и справа – например, боковой ветер – поворотами руля вправо или влево. Как и в случае с кошкой, которой на ухо садится мошка, нельзя сказать, что такая машина понимает разницу между левым и правым, хотя и функционирует очень эффективно. Вообразите теперь полностью симметричную машину, самолет на автопилоте или полностью симметричный мозг, которые способны реагировать асимметрично, например, поворачивая налево при появлении впереди асимметричного стимула, например буквы p. Что произойдет, если вместо этого появится зеркальный стимул, например буква q? Машине придется среагировать зеркально, повернув вправо. Чтобы понять почему, представьте, что и буква p, и машина отражаются в зеркале. Мы уже отметили, что машина полностью симметрична и потому нисколько не меняется в зеркальном отражении. Однако стимул переворачивается, буква p превращается в q, и в этом случае реакция тоже становится противоположной, левый поворот меняется на правый. Если бы это было не так, машина не была бы полностью симметричной. Финальный поворот, однако, выворачивает всю теорию наизнанку. Если машина действительно поворачивает в разных направлениях в ответ на стимулы, которые не являются зеркальными, скажем, налево в ответ на «+» и направо на «*», тогда и сама машина должна быть асимметричной. Только асимметричная машина или асимметричный мозг способны отличать левое от правого[117]117
  Corballis, M. C. and Beale, I. L. (1970) Psychological Review 77: 451–64; Corballis, M. C. and Beale, I. L. (1971) Scientific American 224 (3): 96–104; Corballis, M. C. and Beale, I. L. (1976) The Psychology of Left and Right, Hillsdale, NJ: Lawrence Erlbaum Associates.


[Закрыть].

Хотя рассуждения Маха были только мысленными экспериментами, они оказались весьма ценными для понимания того, как различаются правое и левое, и, как и идеи Канта, наложили жесткие ограничения на возможности симметричных систем. Поскольку мозг большинства животных в значительной мере симметричен, животные неизбежно сталкиваются с трудностями при различении правого и левого. Иногда животные обучаются различать стороны, но проделывают это хитроумным способом. Например, можно научить голубей различать зеркально-симметричные стимулы / и . Но что они делают: наклоняют голову на 45 градусов, превращая / и  в | и —, которые не зеркальны, а потому их можно отличить друг от друга. Фактически голубь, наклоняя голову, становится асимметричным. Можно получить такой же результат, если экспериментатор закроет один глаз голубя пластырем.

Теория Маха объясняет, почему некоторым взрослым бывает трудно различать правое и левое. Людям с более асимметричным мозгом сделать это легче, чем с симметричным. У леворуких степень латерализации мозга меньше, а у женщин – меньше, чем у мужчин, что объясняет некоторую разницу в определении правого и левого. Ярко выраженные правши и левши, как дети, так и взрослые, лучше различают правое и левое, чем те, у кого лево– или праворукость выражена менее сильно. Люди со значительной асимметрией тела, например с односторонним параличом, также лучше различают правое и левое. Поэтому самое простое практическое решение для тех, кто склонен путать правое и левое, – это придать своему телу некую асимметричность. Нью-йоркский судья Суда по семейным делам так решил эту проблему:

Я не могу сказать, где право, а где лево, не взглянув на свое обручальное кольцо или наручные часы. Я сказал жене, что наш брак – это навсегда, потому что если я окажусь без обручального кольца, то не смогу найти дорогу домой. Когда я веду машину, я потуже затягиваю ремешок наручных часов, чтобы, услышав от кого-то «налево», я бы знал, куда поворачивать. Или, когда я выхожу из дверей аэропорта – ну, там, где все эти знаки: багаж налево, такси направо, идите вперед, вверх, вниз, – я тоже всегда затягиваю туже ремешок часов[118]118
  Benton, A. L. (1959) Right–Left Discrimination and Finger Localization: Development and Pathology, New York: Hoeber, pp. 37, 51; Storfer, M. D. (1995); Dellatolas, G. et al. (1998) op. cit.; Gallet, J. H. (1988) Buffalo Law Review 37: 739–50, p. 741.


[Закрыть].

