#будинок вчених | Explore Tumblr Posts and Blogs

rmalenko · 5 years

Text

New Post has been published on Pinme.club

New Post has been published on https://pinme.club/pin/miliardy-rokiv-vashoho-tila-dyvovyzhni-rechi-iaki-vy-ne-znaly-pro-evoliutsiiu/

Мільярди років вашого тіла: дивовижні речі, які ви не знали про еволюцію

Людському тілу знадобилися сто мільйонів років, щоб стати таким, як воно є. При цьому більшість цього часу зайняв «косметичний ремонт», а результати й досі не оптимальні.

Чому еволюція не має мети, рухається повільно і більше любить перебудовувати старе замість створення нового? Про що говорить ген Sonic Hedgehog? Чому великий мозок – це проблема? Відповіді на ці запитання має еволюційна біологія.

Олена СтрукЗаписала10 червня 2019 Ігор ДзеверінРозповідаєеволюційний біолог, завідувач відділу еволюційної морфології Інституту зоології імені І. І. Шмальгаузена НАН України

Якщо вдивлятися в мармурові лінії людського тіла, відтвореного грецькими скульпторами, то здається, що красивішої конструкції не існує. Але за ідеальними лініями заховані сотні переробок, надбудов, перебудов і навіть вже майже непотребу. Якщо їх «бачити», то людське тіло стає у чомусь подібним до замку Хаула, яким його уявив Хаяо Міядзакі у своєму мультфільмі: башти, труби, кімнати, які, здається, росли одна на одній, видозмінювалися, перебудовувалися без якогось конкретного, заздалегідь підготовленого плану, але з метою рухатися далі.

Ким би і якими б ми не були зараз, всередині нашого тіла є сліди того способу життя, який вели найдавніші предки. Навіть ті, на яких схожий ланцетник, – примітивна морська істота, що зовні нагадує чи то черв’ячка, чи то рибку. Його називають живою копалиною, бо він майже не змінився у порівнянні з дуже древнім предком. Як і колись його «прадідусь», більшу частину часу він проводить, риючись у піску або лежачи на піщаному дні. Пересувається з місця на місце на невеличкі відстані, та й то тільки у разі, якщо потурбували. Основне його завдання – вмоститися на піску так, щоб було зручно їсти – всмоктувати через ротовий отвір планктон та органічні рештки, що їх приносять потоки води.

Якщо подивитися на план будови ланцетника, то побачимо, що він напрочуд подібний до плану будови нас, хребетних. І можна відстежити дуже довгий ряд перехідних форм від предка хребетних, схожого на ланцетника, до сучасної людини.

Подібні метаморфози найбільше захоплюють Ігоря Дзеверіна. «Мені завжди було цікаво бачити, як одна й та сама початкова схема видозмінюється найрізноманітнішим чином. Як, приміром, той самий план будови – у крилі кажана, що летить, у лапі крота, що риє, у кінцівці копитних, пристосованій для швидкого руху, та у хапальній руці людини. Те, як дещо стає чимось зовсім іншим, але при цьому зберігає слід своєї колишньої будови, є інтелектуально та естетично привабливим в еволюції. Варіанти та механізми можливих перетворень становлять логічний простір, яким надзвичайно цікаво рухатися. Це біологія, зовсім не схожа на ту, яку зазвичай вивчають у школах», – каже він.

Ми поговорили з Ігорем Дзеверіним про історію, яку розповідає наше тіло.

В еволюції немає мети чи прагнення до чогось. Багато вчених намагались довести, що у живій природі є певна програма вдосконалення, закладена чи то богом, чи то не знаю ким, і вона через численні перетворення у низці поколінь невідворотно веде ланцетникоподібного предка до людини. Фактично це твердження вже було у автора першої в історії цілісної еволюційної теорії, французького біолога Жана Батиста Ламарка в його ідеї «внутрішнього прагнення до прогресу». Але наукових доказів цього твердження немає. Можна говорити лише в якомусь метафоричному сенсі про прагнення організму вижити, впоратися з труднощами, розмножитися і залишити потомство, передати йому свої гени та якості. Еволюція рухається невеликими кроками. Частіше за все вона не створює щось нове з нуля, а перебудовує старе. Адже чим вагоміша зміна, тим менше шансів на те, що їй вдасться закріпитися. А ціна неоптимального виправлення, яке, втім, працює, нижча за ціну радикальної (і тому надто ризикованої) перебудови.

