Костенеющая свобода. Колонка в КомпьютерреOnline #34

Минулу колонку я почав з того, що існують адаптації «старі» та «молоді». Тут ми обговоримо цю тему, а для зав'язки розмови я розповім дещо про ранню еволюцію риб.

У моєму робочому кабінеті стоїть у втіленому вигляді моя давня мрія: акваріум з каламоїхтами - майже неправдоподібними африканськими рибами. Їхня назва походить від калама, очерету, а латинська (у світлі останніх віянь систематики), Erpetoichthys, означає «зміяриба». Каламоїхти та багатопери (Polypterus) - сучасні представники кладистій, найархаїчнішої групи променеперих риб.

Каламоїхт та схема будови його легень (у поперечному розрізі та збоку, за А. Ромером і Т. Парсонсом)

Каламоїхт - звісно, сучасна риба, але він зберіг ту будову легень, яка була характерна для девонських риб, що освоювали забруднені мілководдя (і для наших давніх предків!). Суша тоді була практично голою, і рослинний покрив не закривав її від руйнування водою. Сповільнюючи свій біг біля моря, річкові води відкладали пісок і глину на дно. Коли відкладення перетискали водотік, місце їх осідання переміщалося далі. Припливи прокочувалися по широких дельтах - перехідних між сушею та морем місцеперебуваннях. Через ці вологі низовини, що регулярно заливалися водою, виходили на сушу і рослини, і тварини. Багата рослинність постачала в ці води чимало органіки, за її рахунок існувала багата фауна. Риби освоювали це середовище.

У воді з великою кількістю гниючої органіки часто не вистачало кисню. Як його отримати? Деякі риби просто виставляли з води багату на кровоносні судини спину. Інші заковтували бульбашки повітря, які затримували потім у стравоході, у спеціальному заглибленні, що слугує для газообміну. У ранніх кісткових риб орган газообміну відшнуровувався від травного каналу, щоб не заважати живленню. Зміна повітря в такій примітивній легені не вимагала особливих пристосувань, на кшталт нашої грудної клітки, що працює як міхи. Спливаючи до поверхні, риба випускала бульбашку з легені, набирала повітря в ротову порожнину і, опускаючись на глибину, дозволяла тиску води проштовхнути цю бульбашку куди треба.

Риби оновлюють повітря в легенях, використовуючи тиск води (за І. І. Шмальгаузеном)

Отже, легені виникли як органи дихання повітрям з води. Заодно в них з'явилася ще одна функція, гідростатична: вони зменшують щільність тіла риби, роблячи її невагомою у воді. Ті риби, які виходили на сушу, спочатку не могли користуватися легенями, адже їхнє тіло було притиснуте до землі. Допомогли кінцівки, здатні підняти тіло...

Доля легені в риб, що залишилися у воді, була різною. Деякі з них перейшли з часом у чисту морську воду. Проблеми з газообміном відійшли на другий план, дихальна функція легені відпала, гідростатична залишилася, і легеня перетворилася на плавальний міхур. Деякі риби переходили до придонного життя й втрачали плавальний міхур, що став непотрібним. Деякі позбавлені міхура риби (наприклад, соми, в'юни etc) освоювали прісні води й опинялися в забрудненій органікою воді, де складно дихати. Вони почали заковтувати бульбашки повітря з поверхні; у стравоході в них розвинулося заглиблення, що слугує для газообміну. Якщо у вас є акваріум з рибами, які заковтують повітря, ви знаєте цей характерний рух: угору, по поверхні, трохи висовуючись з води, і вниз, зовсім як на ілюстрації. Коло замкнулося, але наступний виток спіралі не почався: легені в сучасних риб не виникли.

Чому ті зміни будови стравоходу, які досить швидко відбулися в девонських мілководдях, виявилися недоступними для сучасних риб?

Перед тим як відповідати, скажу, що ця ситуація цілком типова. Вивчення палеонтологічного літопису показує одну й ту саму картину. Поки якась група молода, її представники показують мінливість за суттєвими особливостями своєї будови, демонструють так зване архаїчне різноманіття. З часом з багатьох еволюційних ліній усередині розглядуваної групи залишається лише декілька. Група досягає свого розквіту. Середовище змінюється, але це слабко відбивається на будові цікавих нам істот; лише під самий кінець існування групи, перед її вимиранням, у ній з'являються представники, що відхиляються від загального тренду. Молодість, розквіт, старість і дегенерація... Уявлення про «вік» та «старіння» окремих груп були широко поширені серед палеонтологів кінця XIX - початку XX століття.

Приклад переходу від архаїчного різноманіття до збереження невеликої кількості стійких груп дає тип Голкошкірі. Це чудовий тип тварин, що є, до речі кажучи, найближчим із «великих» типів до нашого - типу Хордові.

Розвиток організму - зовсім не механічна реалізація креслення, що міститься в генах. Це складний процес, для якого важливий і потік керуючих сигналів від спадкової програми, і взаємодія із середовищем. Новонабуті пристосування успадковуються досить нестійко, найчастіше лише в специфічних умовах середовища. Якщо якась адаптація виявляється вдалою, її підтримає добір. З часом на смерть і виживання цікавих нам організмів справлятимуть більший вплив уже інші ознаки, молодші адаптації. Щодо старих ознак добір буде націлений лише на одне: на підтримання їхнього нормального розвитку. Усе нові адаптації розвиватимуться в організмів, що мають ці стабільні ознаки. Тепер уже їхня зміна означатиме глибоку перебудову безлічі властивостей організму, яка, найімовірніше, буде малосумісною з життям.

