Брайан Свитек - Кости: скрытая жизнь. Все о строительном материале нашего скелета, который расскажет, кто мы и как живем

• Название: Кости: скрытая жизнь. Все о строительном материале нашего скелета, который расскажет, кто мы и как живем
• Автор: Брайан Свитек
• Жанр: Прочая научная литература
• Год: 2019
• ISBN: 978-5-04-102897-8

Кость – это чудо. Это крепкий и способный к адаптации строительный материал, существующий более 500 миллионов лет эволюции. Возможно, ни одна другая составляющая человеческого тела не имеет такого научного и культурного значения. Кость наполнена жизнью, и одновременно она является общеизвестным символом смерти. Брайан Свитек рассказывает о костях с особым шармом и энтузиазмом. В этой книге он объясняет, как появился наш скелет, какие функции он выполняет и что наши потомки смогут узнать о нас, когда эти удивительные скопления минералов и белка будут единственным, что мы после себя оставим.

---

Сейчас мы придаем большое значение нашей связи с этой ископаемой рыбой, но после своего появления челюсти отнюдь не сразу обозначили поворотный момент в эволюции. Первые челюстные рыбы не стали носиться, проглатывая всех вокруг. Как часто бывает, все изменило одно непредвиденное обстоятельство. Со временем и благодаря массовому вымиранию, стершему с лица земли многих бесчелюстных рыб, челюстноротые стали самой разнообразной группой существовавших тогда позвоночных. А с появлением челюстей стали возможными и зубы.

По происхождению зубы и челюсти тесно связаны друг с другом. Уже в те времена не только костные пластины защищали наших древних позвоночных предков от опасностей окружающего мира – появились примитивные версии тканей, из которых состоят наши зубы. Костные панцири первых бесчелюстных рыб зачастую были усыпаны кусочками веществ – предшественников дентина и эмали, представляющих собой более твердые ткани с большим содержанием минералов (вот почему наши зубы так хорошо кусают). И когда сформировались челюсти, зубы не заставили себя долго ждать. Случайно найденные окаменелости продемонстрировали, как это произошло.

Вид Compagopiscis обитал 420 миллионов лет назад, когда челюсти уже вовсю процветали (20). Эта рыба была одной из панцирных – устрашающих пловцов вроде дунклеостея, у которого режущие края челюстей состояли из костной брони, а не из традиционной зубной ткани, такой как эмаль. Когда же палеонтологи воспользовались мощной рентгеновской томографией, чтобы заглянуть внутрь челюстей молодой особи этого вида, то все-таки обнаружили там самые настоящие зубы. У маленьких шипов было твердое внешнее покрытие из дентина и даже пульпарная камера для питания зуба. С учетом того, что у взрослых особей все это отсутствовало, исследователи сделали однозначный вывод: у представителей Compagopiscis все-таки были зубы, однако они изнашивались в процессе старения, и роль острых шипов брала на себя челюсть, твердая кость которой принимала основную нагрузку. Это открытие добавило убедительности идее о том, что, подобно кости, зубы зародились снаружи. У первых костных рыб были ткани, схожие по строению с дентином и эмалью – твердыми тканями, из которых состоят сердцевина и внешняя оболочка наших зубов соответственно. Шипы из этих тканей высовывались из костяной брони. Они не двигались, зато впивались в любого хищника, осмелившегося разинуть на них свою пасть. Когда позвоночные начали избавляться от своей зубастой брони, эти шипы остались по краям зарождающейся челюсти. Потребовались миллионы лет, чтобы они превратились в постоянные дополнения, служившие животным на протяжении всей их жизни, однако, как показали юные представители Compagopiscis, зубы появились вскоре после того, как животные на Земле впервые начали кусаться.

К этому моменту позвоночная жизнь на Земле уже во многом походила на современную. Вы, может, и не увидите прямого сходства между собой и костями хищной рыбы, разделывавшей своих жертв похожими на огромную пару ножниц челюстями, однако многие основные элементы уже присутствовали: отдельная голова, позвоночник, челюсти и зубы. Кроме того, у некоторых рыб начался процесс окостенения внутреннего скелета. Это более масштабный во времени аналог того, что происходит в человеческом теле, когда хрящевая ткань – а порой и другие – наполняется кальцием и превращается в кость. По мере формирования внутреннего скелета у древних рыб основная структура из мягких тканей, заложенная протопозвоночными вроде пикайи, начала затвердевать, обеспечивая дополнительную защиту и поддержку изнутри. Такова противоречивая природа наших костей. Биологический строительный материал кости изначально появился в ходе эволюции в качестве внешней защиты и лишь потом превратился во внутренний каркас. Кости эволюционировали снаружи внутрь. Таким образом, наш скелет – это поглощенная телом внешняя броня. И в тот же важный период произошло еще одно изменение, без которого я не смог бы сейчас печатать этот текст. У рыб появились плавники.

Нам не было заранее предопределено стать обладателями двух рук и двух ног. Мы настолько привыкли именно к этой форме, что авторам научной фантастики или фэнтези не составляет труда придать гуманоидам инопланетный или чудовищный вид, снабдив их дополнительной парой рук или ног. Тем не менее сложись эволюция немного иначе, я бы запросто мог сейчас сидеть и рассуждать о том, почему у человека всего две или, скажем, шесть конечностей. В двух наборах парных отростков нет ничего особенного. Просто так сложилось, что у нас их именно столько. Однако этому имеется историческое обоснование, которое в очередной раз возвращает нас в древний океан.

Как бы сильно они на первый взгляд ни отличались, наши руки и ноги невероятно похожи. У кистей и ступней одинаковая общая структура: за гибкими пальцами следуют более длинные кости и куча мелких костей, подводящих к шарнирному сочленению с конечностями. И в руке, и в ноге две длинные кости (лучевая и локтевая в руке и большая и малая берцовая в ноге) соединяются с одной длинной и толстой костью (плечевая кость в руке и бедренная кость в ноге), которая, в свою очередь, соединяет конечность с остальным телом. Это сходство зародилось у наших далеких предков.

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

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

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

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

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