Пока что речь шла о не слишком выраженных случаях путаницы левого и правого, присущих обычным взрослым людям, которые, хотя и могут выполнить задания на различение правого и левого, все же считают их сложнее других заданий. Более выраженные случаи путаницы правого и левого у взрослых людей связаны с повреждениями мозга: у этих больных встречается вызывающий у медиков споры синдром, названный по имени венского невролога Йозефа Герстмана, впервые описавшего его в 1920-х годах. Синдром включает четыре отдельных компонента: неспособность писать (аграфия), неспособность считать или выполнять простые арифметические действия (акалькулия), неспособность отличать пальцы рук (пальцевая агнозия) и право-левая дезориентация. Этот странный набор симптомов, который британский невролог Макдональд Критчли назвал «соединением неожиданных и маловероятных феноменов», столь странный, что многие даже сомневаются в его существовании. Хотя некоторые неврологи считают его просто случайным набором симптомов, а не истинным синдромом, он все же выдержал поверку временем. Причина в том, что синдром Герстмана обычно связывался с повреждением конкретной части мозга – угловой и надкраевой извилин в теменной доле левого полушария. Связь между столь специфической способностью, как различение правого и левого, с крошечной областью мозга обескураживает, хотя едва ли это удивило бы Оскара Уайльда, упомянувшего в «Портрете Дориана Грея» о «своеобразном удовольствии сводить все мысли и страсти людские к функции какой-нибудь клетки серого вещества мозга»[119]119
  Critchley, M. (1966) Brain 89: 183–98; Dehaene, S., Dehaene-Lambertz, G. and Cohen, L. (1998) Trends in Neurosciences 21: 355–61. См. веб-сайт.


[Закрыть].

Вот типичный случай синдрома Герстмана. Хорошо образованный, имеющий диплом по литературе страховой агент из Женевы в возрасте 59 лет пришел в Отделение первой помощи, жалуясь на внезапную утрату способности писать, считать и даже набирать телефонные номера. Сканирование мозга показало небольшое повреждение в белом веществе под угловой извилиной, возможно, произошедшее из-за недостатка кислорода. У него было еще несколько симптомов, но детальное обследование выявило и другие компоненты синдрома Герстмана. В частности, присутствовала право-левая дезориентация, проявившаяся не только в том, что он делал больше ошибок, указывая точки на своем теле, но также и в том, что он выполнял задание очень медленно: на то, что обычно занимало около 40 секунд, у него уходило до десяти минут. Его почерк тоже очень испортился и напоминал, по его словам, почерк ребенка, а кроме того, он путал буквы «b» и «d», и «p» и «q»[120]120
  Mayer, E. et al. (1999) Brain 122: 1107–20.


[Закрыть].

Неврологов больше всего занимает вопрос о том, вызвана ли эта странная четверка симптомов при синдроме Герстмана одной причиной. Одно из предположений – существует проблема в понимании пространства, влияющая на то, как воспринимается пространственная организация правого и левого и как она меняется при вращении и движении объектов. Подобные трудности можно определить при тщательном исследовании умозрительного вращения – способности вообразить, как будет выглядеть предмет, если при повороте окажется в новом положении. Может ли такой недостаток в визуализации отличий левого и правого объяснить другие симптомы при синдроме Герстмана? Возможно. Неспособность писать, вероятно, объясняется проще всего, поскольку письмо очевидно связано с движением в определенном направлении (слева направо в английском). А потому смешение правого и левого самым серьезным образом скажется на способности писать.

Проблемы со счетом и арифметическими действиями объяснить сложнее, если не увидеть тесную связь между счетом и разграничением левого и правого. Если взять обычные арабские цифры, то самые левые обозначают большие числа, сотни и тысячи, а самые правые – меньшие, десятки и единицы. Смешение левого и правого вполне может повлиять на способность считать в уме. Левое и правое также присутствуют в «числовых формах», ментальных картах чисел, которые впервые описал в XIX веке сэр Фрэнсис Гальтон (Голтон). Почти каждый седьмой человек утверждает, что представляет числа в виде образов, которые могут быть достаточно сложными, как на рис. 4.7, хотя меньшие числа часто выстраиваются в прямую линию, направленную слева направо. Образ числа на рис. 4.7 особенно интересен, потому что у пациента была повреждена угловая извилина в левой теменной области – именно той, с которой связан синдром Герстмана – и образ числа после этого пропал.

