Дмитрий Шабанов: Костенеющая свобода

Дмитрий Шабанов: Костенеющая свобода

Автор: Дмитрий Шабанов

Опубликовано 15 ноября 2011 года

Прошлую колонку я начал с того, что существуют адаптации "старые" и "молодые". Здесь мы обсудим эту тему, а для завязки разговора я расскажу кое-что о ранней эволюции рыб.

В моём рабочем кабинете стоит в воплощённом виде моя давнишняя мечта: аквариум с каламоихтами - почти неправдоподобными африканскими рыбами. Их русское название происходит от калама, тростника, а латинское (в свете последних веяний систематики), Erpetoichthys, означает "змеерыба". Каламоихты и многопёры (Polypterus) - современные представители кладистий, самой архаичной группы лучепёрых рыб.

Каламоихт и схема строения его лёгких (в поперечном разрезе и сбоку, по А. Ромеру и Т. Парсонсу)

Каламоихт - конечно, современная рыба, но он сохранил то строение лёгких, которое было характерно для девонских рыб, осваивавших загрязнённые мелководья (и для наших давнишних предков!). Суша тогда была практически голой, и растительный покров не закрывал её от разрушения водой. Замедляя свой бег у моря, речные воды откладывали песок и глину на дно. Когда отложения пережимали водоток, место их осаждения перемещалось дальше. Приливы прокатывались по широким дельтам - переходным между сушей и морем местообитаниям. Через эти влажные низменности, регулярно заливаемые водой, выходили на сушу и растения, и животные. Богатая растительность поставляла в эти воды немало органики, за её счёт существовала богатая фауна. Рыбы осваивали эту среду.

В воде с обилием гниющей органики часто не хватало кислорода. Как его получить? Некоторые рыбы просто выставляли из воды богатую кровеносными сосудами спину. Иные заглатывали пузыри воздуха, которые задерживали затем в пищеводе, в специальном углублении, служащем для газообмена. У ранних костных рыб орган газообмен отшнуровывался от пищеварительного канала, чтоб не мешать питанию. Смена воздуха в таком примитивном лёгком не требовала особых приспособлений, вроде нашей грудной клетки, работающей как меха. Всплывая к поверхности, рыба выпускала пузырь из лёгкого, набирала воздух в ротовую полость и, опускаясь на глубину, позволяла давлению воды протолкнуть этот пузырь куда надо.

Рыбы обновляют воздух в лёгких, используя давление воды (по И.И. Шмальгаузену)

Итак, лёгкие возникли как органы дыхания воздухом из воды. Заодно у них появилась ещё одна функция, гидростатическая: они уменьшают плотность тела рыбы, делая её невесомой в воде. Те рыбы, которые выходили на сушу, вначале не могли пользоваться лёгкими, ведь их тело было прижато к земле. Помогли конечности, способные приподнять тело...

Судьба лёгкого у рыб, оставшихся в воде, была разной. Некоторые из них перешли со временем в чистую морскую воду. Проблемы с газообменом отошли на второй план, дыхательная функция лёгкого отпала, гидростатическая осталась, и лёгкое превратилось в плавательный пузырь. Некоторые рыбы переходили к придонной жизни и теряли ставший ненужным плавательный пузырь. Некоторые лишённые пузыря рыбы (например, сомы, вьюны etc) осваивали пресные воды и оказывались в загрязнённой органикой воде, где сложно дышать. Они начали заглатывать пузыри воздуха с поверхности; в пищеводе у них развилось углубление, служащее для газообмена. Если у вас есть аквариум с рыбами, которые заглатывают воздух, вы знаете это характерное движение: вверх, по поверхности, чуть высовываясь из воды, и вниз, совсем как на иллюстрации. Круг замкнулся, но следующий виток спирали не начался: лёгкие у современных рыб не возникли.

Почему те изменения строения пищевода, которые достаточно быстро произошли в девонских мелководьях, оказались недоступными для современных рыб?

Перед тем как отвечать, скажу, что эта ситуация вполне типична. Изучение палеонтологической летописи показывает одну и ту же картину. Пока какая-то группа молода, её представители показывают изменчивость по существенным особенностям своего строения, демонстрируют так называемое архаическое разнообразие. Со временем из многих эволюционных линий внутри рассматриваемой группы остается лишь несколько. Группа достигает своего расцвета. Среда меняется, но это слабо отражается на строении интересующих нас существ; лишь под самый конец существования группы, перед её вымиранием, в ней появляются уклоняющиеся от общего тренда представители. Молодость, расцвет, старость и дегенерация... Представления о "возрасте" и "старении" отдельных групп были широко распространены среди палеонтологов конца XIX - начала XX века.

Пример перехода от архаического разнообразия к сохранению небольшого количества устойчивых групп даёт тип Иглокожие. Это замечательный тип животных, являющийся, кстати говоря, самым близким из "больших" типов к нашему - типу Хордовые.

Развитие организма - вовсе не механическая реализация чертежа, находящегося в генах. Это сложный процесс, для которого важен и поток управляющих сигналов от наследственной программы, и взаимодействие со средой. Новоприобретённые приспособления наследуются достаточно неустойчиво, зачастую только в специфичных условиях среды. Если какая-то адаптация оказывается удачной, её поддержит отбор. Со временем на смерть и выживание интересующих нас организмов будут оказывать большее влияние уже другие признаки, более молодые адаптации. Относительно старых признаков отбор будет нацелен только на одно: на поддержание их нормального развития. Всё новые адаптации будут развиваться у организмов, обладающих этими стабильными признаками. Теперь уже их изменение будет означать глубокую перестройку множества свойств организма, которая, скорее всего, будет малосовместимой с жизнью.