Найкращу аналогію до цього процесу навів Ніл Шубін у книзі «Риба всередині нас». Уявіть старий будинок, в якому робили ремонт не один раз. У ньому все пересунуто, перенесено, електропроводка протягнута так, що жодна нормальна людина ніколи б в житті так її не зробила. Та й взагалі, якби будинок планували наново, то нікому б не спало на думку проектувати його саме в такий спосіб. Головна умова ремонту – будинок має функціонувати під час переробок. В людському тілі можна знайти найдивовижніші результати подібних компромісів.

Око з його геть ірраціональною конструкцією – хрестоматійний приклад. Світло, аби дістатися до світлочутливих елементів сітківки, фоторецепторів, має пройти крізь неабияку перешкоду у вигляді кількох шарів з нервових клітин, відростків та капілярів. «Робоча» поверхня сітківки замість того, аби дивитися на оточуючий світ прямо, повернута до нього спиною.

Уявіть комп’ютер, в якому всі периферичні дроти простягнуті перед екраном, і ви змушені дивитися на картинку крізь них. Нехай навіть зробити дроти прозорими, все одно така інженерна вигадка виглядала б дуже дивною. Жодного фізіологічного, адаптивного чи містичного сенсу у створенні саме такої конструкції немає. І, наприклад, у головоногих молюсків, тобто у каракатиць, кальмарів та восьминогів, око побудовано за тим же принципом, що і в людини, проте нервові шляхи розташовані логічно – за сітківкою, а не перед нею. Але річ у тім, що в головоногих молюсків і в хребетних очі розвивалися різними шляхами.

Примітивні очі дуже далеких наших предків виглядали як скупчення світлочутливих клітин на поверхні нервової пластинки. У ті давні часи вона була частиною покривів тіла, де концентрувалися нервові та чутливі клітини. Згодом ця нервова пластинка зануриться всередину тіла і згорнеться в нервову трубку – зачаток центральної нервової системи хордових. Саме на етапі її формування у наших прапредків і трапиться халепа з очима – вони опиняться всередині трубки. Це те, що ми бачимо у того ж ланцетника. Проблем з зором така метаморфоза не викликала ні в наших предків, ні у ланцетника. По-перше, тому що покриви тіла ланцетника прозорі. По-друге, гострий зір цим тваринам взагалі не потрібний. Їм цілком достатньо відрізняти світло від тіні і визначати напрям світла. Їжу вони не вистежують як мисливці, а фільтрують з потоків води.

Але для активнішого створіння, яке швидко рухається, такі очі – справжня трагедія. Треба було щось виправляти. Наприклад, можна було «підтягнути» ділянку зі світловими рецепторами ближче до покривів тіла, що і відбулося. А потім ще й додати лінзу, тобто кришталик. При цьому фоторецептори так і залишились позаду нервових клітин на «дні» ока, яке стало нагадувати рукавичку, вивернуту навиворіт. Спеціально таку конструкцію вигадати неможливо. Це те, що комп’ютерники називають милицями – виправлення та переробки, які допомагають адаптувати щось під нові задачі або для роботи в інших умовах.

В еволюції немає мети чи прагнення до чогось

Ще один приклад, який полюбляють біологи-еволюціоністи, – блукаючий нерв. Одне з його відгалужень – зворотний гортанний нерв – проходить такий шлях всередині нашого тіла, що і справді здається: мабуть, заблукав. Гортанний нерв забезпечує рухомість і чутливість гортані. Приміром, те, що ми можемо говорити, – його заслуга. Він відгалужується від блукаючого нерва, що спускається з мозку вниз, в області грудної клітини, десь на рівні серця. Оминає його і тільки потім повертається вгору туди, куди йому потрібно, до гортані. Зайвий шлях гортанного нерва робить його вразливішим до пошкоджень.

Щоб зрозуміти, чому так трапилось, треба знову згадати ту маленьку вільно плаваючу тваринку, яка насправді більше копирсалась у придонному мулі, ніж плавала, нагадувала сучасного ланцетника і яка стала предком хребетних тварин. На певному етапі миролюбна пасивна істота почала еволюціонувати в бік активного хижацтва. Для цього знадобилися хапальні щелепи, розвинутіші мозок та органи чуттів і серце як центр кровоносної системи. Іннервацію цього процесу, тобто забезпечення з’єднання органів і тканин з центральною нервовою системою, взяли на себе черепно-мозкові та спинномозкові нерви.