Рис. 4.7. Образ числа

Еще одна математическая трудность соотносится с пальцевой агнозией – последней составляющей синдрома. Возможно, тот факт, что сначала мы учимся считать свои пальцы (и поэтому применяем десятичную систему счисления, по их количеству), вовсе не случаен. В английском языке и сами пальцы определяются по счету – первый палец, второй палец и так далее – и любая задача со счетом связывается с этим. Кроме того, способ, которым мы определяем наши пальцы, меняется вместе с положением рук: когда ладони обращены вниз, большие пальцы оказываются в середине, и мы отсчитываем пальцы от центра, тогда четвертый палец (мизинец) оказывается с краю; поверните руки ладонями вверх, и большие пальцы окажутся с краю, и подсчет пальцев пойдет от края к центру. Направление меняется по мере вращения – и именно способность это распознавать нарушается при синдроме Герстмана[121]121
  Mayer et al. 1999; Gold, M., Adair, J. C., Jacobs, D. H. and Heilman, K. M. (1995) Cortex 31: 267–83; Galton, F. (1883) Inquiries into Human Faculty and its Development, London: Macmillan; Spalding, J. M. K. and Zangwill, O. L. (1959) Journal of Neurology, Neurosurgery, and Psychiatry 13: 24–9; Butterworth, B. (1999) The Mathematical Brain, London: Macmillan. См. веб-сайт.


[Закрыть].

При синдроме Герстмана затруднения связаны со знанием о левом и правом. У некоторых пациентов возникает почти противоположное затруднение – они не могут отличить предмет от его зеркального образа. Ар Джей – 61-летний мужчина, перенесший инсульт в правой и в левой теменных долях. В ходе одного из экспериментов ему показывали рисунок и его зеркальное отражение, а экспериментатор продемонстрировал невозможность наложения одного рисунка на другой, иными словами, показал, что они как-то отличаются физически. Несмотря на это, Ар Джей сказал: «Из ваших действий я понимаю, что они должны отличаться… Но когда я смотрю сначала на один, а потом на другой, то для меня они выглядят одинаково». Ар Джей даже не мог указать отличную от других фигуру на рисунке (рис. 4.8), где две фигуры обращены в одну сторону, а третья – в противоположную. Проблема Ар Джея была не в плохом зрении или невнимательности к деталям – если все три медведя смотрели в одну сторону, но один чуть отличался от других, как на рис. 4.9, он без труда замечал это.

Небольшое изменение головы медведя на рис. 4.9 значило, что для Ар Джея этот медведь теперь был отличающимся, а не «таким же». В этом он прав лишь отчасти. В некотором смысле, медведи на рис. 4.8 действительно одинаковы. Слева ли смотреть на медведя или справа – это все тот же медведь, и часть зрительной системы Ар Джея знает это. Однако знание о том, что объект остается тем же самым, если смотреть на него с разных сторон, и знание о том, что при этом объект выглядит по-разному, – это отдельные процессы. Ар Джей знает первое, но не последнее, и часть его мозга, знающая об объекте, не знает или даже не испытывает необходимости знать о правом и левом[122]122
  Turnbull, O. H. and McCarthy, R. A. (1996) Neurocase 2: 63–72; Milner, A. D. and Goodale, M. A. (1995) The Visual Brain in Action, Oxford: Oxford University Press. См. веб-сайт.


[Закрыть].

Смешение левого и правого – распространенное явление, и от этого не застрахованы даже профессиональные ученые и художники. Анатом и хирург Фредерик Вуд Джонс обнаружил несколько примеров изображений «самых любопытных аномалий», на которых художники умудрились перепутать правое и левое (рис. 4.10). Знаменитый пример – портрет Гёте работы Тишбейна, который во Франкфурте имеет тот же статус, что Мона Лиза в Париже (рис. 4.11). Однако анатомически портрет имеет некоторые неправильности, левая нога выглядит слишком длинной, и это видно даже по раннему эскизу. Что бы ни было тому причиной, почти нет сомнений, что правая нога завершается левой ступней. Ученые в этом смысле не лучше. Например, элементарные частицы нейтрино всегда только левые[123]123
  То есть имеют только левую поляризацию.