Зі сказаного випливає, що не завжди однакові за масштабом еволюційні зміни певного виду вимагатимуть однакової інтенсивності добору. «Нові», пластичні, слабко пов'язані з іншими ознаки змінюватимуться набагато легше, ніж «старі», консервативні, інтегровані в загальний фон, необхідний для нормального індивідуального розвитку. Якщо ж зміни «старих» ознак усе-таки відбуваються, вони виявляються негармонійними, інадаптивними.

Отже, можна очікувати, що ті ознаки нашого виду, які інтенсивно змінювалися на останніх етапах нашої еволюції, виявляться менш стійкими, частіше породжуватимуть різноманітні аномалії, що впливають на наше здоров'я. Особливо важко мали даватися зміни тих ознак, розвиток яких був добре зарегульований на минулих етапах еволюції. Розглянемо нашу будову (і проблеми нашого здоров'я) з цієї точки зору.

Для початку згадаймо, на які зі спеціальностей у медінститутах найскладніше вступити. Урахуйте, що не всі з медичних професій, як, наприклад, спеціальності ларинголога, окуліста, стоматолога, невропатолога та гінеколога, відповідають якимось системам нашого організму. Професії терапевта, хірурга, інфекціоніста чи санлікаря пов'язані з характерним видом діяльності. Оскільки в якомусь гострому випадку від хірурга залежить набагато більше, ніж від санлікаря, то його професія виявляється престижнішою. А як зі спеціальностями, що відрізняються за об'єктом?

Поза конкуренцією - гінекологи та стоматологи. Розумієте, чому? У них завжди буде робота. Функціонування жіночої репродуктивної системи перетворювалося на відносно недавніх етапах нашої еволюції. Змінився жіночий репродуктивний цикл, стало незрівнянно інтенсивнішим статеве життя, ускладнилися пологи. Звісно, головна причина ускладнення пологів - те саме збільшення розміру мозку й відповідно голови.

У наших чотириногих родичів тазові кістки обмежують органи малого таза з боків, але не слугують їм опорою. Зате з переходом до вертикального положення тулуба опорні функції таза розширилися. Це одна з характерних анатомічних ознак людини: її таз (тазовий пояс) має форму таза (чаші). Половинки таза розвернулися... і звузили вихід з нього. А тут - складність! Дитина повинна народжуватися з великою головою. Зростає частота смертей породіль і новонароджених, особливо при перших пологах. Добір на виживання при пологах приводить до появи цілого «букета» рішень, але жодне з них не є ідеальним.

Передусім - це скорочення ембріонального розвитку, оціненого не за його терміном, а за зрілістю новонародженого. Десь зустрічав, що для досягнення того ступеня зрілості, у якому з'являється на світ дитинча шимпанзе, людині потрібно було б не 9 місяців ембріонального розвитку, а 21! Я сумніваюся в точності визначення такого терміну, але очевидно, що людські діти народжуються недоношеними за мірками наших найближчих родичів. За це пристосування доводиться платити безпорадністю новонароджених, збільшенням їхньої смертності, більшою «ціною» догляду за ними.

Два інших рішення - «складана» голова та «розсувний» таз. Мозковий череп у новонародженого костеніє не повністю, його частини рухливі. За це доводиться платити порушеннями кровообігу мозку під час пологів, підвищенням частоти багатьох аномалій. За послаблення симфізу тазових кісток у лонному зрощенні доводиться платити біомеханічними проблемами жінок. І все одно смертність при пологах без кваліфікованої допомоги залишається високою...

А що сталося з нашими зубами? Теж букет проблем, і не лише пов'язаних зі збільшенням тривалості нашого життя й незвичною (в еволюційному відношенні) дієтою. Річ у тім, що зміна пропорцій у ході еволюції досягається, передусім, зміною швидкості росту різних частин тіла. Щоб збільшити мозковий череп, довелося сповільнити розвиток лицьового. Ріст його різних частин сповільнився нерівномірно (і з цим, до речі, пов'язують появу в нас підборідного виступу) і взагалі часто виявляється неузгодженим. Наведу приклад із власного досвіду.

У мене, як і в моїх батьків та інших родичів, погані зуби. На лівий нижній зуб мудрості в мене в щелепі просто не залишалося місця; виростаючи, він виламував сусідній і руйнував нижню щелепу. За умов відсутності нормальної допомоги така аномалія, ймовірно, привела б до смерті у віці близько 30 років. Я отримав кваліфіковану допомогу, залишився жити, і відтоді в мене народилися ще діти. На жаль, у них теж погані зуби; один з моїх синів навіть носить зараз спеціальну скобу для вирівнювання зубів, що не вміщаються в щелепі. Дивіться: за умов примітивного суспільства дефект моїх зубів був би не дуже суттєвим, оскільки всерйоз проявляється лише в тому віці, до якого доживали лише одиниці, ось він повністю й не встиг усунутися. Тепер і тривалість життя збільшилася, і дію добору за цією ознакою вдалося практично зняти. Єдина надія на те, що медична допомога з часом буде лише поліпшуватися, а не погіршуватися, і мої діти впораються зі своїми зубами ще легше, ніж я.

За що доводиться платити нам із сином? За перипетії нашої еволюційної історії. Доводиться терпіти...