Так утворилися риби. У них вся ця конструкція з нервів і судин виглядає логічно. Серце штовхає кров у черевну аорту. Через її відгалуження – артерії – вона потрапляє до зябер. Там збагачується киснем і піднімається до спинної аорти. Роботу зябер забезпечують відгалуження нервового стовбура до кожної зябрової дуги. Чотирикамерне серце – теж результат «ремонту». Насправді немає ніякої необхідності у двох колах кровообігу. Риби прекрасно живуть з одним. У зябрах відбувається насичення крові киснем, потім вона рухається тілом, віддає кисень органам, тканинам, клітинам і зрештою збідніла на кисень, але насичена вуглекислим газом, повертається до серця і зябер, де знову набирається кисню. Весь цей механізм добре працює, тож навіщо два кола кровообігу? Тільки тому, що на певному етапі еволюції з’явився додатковий орган дихання – легені, і треба було зробити відгалуження до них, а у серці – спеціальні засоби для перерозподілу крові. Так виникло додаткове коло кровообігу. Поступово це відгалуження стало головним, а зяброве дихання зникло, коли ми заселили сушу.

Абсолютно очевидно, що в нашому тілі є дивні, геть неоптимальні конструкції. Але найпрекрасніше в цьому те, що вони працюють.

В нашому тілі є дивні, геть неоптимальні конструкції. Але найпрекрасніше в цьому те, що вони працюють

Але ця струнка конструкція «ламається», коли між мозком та серцем вклинюється шия, яка в процесі еволюції ще й подовжується. Трапляється це в той період, коли деякі з риб пішли далі (у прямому та переносному сенсі) та почали виходити на сушу. Звичайно, поява шиї вплинула на розташування внутрішніх органів. Всі структури, які в тілі риби знаходились поруч, раптом розсунулися в різні боки. Серце разом з аортою опустилося вглиб тіла. Слідом за ними довелося рухатися і нервовому апарату. Це зробив і зворотний гортанний нерв – нащадок одного з відгалужень блукаючого нерва риб. Імовірно, ті переробки, які забезпечили б йому прямішу дорогу, коштували хребетним занадто дорого.

Еволюція відбувається під тиском добору, а мутації – це сирий матеріал, з яким він працює. Добір не має ні пам’яті, ні тенденції, ні мети. Взагалі-то він доволі опортуністичний. Як я вже казав, дрібні і незначні варіанти зберігаються частіше, ніж великі. Але в разі якихось серйозних змін середовища добір може підтримати доволі радикальні перебудови. Іноді вони ведуть організм на вищий рівень розвитку. Нова конструкція, яка виникне внаслідок цього, потім знову може змінюватися у багато різних варіантів. Наприклад, загальна схема будови, характерна для ссавців, потім реалізувалася з незначними варіаціями у всій різноманітності видів ссавців.

Перетворення напівчерв’ячка-напіврибки на високоорганізовану хребетну тварину забезпечили комплекс засобів, які він одержав, ще живучи у воді, – і мозок, і череп, і скелет, і серце, і органи чуттів. І, звичайно, кінцівки. Спочатку у вигляді плавців риб.

Є, до речі, гіпотеза, що кінцівки, як і щелепи – «нащадки» зябрових дуг. Колись у XIX столітті її запропонував один із класиків біології, німецький анатом Карл Гегенбаур. Довгий час цю ідею вважали занадто екстравагантною – поки відносно нещодавно не дослідили біомеханізми утворення зябрових променів скатів. Це такі придатки, що у ската розташовані ззовні з обох боків зябрових дуг.

Вчені проаналізували роботу гена Sonic Hedgehog (названий на честь персонажа відеоігор їжака Соніка – прим. авт.), який виконує багато функцій, зокрема відповідає за просторове розміщення різних органів у процесі розвитку ембріона. Саме ген їжака Соніка приховує в собі значну частину закодованого плану тіла та органів, у тому числі кінцівок чотириногих. Дослідники виявили, що він активний не тільки в зачатках майбутніх кінцівок, але й у зябрових дугах ската, і відповідає за ріст зябрових променів. Гіпотетично, це може стати серйозним аргументом на користь концепції Гегенбаура про те, що кінцівки чотириногих і зяброві промені хрящових риб мають еволюційну спільність.

Але повернімося до плавців. Мускулясті плавці кистеперих риб дозволили в якийсь момент типово водному організму почати опановувати сушу. Вони були достатньо потужні, щоб спробувати переповзти в інше болото у разі пересихання рідного водоймища. А шанси на успіх збільшувались із вдосконаленням додаткового органа дихання – легенів. Парадоксально звучить, але здатність жити на суші виявилась результатом прагнення залишитися у воді. Звичайно, про прагнення можна казати лише умовно. Природний добір підтримував тих, у кого можливості для пересування суходолом були кращими.