[Закрыть]. Тем не менее несколько лет назад журнал Scientific American вынужден был опубликовать поправку после того, как назвал их правыми. Наиболее существенные ошибки происходят с самой знаменитой молекулой, ДНК, за расшифровку которой Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик в 1962 году были удостоены Нобелевской премии. Ее двойная спираль стала фактически символом самой науки, и ее изображения воспроизводились тысячи раз. Как правило, ДНК образует правостороннюю спираль (хотя изредка встречается и левосторонний вариант). Другими словами, она закручена, как обычный винт. Это, однако, не помешало появлению множества ее неверных изображений. Доктор Том Шнейдер собрал на своем веб-сайте сотни примеров неправильно нарисованной «левосторонней ДНК», найденных в основном в научных журналах. Многие из них были размещены на рекламных объявлениях, так что мы можем благородно предположить, что ученые их и не видели до печати, но далеко не все случаи объясняются так легко. И уж точно не появившийся в 2000 году редакционный комментарий в Nature, журнале, в котором впервые была опубликована структура ДНК, где так и говорилось, что «Уотсон и Крик смогли разгадать двойную левостороннюю спиральную структуру ДНК». Уотсону особенно не везло: в его учебнике 1978 года «Молекулярная биология гена» оказалось шесть иллюстраций, на которых ДНК изображена в виде левосторонней спирали, а в 1990 году американский журнал Science напечатал открытки, приглашавшие вступать в Американскую ассоциацию развития науки с цитатой Уотсона: «Я каждую неделю читаю Science с изображением ДНК, закрученной влево». Возможно, худший случай – это переиздание книги Уотсона «Двойная спираль», вышедшее в 1998 году, на обложке которого ДНК изображена левосторонней. Возможно, тот факт, что сам Уотсон – левша, не просто совпадение[124]124
  Wood Jones, F. (1941) The Principles of Anatomy as Seen in the Hand, London: Bailliere, Tindall and Cox; Wood Jones, F. (1949) Structure and Function as Seen in the Foot, 2nd edn, London: Bailliere, Tindall and Cox; Quinn, H. R. and Witherell, M. S. (1998) Scientific American 279 (October): 50–55; www.lecb.ncifcrf.gov/~toms/LeftHanded.DNA.html; Wang, A. H.-J. et al. Nature (1979) 282: 680–86; Anonymous, Nature 15 June 2000, p. 737; Porter, C. (2000) Nature 406: 234. См. веб-сайт.


[Закрыть].

Рис. 4.8. Какой из трех медведей отличается от других?

Рис. 4.9. Какой из трех медведей отличается от других?

Рис. 4.10. а. Правая ступня на левой ноге. b. У правой и левой ноги левая и правая ступни. c. Правая кисть на левой руке

Рис. 4.11. Гёте в Римской Кампанье. Портрет работы Тишбейна. Похоже, у правой ноги левая ступня

Несмотря на то что левое и правое очень легко спутать, в целом природе удается избегать путаницы, формируя организмы, сердца которых постоянно располагаются на левой стороне, и лишь в редких случаях схема меняется на противоположную. Биологические основы левосторонних и правосторонних организмов станут предметом следующих двух глав.

5. Сердце дракона

Во втором акте вагнеровского «Зигфрида», третьей из четырех опер «Кольцо Нибелунга», герой знает, что ему предстоит убить дракона. Зигфрид уже наточил свой верный меч, Нотунг, и спрашивает кузнеца Миме о драконе Фафне́ре. Миме рассказывает, как Фафне́р хлещет своим чешуйчатым хвостом, какая огромная у него пасть, сочащаяся ядовитой пеной,

 
и если хоть капля ее попадет на тебя,
то прожжет и плоть твою, и кости.
 

Зигфрид готовится к битве и спрашивает Миме: «А есть ли сердце у этой твари?» – «Безжалостное, жестокое сердце», – отвечает Миме. И тогда Зигфрид задает еще один вопрос:

 
А сердце это там же,
где всегда, в обычном месте,
слева в груди?
 

На что Миме́ просто отвечает:

 
Конечно, у драконов сердца там же, где у людей.
 

И это говорит Зигфриду обо всем, что ему нужно знать. Позже, в схватке, «Фафне́р рычит, припадает на хвост, вздымаясь на дыбы, чтобы всей тушей обрушиться на Зигфрида, – и открывает свою грудь. Зигфрид тут же понимает, где сердце, и вонзает меч по самую рукоять». И Фафне́р умирает[125]125
  См. веб-сайт.


[Закрыть].

В связи с этой сценой возникают вопросы, прямо связанные с темой этой главы, и прежде всего – почему сердце дракона расположено слева и почему именно там «обычно» расположены сердца людей и многих животных. Вопросы об асимметрии сердца вызывают еще более глубокий вопрос: почему столь многие органы нашего тела оказались симметричными – мы автоматически предполагаем, например, что у дракона будут похожие друг на друга (хотя и зеркальные) правая и левая передние лапы, правая и левая задние лапы, а также правый и левый глаза по обеим сторонам головы – ведь именно так обычно изображают драконов. Само слово «похожие» вызывает вопрос, действительно ли две стороны тела полностью идентичны или просто похожи. Если они слегка отличаются, то почему, и почему это имеет значение?[126]126
  См. веб-сайт.


