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.

---

Кость же, находясь внутри нас, открыла возможности, которые иначе никак не реализовать. Хотя палеонтологи и не восхваляют кости изо дня в день и не молятся на них, я уверен, что они им благодарны. Кости обеспечили нас самыми ценными находками, показывающими, как менялась жизнь на протяжении веков. Возьмем, к примеру, акул. Хотя они и обладают скелетом, на самом деле он состоит из более мягкого материала – хряща (та штука, которая поддерживает кончик вашего носа и вытянутые уши). Таким образом, ископаемые находки останков акул ограничивались в основном зубами. В большинстве случаев они оказывались единственной частью тела этих животных, способной пережить разложение и окаменение. Кость благодаря входящим в ее состав твердым минералам зачастую сохраняется, когда от других тканей не остается и следа. Если бы в процессе эволюции не появились кости, если бы скелеты наших предков оказались из другого материала, нам достались бы для изучения лишь редчайшие, сохранившиеся в результате невероятно удачного стечения обстоятельств останки. Отвлекитесь от всех своих дел, чтобы по-настоящему восхититься красотой и великолепием костей – органичных элементов внутренней структуры тела, где каждая кость имеет свои уникальные особенности, – и вам станет понятно, почему мы выставляем давно умерших существ в галереях музеев подобно произведениям искусства. Даже да Винчи не способен был превзойти красоту и изящество природы.

Казалось бы, удобно представить историю формирования нашего скелета в порядке постепенного приобретения новых элементов. Только вот на самом деле все происходило совершенно иначе. Хотя животные вроде пикайи и создали основу для строения тела позвоночных, происхождение кости и ее превращение в поддерживающий все остальные органы скелет было витиеватой историей, которая началась снаружи, а не изнутри организма. Эта история имеет смысл, лишь если смотреть на нее сквозь призму счастливого стечения эволюционных обстоятельств, и сначала в поле зрения попадают рыбы, ставшие обладателями первого в мире костного скелета.

Первичная ткань, которая начала походить на кость в известном нам виде, появилась в результате эволюции примерно 455 миллионов лет назад. Это был аспидин. Но назвать такую ткань костью еще нельзя, так как это жесткое вещество кардинально отличалось от настоящей кости: аспидин был бесклеточным материалом. Этот факт поначалу совершенно отказывался укладываться у меня в голове. В нашем теле клетки объединяются в ткани, а ткани образуют органы. Клетка – общий знаменатель для всего, даже для костей. Но это догма современности. Аспидин в ходе эволюции в итоге стал костной тканью, и по своим свойствам он был больше похож на зубы, плотно сидящие у нас во рту. У первых рыб, ставших его носителями, аспидин затвердевал, словно цемент. Он не менялся и не рос в течение их жизни, как делают наши с вами кости. Вместо этого он самостоятельно выстраивался, словно стена, изолируя древних позвоночных от внешнего мира.

Когда появился аспидин, земной океан был довольно безжалостным местом. В нем обитали хищники с клацающими ротовыми придатками, сжимающимися конечностями и фасеточными глазами, мгновенно хватающие проплывающую сквозь толщу воды добычу. У панцирных животных было больше шансов выжить и передать свой случайный анатомический дар потомкам. Позвоночные упустили шанс обзавестись гибкими ороговевшими раковинами, когда их древние предшественники отделились от последнего общего с членистоногими предка более 558 миллионов лет назад (18). Кость стала совершенно новым ответом на опасности, грозившие нашей далекой родне, благодаря изобилию CaCO3 – карбоната кальция, попадавшего в море с движущихся, размываемых водой и разрушаемых ветром континентов. Жизни нужна была броня для защиты, и вокруг хватало свободного материала для ее образования.