Таким був тіктаалік – викопна тварина, яку знайшов Ніл Шубін з колегами у 2004 році та яка є однією з численних проміжних ланок між рибами і наземними хребетними. На кінці його наче риб’ячого плавця палеонтологи побачили суглоб із заглибленням для чотирьох інших кісток. Конструкція нагадувала зап’ясток. На відміну від звичайних риб тіктаалік завдяки будові своїх вже не зовсім плавців міг згинати передні кінцівки – як це зараз може зробити людина. Вихід з води для чималого водного організму за складністю – майже як політ у космос. Однак у нього були свої переваги, наприклад, відсутність на той момент хижаків на березі. План будови кінцівки, яку отримали наземні хребетні, один із найодноманітніших. У будь-якого хребетного ми знайдемо плече, передпліччя, зап’ясток, п’ясток, фаланги пальців. Ті ж самі кістки – і в кажана, і в щура, і в мавпи. І в коней, які, до речі, пересуваються на кінчиках пальців, точніше одного пальця, середнього, який «вдягнутий» у копито.

У мавпи ті самі кістки складають долоню як хапальний орган. Він стає їхньою унікальною характеристикою. Спочатку головним завданням «доопрацьованої» долоні було триматися за гілки. Потім, коли мозок збільшився, додалася робота зі знаряддями. Мені здається, це одна з головних причин, чому розумними істотами стали саме люди, а не, наприклад, дельфіни: мавпи, крім розвинутого мозку, мали ще спеціалізований орган активного впливу на навколишнє середовище.

Мутації відбуваються в кожному поколінні, а закріплення тієї чи іншої з них залежить від інтенсивності добору, ��евною мірою від складності ознаки, певною – від ситуації в середовищі. Іноді навіть великі еволюційні перетворення відбуваються швидко, а іноді – повільно. Покритонасінні рослини за якихось 10 мільйонів років досягли великого прогресу, а ссавцям знадобилося 100 мільйонів років удосконалень, аби сягнути оптимального рівня. Що цікаво, досить часто багато часу потрібно на те, щоб позбутися якоїсь неоптимальної структури, яка нехай не шкодить, але вже не потрібна організму.

Не потрібним людині виявився і зовнішній хвіст, який ми втратили, хоча його скелет і досі є всередині нас у вигляді куприка. Певною мірою він функціональний – до нього кріпляться м’язи та зв’язки, тож він бере на себе значну частку фізичного навантаження на скелет. Але це наразі все. Хвіст на стадії редукції ми бачимо у мавп Старого Світу. Він слабкий і виконує небагато функцій – мабуть, його ще можна використовувати як балансир під час стрибків або для виховання підростаючого покоління.

Дитинчата мавп такі ж допитливі і не схильні слухатися батьків, як і людські діти, тому їхні мами тримають їх за хвоста, аби вони нікуди не лізли. Це дуже зручно, але зовсім не те, що у південноамериканських мавп, які пішли іншим еволюційним шляхом. Для них хвіст дуже важливий, фактично він як п’ята кінцівка, до того ж необхідний для налагодження емоційних контактів. Сімейні пари можуть засинати, сплітаючи хвости у косичку. Це дуже люблять показувати у документальних фільмах кінооператори-анімалісти.

Навіть у людському мозку можна знайти цікаві речі. Людський мозок – найскладніше, що ми знаємо в природі, хоча, знову ж таки, в його історії ми можемо відстежити всі проміжні сходинки – від складної структури до примітивних нервових систем, як у ланцетника. В останнього немає головного мозку як такого, є лише передній відділ нервової трубки, що не надто відрізняється від інших відділів.

Звісно ж, у будові мозку є багато зовсім несподіваних перебудов. Ось один із популярних в еволюційних біологів прикладів, який добре описаний у тій самій «Рибі всередині нас». Кора великих півкуль – та частина мозку, якою ми думаємо і якою, напевно, пишаємося найбільше. Анатомічно великі півкулі – це частина кінцевого мозку, а кінцевий мозок еволюційно формувався, як центр обробки нюхової інформації. У примітивних хребетних, зокрема у міног і міксин – істот, що за рівнем організації перебувають десь посередині між ланцетником та рибами,– кінцевий мозок фактично є лише центром нюхового аналізатора.