[Закрыть]

В оригинальном либретто «Зигфрида», которое Вагнер, как обычно, писал сам, нет слова «левый», а сказано лишь, что сердце дракона там же, где у человека и других зверей. Английский переводчик по умолчанию предположил то же, что и большинство людей, – что у зверей, даже мифологических, сердце находится слева. Похожее допущение сделал и анонимный автор англосаксонского эпоса «Беовульф», предположивший, что дракон Грендель – правша. Похоже, положение сердца занимало людей с доисторических времен, по крайней мере, если верить рекламе сердечных капель дигиталиса, выпущенной в 1920 году фармацевтической компанией «Берроуз—Велком» (рис. 5.1). На ней изображен наскальный рисунок мамонта или слона с ясно обозначенным положением сердца (хотя сердце выглядит странновато, словно оно сошло с открытки к Валентинову дню). Можно вообразить себе отважных охотников, которые, сидя у костра, размышляют, подобно Зигфриду, где в точности расположен этот жизненно важный орган. Из картинки не ясно, знали ли они, что сердце находится слева, но подозреваю, что первобытные люди, регулярно разделывавшие животных, точно знали, где искать сердце[127]127
  James, R. R. (1994) Henry Wellcome, London: Hodder & Stoughton, p. 344; Vinken, P. (1999) The Shape of the Heart, Amsterdam: Elsevier. См. веб-сайт.


[Закрыть].

Левостороннее положение сердца обнаруживается у всех без исключения знакомых нам существ – кошек, собак, коров, лошадей и других млекопитающих, птиц, крокодилов, змей и всех пресмыкающихся, лягушек, жаб и прочих земноводных, а также бесчисленных видов рыб. Асимметрично не только сердце, но и большинство связанных с ним сосудов, тонкую сеть которых сэр Осберт Ситвелл назвал «хрупким алым древом, растущим внутри нас» – вены, подводящие кровь к сердцу, и артерии, несущие ее по всему телу. Невероятная красота кровеносной системы видна на рис. 5.2. Конструкция тела со смещенным сердцем создает те же проблемы, с которыми сталкиваются автомобилестроители, – как только принимается решение, что машина будет с левым расположением руля, тут же возникает цепочка следствий: каждая деталь должна соответствовать этому решению, как по необходимости, так и просто из-за ограниченного количества места. Подобным же образом в организмах позвоночных не только сердце смещено к левой стороне, но асимметрично положение и ряда других органов, наиболее подробно описанное применительно к человеку, но характерное и для большинства других позвоночных[128]128
  Sitwell, O. (1946) The Scarlet Tree, London: Macmillan; Ruehm, S. G. et al. (2001) Lancet 357: 1086–91. См. веб-сайт.


[Закрыть].

Рис. 5.1. Реклама настойки дигиталиса (наперстянки)[129]129
  Основное фармакологическое и токсическое действие сердечных капель настойки травянистого растения наперстянки (дигиталис) семейства подорожниковых связано с содержащимися в ней сердечными гликозидами, подавляющими работу Na/K-АТФазы – ионного насоса клеточных мембран, в том числе в сердечной мышце. – Прим. науч. ред.


[Закрыть], сердечных капель компании «Берроуз—Велком», выпущенная в 1926 году. Под изображением слона или мамонта расположена подпись: «Древнейшее свидетельство познаний людей каменного века в анатомии. Репродукция наскального рисунка из пещеры в Испании доказывает, что люди ориньякской культуры знали, что сердце – жизненно важный орган и средоточие жизни». Рисунок Анри Бреля по наскальному рисунку из пещеры Пиндал в Испании