Со временем кость превратилась из жесткой ткани в нечто более гибкое, более активное, способное менять свою форму и восстанавливаться после травмы. Впервые эта особенность появилась у группы рыб под названием «остракодермы», или «щитковые» – представьте себе бронированного головастика, и вы более-менее поймете, как они выглядели, – как в их внешнем скелете, так и в защитной оболочке вокруг их крошечного мозга. И кость возымела грандиозный успех. Древние моря вскоре наводнили всевозможные странные рыбы с костяным покровом. Коп сам лично дал некоторым из них названия, например антиархам. Это были панцирные рыбы, напоминавшие своим видом робот-пылесос с торчащим сзади хвостом: они всасывали небольшие кусочки пищи своим пока еще лишенным челюсти ртом. Но все только начиналось. С появлением кости открылась дорога и для челюстей. Рядом с антиархами плавали и куда более устрашающие артродиры – рыбы, облаченные в броню из костяных пластин, которые умели еще и кусаться. Самым знаменитым их представителем был дунклеостей – хищник размером с белую акулу с мощными челюстями, напоминавшими гигантский антистеплер. Но имелись и менее грозные гиганты вроде титанихтиса, схожего размером со своим устрашающим сородичем, однако с куда более скромными челюстными пластинами, из-за которых ему для питания приходилось довольствоваться процеживанием морской воды вместо пережевывания какой-нибудь крупной добычи.

Как и в случае с костями и скелетом, история происхождения челюстей не была идеально гладкой. Палеонтологи и анатомы по-прежнему не могут сойтись во мнении относительно того, как изначально сформировались эти неотъемлемые составляющие нашего с вами тела – стали они модификацией жаберных дуг древних рыб или образовались как-то иначе. Как бы то ни было, независимо от того, какую правду в итоге поведает нам палеонтологическая летопись, челюсти – это чертовски удобный механизм. У первых рыб были лишь отверстия, в которые они засасывали пищу. Наличие челюстей позволяет их обладателю контролировать, что поступает ему в рот. Кроме того, челюсти участвуют в дыхании, причем как в воде, так и на суше, – если акулы сжимают свои челюсти, отдыхая на морском дне, чтобы пропустить через жабры воду, то человек после пробежки широко открывает рот, чтобы набрать в легкие побольше воздуха. Без челюстей не было бы никаких марафонов, и если бы этот инструмент так никогда бы и не появился, роман Питера Бенчли «Челюсти» пришлось бы переименовать во что-нибудь вроде «Глоточная щель» или просто «Дыра» – понятное дело, эффект уже не тот.

Простейшие элементы скелета, из которых могли сформироваться первые челюсти, существовали на протяжении многих лет, однако для появления этого эволюционного новшества были необходимы предварительные изменения. Череп должен был сначала перестроиться, чтобы освободить место для подвижного рта, включая отделение носовых каналов друг от друга, а также от соединяющейся со ртом трубки под названием «назогипофизарный канал». Реорганизация черепа должна была произойти прежде, чем появилась перспектива начать кусаться, и благодаря недавно найденным окаменелостям нам кое-что известно про эти изменения.

Ключевым персонажем здесь стала ископаемая рыба под названием Entelognathus primordialis (19). Ее имя в переводе означает «первичная полная челюсть», и Entelognathus определенно ему соответствовала. 419 миллионов лет назад Entelognathus жила как раз в эпоху формирования челюстей, однако ее архаичная анатомия сохранила некоторые переходные черты, показывающие этот процесс. Ее скелет, составлявший всего десяток сантиметров в длину и сохранившийся во всех трех измерениях, напоминает черепаший панцирь в форме рыбы, только без черепахи внутри. Форма рыбы определялась строением ее шершавых внешних костей, а под тупой мордой располагалась маленькая челюсть. Даже в те далекие времена у этой рыбы уже были предчелюстная кость, верхняя челюсть и зубная кость – ключевые кости челюстей, – наблюдаемые у костных рыб и их потомков, включая нас. Таким образом, Entelognathus является одним из первых представителей челюстноротых – позвоночных с челюстью.

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.