Але поступово значення частини, що є центром сенсорно-моторної координації, зростало. А в еволюції наших предків ще й зменшувалася роль нюхової частини. Ми прийшли до того, що в людини нюхова частина мозку зовсім редукована. Звичайно запахи відіграють у нашій поведінці певну роль, впливають на підсвідомість, але нюх у нас розвинутий гірше, ніж у мавп і тим паче в інших ссавців. Ми плутаємося у запахах, я вже не кажу про те, що не можемо йти по сліду. І це при тому, що великі півкулі у нас розвинуті на відмінно.

Людський мозок – найскладніше, що ми знаємо в природіАпендикс – яскравий приклад. Це орган, що знаходиться у стадії поступової втрати і являє собою звужену і зменшену частину сліпої кишки. У нормальних рослиноїдних організмів сліпа кишка дуже велика. Вона бере участь у перетравленні рослинної їжі, та, приміром, у гризунів або копитних вона прекрасно розвинута.

Наші предки теж були рослиноїдними, але ми еволюціонували в бік всеїдності і навіть певною мірою в бік хижацтва. Тому сліпа кишка почала всихати та її задня частина перетворилась на рудимент, який називають червоподібним відростком. Він ще виконує невеличку функцію у роботі лімфатичної системи, але ця мінімальна користь від апендиксу нівелюється ризиком захворіти. Гіпотетично можна уявити, що у подальшому люди будуть взагалі без апендикса. Якщо звичайно не вимруть раніше, ніж це трапиться.Ми підійшли до найдивнішого. Уявіть, що при цьому генів, пов’язаних з нюхом, у нас залишилась величезна кількість. Так, вони нам дістались у спадок від нашого предка – нічної тварини, яка відмінно чула, погано бачила і гостро відчувала запахи. Але сьогодні це вже валіза без ручки. Гени є, та багато з них дефективні, вони перетворились на псевдогени. Адже нащадки тієї нічної тварини залізли на дерево і стали мавпами. А для того, щоб стрибати з гілки на гілку, нюх не допоможе, потрібен гарний стереоскопічний зір. І зір почав покращуватися. Серед більшості інших ссавців гарний зір – це рідкість. В основному ним можуть похвалитися мавпи та деякі степові хижаки. Якщо для мавп нюх має менше значення, ніж зір чи слух, то у китоподібних з нюхом взагалі все сумно. Ніс перетворився на дихало, яке не виконує нюхової функції. Втім, всі ті ж нюхові гени у китоподібних залишились, але вони вимкнені за непотрібністю.

Більшість структур у тілі хребетних мають свої відповідники у предків. І дискусії зараз точаться здебільшого не про те, звідки вони взялися, а як. Наприклад, як рукокрилі почали літати? До недавніх пір вчені вважали, що перехідною стадією для польоту у кажанів було планерування, десь як у білки-летяги. Але судячи з усього, це не так. Найімовірніше, силовий політ та планерування значною мірою потребують різних адаптацій. Проте яким би не був механізм польоту, все одно у хребетних його забезпечує видозмінена кінцівка. Інша проблема – походження молочних залоз ссавців. Це похідні від якихось шкірних залоз, але від яких саме, ми досі не знаємо напевно. За своєю будовою вони схожі на потові залози. Дитинчата предків древніх ссавців злизували піт своїх матерів. У тих, в кого через мутації піт містив більше білка, він був поживнішим, і дитинчата краще виживали. Так поступово в кожному поколінні білка ставало більше, піт перетворювався на молоко, потові залози – на молочні. Все логічно і красиво. Однак за характером формування у той час, коли відбувається розвиток ембріона, молочні залози більше нагадують сальні залози. Можливо, їх еволюційна історія була складнішою, ніж нам здається.

Або як утворився волосяний покрив ссавців? Довгий час вважалось, що він споріднений із лускою плазунів і пір’ям птахів, але формується він із зовсім інших зачатків. Імовірно, зачатками волосин стають видозмінені залози. Існує думка, що спочатку вони були органом дотику. Тобто найперше волосся – це вібриси, а вже потім додалася функція терморегуляції. Але на сьогодні це все ще припущення.

Звичайно, з’являються й інші складні питання. Наприклад, звідки: звідки взялось мозолисте тіло, яке забезпечує обмін інформацією між двома півкулями мозку? Це еволюційне нововведення плацентних ссавців. Шляхом створення чогось принципово нового еволюція іде дуже рідко, але приклади такого в нашому тілі є.