В грудной клетке левое легкое зажато сердцем, и поэтому оно меньше по размеру и имеет только две доли, в отличие от более крупного и трехдольного правого. Аорта, очень крупный сосуд, по которому поток крови идет от сердца, прежде чем устремиться к нижней части тела сквозь диафрагму, сначала направлена вверх и налево. На рис. 5.2 самые заметные органы брюшной полости – это почки, левая, как обычно, немного больше и расположена чуть выше. Печень, самый большой орган брюшной полости, расположена справа, так же, как и желчный пузырь, а на противоположной стороне – намного меньшая селезенка, на рисунке она чуть выше левой почки. Не видны на рисунке желудок, смещенный влево, и двенадцатиперстная кишка, заворачивающаяся вправо, огибая сверху поджелудочную железу, которая тоже расположена справа. Витки тонкого кишечника, на вид беспорядочно спутанные, представляют собой ясную, упорядоченную и очень асимметричную структуру. Тонкий кишечник заканчивается в нижней правой стороне брюшной полости, переходя в слепую кишку толстого кишечника, от которой отходит аппендикс. Далее толстая кишка идет вверх по правой стороне брюшной полости, пересекает ее поверху и опускается вниз к сигмовидной кишке, переходящей в прямую кишку и анус, которые, наряду со ртом, глоткой и пищеводом, являются центральносимметричными частями пищеварительного тракта. Два яичка мужчин также асимметричны, правое обычно больше и расположено выше, что отчасти связано с необходимостью разместить эти органы в довольно странном месте, оставшемся для них в верхней части бедер. Намек на асимметрию мошонки есть у Джойса в «Улиссе», в ответе Блума на заигрывания Зои:

«Зоя. Где там твои орешки?

Блум. Сбоку. Интересно, что всегда справа. Наверно, потому что тяжелей. Мой портной, Мизайес, говорит, так у одного из миллиона».

Асимметрия органов брюшной полости ведет к тому, что хирургов особенно интересует, какая сторона тела у пациента болит – если, например, боль в правой подвздошной впадине, то диагнозом, скорее всего, будет аппендицит, если в левой – возможен дивертикулез сигмовидной кишки; если боли в правом подреберье, то причиной может быть болезнь желчного пузыря и так далее. Разумеется, некоторые заболевания возникают только в одном из парных органов, классический пример – варикоцеле, когда расширившиеся вены словно клубком опутывают тестикулы, что может привести к бесплодию – и почти всегда поражается левая сторона[130]130
  Oster, J. (1971) Scandinavian Journal of Urology and Nephrology 5: 27–32. См. веб-сайт.


[Закрыть].

Рис. 5.2. Кровеносная система здорового добровольца, подвергнутого магнитно-резонансной ангиографии. Сосуды стали видимыми за счет использования контрастного вещества, которое кажется белым; оно начало накапливаться в мочевом пузыре, который виден в центре изображения

Описанное выше расположение органов кажется до банальности нормальным всем, кто хоть немного знает биологию, так что приходится напоминать себе, насколько это нетипично для живых организмов в целом. Значительная асимметрия такого рода в основном свойственна позвоночным. Что касается других животных, то их сердце не смещено влево, а сосудистая система не асимметрична. У земляных червей, например, несколько последовательных сердечных камер в нескольких сегментах тела, точно посередине; точно посередине расположены и симметричные сердца других беспозвоночных. Действительно, организм «рабочей лошадки» генетики, фруктовой мушки дрозофилы почти полностью симметричен (с тем любопытным исключением, что пенис в ходе развития вращается по часовой стрелке). Лишь наше близкое знакомство с позвоночными, чьи крупные тела сходны с нашими, позволяют с легкостью забыть о том, как странно, что сердце находится слева. Как, почему и когда возникла эта странность?

Часть этих «почему» связана с направлением течения жидкостей, проблемами большого размера тела и наличием внутреннего скелета. От прочих животных позвоночные отличаются твердым внутренним скелетом. Мелким животным, особенно живущим в воде, скелет не нужен – взять хотя бы каплю протоплазмы, амебу. Когда организм живет на суше и достигает определенного размера, ему требуется опора, чтобы сопротивляться постоянной силе гравитации. Простые животные, такие как земляные черви, справляются с ней с помощью гидростатического скелета – системы трубочек, в которые нагнетается вода и которые сохраняют свою форму, подобно воздушным шарам. Более крупным животным жесткий скелет необходим, и насекомые, ракообразные и им подобные обзавелись внешним скелетом – твердым наружным хитиновым панцирем, к которому прикрепляются мышцы. До какого-то момента это прекрасно работает, но рост вызывает проблемы – требуется регулярная линька.