Из сказанного следует, что не всегда одинаковые по масштабу эволюционные изменения определённого вида будет требовать одинаковой интенсивности отбора. "Новые", пластичные, слабо связанные с другими признаки будут изменяться намного легче, чем "старые", консервативные, интегрированные в общий фон, необходимый для нормального индивидуального развития. Если же изменения "старых" признаков всё-таки происходят, они оказываются негармоничными, инадаптивными.

Итак, можно ожидать, что те признаки нашего вида, которые интенсивно изменялись на последних этапах нашей эволюции, окажутся менее устойчивыми, чаще будут порождать разнообразные аномалии, влияющие на наше здоровье. Особенно тяжело должны были даваться изменения тех признаков, развитие которых были хорошо зарегулировано на прошлых этапах эволюции. Рассмотрим наше строение (и проблемы нашего здоровья) с этой точки зрения.

Для начала вспомним, на какие из специальностей в мединститутах сложнее всего поступить. Учтите, что не все из медицинских профессий, как, например, специальности ларинголога, окулиста, стоматолога, невропатолога и гинеколога, соответствуют каким-то системам нашего организма. Профессии терапевта, хирурга, инфекциониста или санврача связаны с характерным видом деятельности. Поскольку в каком-то остром случае от хирурга зависит намного больше, чем от санврача, то его профессия оказывается более престижной. А как со специальностями, отличающимися по объекту?

Вне конкуренции - гинекологи и стоматологи. Понимаете, почему? У них всегда будет работа. Функционирование женской репродуктивной системы преобразовывалось на относительно недавних этапах нашей эволюции. Изменился женский репродуктивный цикл, стала несравнимо более интенсивной половая жизнь, усложнились роды. Конечно, главная причина усложнения родов - то самое увеличение размера мозга и соответственно головы.

У наших четвероногих родственников тазовые кости ограничивают органы малого таза с боков, но не служат им опорой. Зато с переходом к вертикальному положению туловища опорные функции таза расширились. Это один из характерных анатомических признаков человека: его таз (тазовый пояс) имеет форму таза (чаши). Половинки таза развернулись... и сузили выход из него. А тут - сложность! Ребёнок должен рождаться с большой головой. Возрастает частота смертей рожениц и новорожденных, особенно при первых родах. Отбор на выживание при родах приводит к появлению целого "букета" решений, но никакое из них не является идеальным.

Прежде всего - это сокращение эмбрионального развития, оценённого не по его сроку, а по зрелости новорождённого. Где-то встречал, что для достижения той степени зрелости, в которой появляется на свет детёныш шимпанзе, человеку нужно было бы не 9 месяцев эмбрионального развития, а 21! Я сомневаюсь в точности определения такого срока, но очевидно, что человеческие дети рождаются недоношенными по меркам наших ближайших родственников. За это приспособление приходится платить беспомощностью новорожденных, увеличением их смертности, большей "ценой" ухода за ними.

Два других решения - "складная" голова и "раздвижной" таз. Мозговой череп у новорожденного окостеневает не полностью, его части подвижны. За это приходится платить нарушениями кровообращения мозга во время родов, повышением частоты многих аномалий. За ослабление симфиза тазовых костей в лонном сращении приходится платить биомеханическими проблемами женщин. И всё равно смертность при родах без квалифицированной помощи остается высокой...

А что случилось с нашими зубами? Тоже букет проблем, и не только связанных с увеличением продолжительности нашей жизни и непривычной (в эволюционном отношении) диетой. Дело в том, что изменение пропорций в ходе эволюции достигается, прежде всего, изменением скорости роста разных частей тела. Чтобы увеличить мозговой череп, пришлось замедлить развитие лицевого. Рост его разных частей замедлился неравномерно (и с этим, кстати, связывают появление у нас подбородочного выступа) и вообще часто оказывается рассогласованным. Приведу пример из собственного опыта.

У меня, как и у моих родителей и других родственников, плохие зубы. На левый нижний зуб мудрости у меня в челюсти просто не оставалось места; вырастая, он выламывал соседний и разрушал нижнюю челюсть. В условиях отсутствия нормальной помощи такая аномалия, вероятно, привела бы к смерти в возрасте около 30 лет. Я получил квалифицированную помощь, остался жить, и с тех пор у меня родились ещё дети. Увы, у них тоже плохие зубы; один из моих сыновей даже носит сейчас специальную скобу для выравнивания не помещающихся в челюсти зубов. Смотрите: в условиях примитивного общества дефект моих зубов был бы не очень существенен, так как всерьёз проявляется только в том возрасте, до которого доживали лишь единицы, вот он полностью и не успел устраниться. Теперь и продолжительность жизни увеличилась, и действие отбора по этому признаку удалось практически снять. Единственная надежда на то, что медицинская помощь со временем будет только улучшаться, а не ухудшаться, и мои дети справятся со своими зубами ещё легче, чем я.

За что приходится платить нам с сыном? За перипетии нашей эволюционной истории. Приходится терпеть...