Приміром, нервовий гребінь – структура, яка виникає під час розвитку ембріона. Ранній ембріон складається з трьох шарів клітин або зародкових листків. Зовнішній шар перетворюється на покриви тіла і нервову систему. У хребетних на межі між майбутнім покривом і майбутньою нервовою системою утворюється гребінець. Саме він і його похідні беруть участь у побудові багатьох важливих структур: з нього формується частина черепа, частина структур зябрового апарату – тих новацій, які дозволили хребетним піднятися на вищий щабель еволюції. У ланцетників, найближчих родичів хребетних, нервовий гребінь не утворюється, хоча основні гени, необхідні для його формування, у них є.Немає нервового гребеня, однак є гени, потрібні для його побудови, також у покривників. Цих тварин, як і ланцетників, відносять до хордових, хоча вони й дуже відрізняються від ланцетника та хребетних. Приміром, асцидія – типовий представник покривників. Це морська істота, що сидить на дні, точніше кріпиться до нього. Вона виглядає як надутий мішечок, будує собі покрив із туніцину, тваринної целюлози. При цьому личинка асцидії плаває, вона має хвоста, в якому знаходиться хорда, а також нервову систему у вигляді трубки – все майже так, як у хребетних та ланцетника. Останнім часом вчені навіть говорять про те, що ці дивні організми є ближчими до нас, ніж менш дивні ланцетники. Так ось, у асцидії є навіть щось подібне до того, що утворюється з нервового гребеня, – пігментні клітини, які містять меланін. І знаходиться їх джерело саме на межі нервової пластинки і покривного шару.Дослідники припускають, що принципово нові структури, такі як нервовий гребень чи мозолисте тіло, утворюються тоді, коли старі гени об’єднуються внаслідок мутацій у нові системи регуляції і починають функціонувати у новий спосіб. Наприклад, гени, які забезпечують систему лактації ссавців, мають і інші тварини, але як єдиний механізм вони з’являються на етапі формування плацентних та сумчастих ссавців. Подібне об’єднання, якщо воно випадково відбулося, добір може підтримати. Однак це трапляється рідко, просто тому що набагато частіше такі зміни шкідливі, ніж корисні.

Новації можливі й у результаті подвоєння гена, коли додаткова копія починає виконувати нову функцію. Науковці припускають, що в еволюції хребетних подвоєння генів дали матеріал для прогресивних еволюційних перетворень. Наприклад, з подвоєнням гена, який кодує мембранний білок-рецептор, пов’язують збільшення мозку. Різке збільшення мозку в людини, до речі, – ще одна загадка. Ця трансформація відбувалась в організмі еволюційно дуже пізно. На певному етапі в нас були майже людські обличчя, але при цьому ще майже мавпячі мізки. Прямоходіння виникло трохи раніше і знову ж таки не дуже зрозуміло, чому. Розмір мозку в нашій еволюційної лінії за останні 5-6 мільйонів років виріс, грубо кажучи, втричі. Це призвело до численних побічних ефектів, які важко назвати корисними. Очевидно, що через це пологи стали важчими, а новонароджена дитина довше залишається безпорадною. Необхідні якісь дуже вагомі переваги для того, щоб збільшення мозку стало вигідним.

Аналогічна ситуація і з прямоходінням – такою ж унікальною особливістю людей, як надзвичайно великий мозок і розумові здібності. І знову ж таки вона поєднана з великою кількістю негативних побічних ефектів. Це і підвищення ризику багатьох хвороб, і ускладнення вагітності, і уповільнення та ускладнення ходьби й бігу. Обидві ці особливості, притаманні людині, ще й не дуже узгоджуються між собою. Отже, постає питання, навіщо мозок взагалі збільшувався? Є гіпотеза екологічного інтелекту. Нібито великий мозок був потрібен для пошуку їжі і взагалі для виживання в складних умовах. Але ж мозку такого розміру, як у австралопітека, мало б вистачати, щоб вижити в савані. Гіпотеза соціального інтелекту пов’язує збільшення мозку з розвитком соціальності. Можливо, діяв самоприскорювальний процес. Якщо ми живемо в соціальній групі, то нам необхідно передбачати дії один одного. Якщо інтелект наших товаришів зростає, то і нам потрібно розумнішати. А якщо ми розумнішаємо, то настає черга товаришів наздоганяти нас, і так далі. Тож інтелект всередині соціальної групи швидко зростає. Жодну з гіпотез остаточно не доведено. А нещодавні дослідження показали, що пояснення, котрі ґрунтуються на гіпотезі соціального інтелекту, наразі статистично не переконливі.