Большая проблема, как указал Джон Холдейн в своей знаменитой работе 1928 года «О должном размере», – это возрастающая сложность снабжения кислородом разных частей организма. Частичное решение – это внутренний скелет, свойственный всем крупным животным на Земле, от динозавров до слонов и китов. Самая заметная его часть, по которой все позвоночные и получили это название, – позвоночник, состоящий из серии позвонков. Позвоночник формируется вдоль более примитивной формы скелета, нотохорда, прямого стержня, формирующегося в ходе развития эмбриона позвоночных организмов. Нотохорд обнаруживается не только у позвоночных, но и у таких примитивных организмов, как морские асцидии, которые, как и позвоночные, относятся к хордовым. Внутренний скелет позволил позвоночным вырастать до значительного размера: сначала в воде – рыбам и позже на суше – земноводным, пресмыкающимся, птицам и млекопитающим. К скелету прикреплено множество мышц, позволяющих организму двигаться, и всем им необходима кровь, которую поставляет более крупное и эффективное сердце[131]131
  Haldane, J. B. S. (1985) On Being the Right Size (ed. John Maynard Smith), Oxford: Oxford University Press.


[Закрыть].

Хотя теоретически можно было бы представить себе эффективное, симметричное и центрально расположенное сердце, на практике большая эффективность означает асимметрию. Сердце – это машина, перекачивающая жидкость, и чем интенсивнее она перекачивается, тем большее значение обретают ограничения, налагаемые гидродинамикой – самими особенностями течения жидкости. Поток не должен быть хаотичным и беспорядочным, то есть следует избегать турбулентности, поскольку при этом растрачивается энергия и повреждаются красные кровяные клетки, что может привести к образованию тромбов. В сердце кровь проходит сквозь несколько клапанов, что позволяет избежать столкновения потоков крови – поступающего в сердце и покидающего его. Поскольку клапаны хиральны и, следовательно, ориентированы вправо или влево, сердце неизбежно должно быть асимметричным. Это хорошо объясняет асимметрию самого сердца, но не дает ответа, почему у позвоночных сердце смещено к одной стороне тела, поскольку порождаемые гидродинамикой проблемы одинаково хорошо решало бы и левое и правое положение сердца. Чтобы понять, почему сердце именно слева, нам придется присмотреться к предкам позвоночных и выяснить, откуда возникла асимметрия живых организмов[132]132
  Kilner, P. J. et al. (2000) Nature 404: 759–61. См. веб-сайт.


[Закрыть].

Долгое время не удавалось распознать в окаменелостях предшественников позвоночных. Существует огромное количество более поздних ископаемых, начиная с силурийского периода (около 430 миллионов лет назад), есть и несколько экземпляров ордовикского времени (около 480 миллионов лет назад), но более ранняя каменная летопись почти пуста. Впрочем, не так давно в Китае были найдены ископаемые возрастом около 550 миллионов лет – на данный момент это старейшие известные позвоночные. Их отличают характерные для позвоночных черты – череп, жаберные щели, плавники и крупное сердце – но вместе с тем они достаточно примитивны и еще не имеют челюстей, так же как и некоторые ныне живущие позвоночные. Как же возникли эти древние существа? Это сложная и требующая специальных знаний история, и здесь я могу лишь кратко очертить ее. Надо также признать, что история эта все еще пишется, и некоторые детали неизбежно изменятся в ближайшие несколько лет[133]133
  Shu, D. – G. et al. (1999) Nature 402: 42–6; Janvier, P. (1999) Nature 402: 21–2; Gee, H. (1996) Before the Backbone: Views on the Origins of the Vertebrates, London: Chapman and Hall. См. веб-сайт.


[Закрыть].

Древнейшие животные, вероятно, первоначально были одноклеточными, а позднее возникли многоклеточные – такие как губки. Далее появляется рот и нервная система, возникают организмы, живущие на субстрате – прикрепившись вертикально к скалам. Они засасывают пищу вместе с водой, переваривают ее в полости тела и выплевывают непереваренные остатки через рот. Следующий шаг в нашей истории очень важный. В какой-то момент появились организмы, которые вместо пассивного ожидания пищи перешли от вертикального положения к горизонтальному и стали ползать по морскому дну в активных поисках еды. Существа, находившиеся в вертикальном положении, прикрепившись к скалам, обладали радиальной симметрией, то есть формой напоминали банки или бутылки, у которых легко различить верх и низ, но поскольку в сечении они округлы, невозможно определить, где у них передняя, задняя, левая или правая стороны. Но как только они легли горизонтально на дно, прежние верх и низ оказались передней и задней частями, при этом рот оказался спереди. Наличие силы тяготения также означало, что у этих организмов появились новые верх и низ (рис. 5.3). Как только возникает верх, низ, перед и зад, появляется и возможность для определения левой и правой сторон, поскольку это возможно лишь тогда, когда определены направления верх-низ и перед-зад. На этой стадии, однако, левая и правая стороны еще идентичны, организм проявляет билатеральную симметрию и принадлежит к таксону двусторонне-симметричных (Bilateria)[134]134
  Изложенная гипотеза о цепочке симметрийных усложнений (нарушений симметрии) в процессе эволюционного развития многоклеточных эукариотов представляется вполне реалистичной и плодотворной. По всей вероятности, дальнейшее ее развитие будет связано с включением в отдельные этапы филогенеза, сопряженных с развитием билатеральности спиральных конструкций внутренних органов, формирующихся в ходе морфогенеза. – Прим. науч. ред.


[Закрыть].

Рис. 5.3. Процесс, который Джеффрис назвал «плевротетизмом»: в ходе него радиально-симметричный организм ложится набок, движется вперед и становится двусторонне симметричным

Простейшие потомки первых двусторонне-симметричных – плоские черви, но в числе других – самые разные черви, включая земляных; членистоногие, включающие ракообразных, насекомых, пауков и вымерших трилобитов; моллюски, в том числе устрицы, слизни, улитки, кальмары и осьминоги; и, конечно, позвоночные. Однако – и это поворот в самом буквальном смысле слова – двусторонняя симметрия, которую мы видим в руках и ногах людей и других позвоночных, возможно, не та же самая двусторонняя симметрия, которая отличает древних двусторонне-симметричных и современных червей[135]135
  Gee, H. (1996) op. cit., p. 10. См. веб-сайт.


[Закрыть].

Здесь стоит остановиться на некоторых специальных терминах, используемых в описании животного. Возьмем собаку. Начнем с носа, с передней части, которая на латыни называется anterior, задняя, где хвост – posterior, вместе они образуют антериально-постериальную ось. Ноги и живот у собаки снизу, на латыни эта сторона называется ventral – вентральной, а противоположная, верхняя – dorsal, дорсальной. Таким образом, определяется дорсально-вентральная ось, перпендикулярная антериально-постериальной. Третье измерение, левая и правая сторона проявляются лишь после того, как заданы антериально-постериальная и дорсально-вентральная оси, под прямым углом к этим осям. Большинство животных, будь то рыбы, лягушки, змеи, летучие мыши или ленивцы, можно описать в этих координатах. Хотя может показаться, что проще использовать обыденные определения – верх, низ, перед и зад, это оказывается проблематичным, когда приходится описывать наши собственные тела. Когда люди встали на ноги, все в теле повернулось под прямым углом, за исключением головы, которая наклонена вперед на шее. «Впереди» значит антериально применительно к собаке, но вентрально к человеческому телу, «вверху» – дорсально, если речь о собаке, но антериально в грудной клетке и брюшной полости человека. Поэтому далее я буду придерживаться недвусмысленных терминов «антериальный», «постериальный», «дорсальный» и «вентральный», несмотря на не слишком привлекательный облик этих слов.

Палеонтология полна загадок. Находки немногочисленны и разрозненны, часто они раздавлены, смещены и разломаны толщей горных пород, под которыми находились сотни тысяч лет; мягкие ткани сохраняются крайне редко, а окаменелости зачастую указывают не на какую-то определенную предковую форму, но лишь на промежуточные стадии. Палеонтолог Дик Джеффрис из Лондонского музея естественной истории, долгие годы работающий над проблемой происхождения позвоночных, так говорит о своем подходе к множеству противоречивых данных: «Это словно кроссворд. Если достаточное количество фактов подходит к этим очень сложным ископаемым, я надеюсь, что я прав. Любое отдельное утверждение будет лишь предположительным, но, если они вместе хорошо соответствуют друг другу, я надеюсь, что конечный вывод верен». Чтобы заметить все следы и повороты истории, нужен ум любителя кроссвордов или, скорее, поклонника игры го[136]136
  Jefferies, R. P. S. (1991) in Bock, G. R. and Marsh, J. (eds) Biological Asymmetry and Handedness (Ciba Foundation symposium 162), Chichester: John Wiley, p. 124. См. веб-сайт.


[Закрыть].