Постає питання, навіщо мозок взагалі збільшувався?

Наш організм – це сукупність виправлень, які пройшли випробування середовищем. З одного боку, нам потрібні ноги, що ходять по тій землі, на якій ми живемо, легені, які дихають певним складом повітря. З іншого боку, всі структури мають бути гармонійно узгоджені між собою, а ресурси організму повинні розподілятися правильно між різними функціями. І якщо наш організм ефективно функціонує, вся сукупність «ремонтних робіт» виявляється цілком ефективною. Всі інші зміни відкидаються у процесі боротьби за існування. При цьому зберігається певна вихідна схема для багатоклітинних організмів, з якої і стартували переробки.

Згадаймо класичну картинку з біології зі стадіями розвитку ембріонів риби, саламандри, черепахи, щура і людини. Вона починається з майже ідентичних малюнків. І якби не підписи, то можливо, ми б і не відрізнили ембріон людини від ембріона риби, якими б далекими на перший погляд не здавалися дорослі організми.

Все тому, що зміни, якими діє еволюція, відбуваються не взагалі, а на конкретному етапі розвитку організму. Вони можуть трапитися, приміром, на ранній стадії ембріогенезу, коли закладаються системи органів, а потім органи майбутньої тварини. Але напевно, що такі експерименти частіше коштуватимуть життя. А можуть – на пізніших етапах, коли ембріон вже більш-менш сформований, і шанси на те, що мутація не буде шкідливою, вищі. Отож мутації, які закріплюються, і справді частіше відбуваються на пізніх стадіях розвитку ембріона, а ранні стадії навпаки консервативніші. Саме тому вони практично однакові у різних організмів якоїсь еволюційної групи й ембріон людини подібний до ембріона риби, навіть зяброві мішки та дуги є. Але у процесі розвитку ембріона єдина вихідна схема починає видозмінюватися. Спочатку в організму з’являються особливості на рівні класів (тобто риба починає відрізнятися від земноводного, земноводне від плазуна і так далі), потім на рівні рядів, родин, родів та видів. І ми бачимо, як рибка перетворюється на щось більш подібне до людини, яка таким чином ще до народження проходить повторення певних еволюційних етапів розвитку хребетних.

Проте ця схема працює не в усіх випадках. Знайдеться стадія, на якій ми схожі на мишу або рибу, але немає такої стадії, на якій ми схожі, наприклад, на комаху. У комахи наче теж є кінцівки, як і в людини, але будова їх зовсім інша, є шкіра, але теж не така. У нас внутрішній скелет – у них зовнішній, у нас трубчаста нервова система – у них вузлова, у нас спинний мозок – у них черевний. У нас м’язи кріпляться до скелета ззовні – у них зсередини, у нас замкнений кровообіг – у них незамкнений, і взагалі не кров, а гемолімфа. Фізіологія, до речі, не так сильно відрізняється. Але ж одні й ті самі фізіологічні задачі вирішуються зовсім різним шляхом. Зазвичай ми можемо бачити єдиний план будови і зародкову схожість у тварин одного типу. Наприклад, він буде єдиним для комахи, павука та рака, що є членистоногими, або для кальмара, мідії та равлика, що є молюсками. З іншого боку, ми не можемо його бачити у різних типів тварин. Виникає питання: чи є такий рівень, де б існував єдиний план будови для всіх хоча б багатоклітинних тварин?

Сама ідея про плани будови дуже стара. Її сформулював ще на початку XIX століття засновник порівняльної анатомії і палеонтології Жорж Кюв’є. Він визначив чотири плани будови, властиві чотирьом групам організмів – хребетним, суглобним, радіальним та молюскам. Зараз ми знаємо, що таких планів насправді значно більше. Інший не менш відомий французький вчений Етьєн Жоффруа Сент-Ілер вважав, що у всіх тварин один і той самий план будови. У 1830 році це призвело до дискусії, приводом для якої стала спроба двох молодих науковців-послідовників Сент-Ілера довести єдиний план будови каракатиці і хребетних. Кюв’є піддав результати цих намагань нищівній критиці, а Сент-Ілер виступив на їх захист. Ця суперечка відіграла надзвичайно велику роль у розвитку біології. Власне, вона одразу викликала багато уваги. Єдиність плану будови різноманітних тварин сприймалася як непрямий, але досить вагомий доказ реальності еволюції, виклик панівному креаціоністському світогляду, згідно з яким усе в природі розкладено по полицях, усюди межі, які неможливо здолати. Поразка ідеї єдиного плану будови сприяла дискредитації еволюційної ідеї, і ще протягом десятиліть у науці панував креаціонізм. Власне, репутація цієї ідеї станом на початок XIX століття і так була підмочена тим, що перші еволюційні узагальнення часто були слабко обґрунтованими. Думка про еволюційний розвиток живої природи, якої дотримувався Ламарк, і до якої, можливо, схилявся Сент-Ілер, здавалася солідним респектабельним науковцям того часу поетичною фантазією, щонайбільше – філософською концепцією, якій немає місця в серйозному науковому знанні.

Лише значно пізніше Чарлз Дарвін зміг в процесі копіткої праці, що тривала два десятиліття, синтезувати в рамках єдиної теорії ті факти, на яких ґрунтувалися креаціоністи, і ті, на які спиралися перші еволюціоністи. У теорії природного добору Дарвіна знайшли своє пояснення та обґрунтування антагоністичні, здавалося б, принципи: еволюційний принцип, що його пропонував Ламарк, і принципи стабільності будови і взаємної відповідності частин тіла, запропоновані Кюв’є. Що ж до планів будови, то ми змушені визнати, що в дискусії 1830 року Кюв’є і справді був правий. Сент-Ілер передбачив деякі важливі аспекти сучасного розуміння будови організмів, але в головному помилявся. Членистоногі, молюски і хребетні – це, поза сумнівом, різні типи тварин, з різними планами будови. Навіть органи, що виконують схожі функції, принципово відрізняються за будовою у представників цих різних типів. І, водночас, через декілька десятиліть після того, як розгорілася дискусія, стало зрозуміло, що на певному рівні якась єдиність у будові усіх багатоклітинних тварин усе ж таки є.

Я маю на увазі зародкові листки – шари тіла зародку (два у кишковопорожнинних і реброплавів, три в інших багатоклітинних тварин), які дають початок органам і тканинам організму в процесі його ембріонального розвитку. Навіть у губок, найпримітивніших багатоклітинних, тіло також складається з двох шарів клітин, які, можливо, відповідають двом зародковим листкам. Але судячи з усього, зовнішній листок більшості тварин відповідає внутрішньому шару тіла губок – і навпаки.

З кожного з листків утворюються ті самі (з деякими нюансами) органи і структури в усіх тварин. Із зовнішнього шару клітин – шкіра, нервова система, зовнішній скелет (якщо він є), з середнього – як правило, м’язи, внутрішній скелет, кровоносна та видільна системи, з внутрішнього – центральний відділ травного тракту, його похідні (наприклад, легені хребетних), травні залози. Ця схема єдина в усіх багатоклітинних тварин, і саме на її базі формуються різноманітні плани будови.

Можна спробувати спуститися ще нижче і порівняти бластулу (нею завершується процес дроблення заплідненої яйцеклітини) з якимись колоніальними предками – наприклад, зеленими водорстями з роду вольвокс. Зрештою свій шлях ми починаємо з однієї клітини, як одноклітинні організми, і загальні схеми життєвих циклів досить схожі у всіх евкаріотів (живі організми, клітини яких мають ядро – прим. авт.), одноклітинних та багатоклітинних, рослин, грибів і тварин. Звісно, яйцеклітина не дуже схожа на джгутиконосця, амебу чи інфузорію. Однак і тут можна посперечатися – хтось бачить подібність, хтось ні.

Наш організм – це сукупність виправлень, які пройшли випробування середовищем

Розуміння того, що людський організм не є чимось досконалим та ідеальним, а являє собою результат численних перебудов, не має нас засмучувати. По-перше, незважаючи на всі внутрішні «милиці», ми нормально функціонуємо. А те, що функціонує погано, ми вчимось коригувати за допомогою медицини.

Крім того, ідеальна конструкція – це, насправді, аж ніяк не ідеальна ідея. Організму, що до мікрона підігнаний під конкретне середовище, буде дуже складно перелаштуватися за найменших змін у цьому середовищі.

Завжди має бути зазор між живою істотою і навколишнім світом, а їхні взаємини мають містити елемент протиріччя. В організмі мають зберігатися рудименти старих структур і з’являтися зачатки нових. Навіть самі рудименти можуть стати початком чогось нового. Це процес, і в ньому немає нічого ані стабільного, ані постійного. І поки ми не вимерли, ми все ще перебуваємо у стадії апробації.

#наука

0 notes