Внутренняя рыба - Нил Шубин

Головная область остракодермы представляет собой что-то вроде большого диска, покрытого костистым щитом, напоминающим доспехи. Если бы я достал из ящика в музейном хранилище образец такого ископаемого и показал его вам, вы бы сразу заметили одну странную черту: голова остракодермы блестит примерно так же, как наши зубы или рыбья чешуя.

Одна из главных радостей ученого связана с тем, что в мире природы есть неисчерпаемые запасы удивительного и поразительного. Прекрасным примером этого могут служить остракодермы, эти древние бесчелюстные животные. Они относятся к древнейшим существам, наделенным костистой головой. Если разрезать ископаемые остатки черепа остракодермы, залить в срез парафин, положить под микроскоп и рассмотреть, нашим глазам предстанет нечто не похожее ни на одну знакомую нам ткань. Покровы этого черепа выглядят по сути точно так же, как наши собственные зубы.

Конодонт (слева) и остракодерма (справа). От конодонтов ученым были долгое время известны только отдельные зубы (которые в свою очередь тоже называют конодонтами). Затем, когда были обнаружены остатки целых организмов, удалось разобраться, что наборы этих зубов работали вместе, располагаясь рядами во рту древних мягкотелых бесчелюстных. У остракодерм голова была покрыта костистым щитом. При большом увеличении наружный слой этого щита оказывается состоящим из множества напоминающих зубы структур. Реконструкцию ряда зубов конодонта любезно предоставили доктор Марк Пернелл (Лестерский университет) и доктор Филип Донохью (Бристольский университет).

Снаружи они тоже покрыты эмалью. Весь щит, покрывающий голову остракодермы, как будто составлен из тысяч крошечных зубов, слившихся воедино. Этот костистый череп — один из самых древних, известных палеонтологам, — целиком состоит из зубов. Первоначально зубы возникли, чтобы кусать добычу, но затем животные стали использовать своеобразную разновидность зубов и для защиты от врагов.

Зубы, железы и перья

Появление зубов не только знаменовало собой начало нового способа существования, но и открывало новый путь для развития органов. Зубы развиваются за счет взаимодействия двух слоев ткани в нашей коже. В основе этого процесса лежат контакт этих слоев, деление клеток и последующее изменение формы слоев, в ходе которого их клетки производят различные белки. Наружный слой выделяет вещества, на основе которых образуется эмаль, а внутренний слой формирует дентин и мягкие ткани зуба. Постепенно, после закладки базовой структуры зуба, формируются детали — бугорки, ямки и желобки, по форме которых можно отличать друг от друга разные виды млекопитающих.

Ключом к развитию зуба служит взаимодействие этих двух слоев ткани: наружного тонкого слоя клеток и внутреннего, более рыхлого слоя. В результате взаимодействия в них образуются складки, и оба слоя выделяют вещества, на основе которых и формируется орган (то есть зуб). Оказывается, совершенно такие же процессы позволяют формироваться внутри кожи и множеству других структур, например чешуе, волосам, перьям, а также потовым и даже молочным железам. Во всех этих случаях два слоя вступают в контакт, образуют складки и выделяют определенные белки. Более того, батареи переключающихся в разных тканях генов, обеспечивающих развитие всех этих органов, тоже во многом сходны.

Этот пример напоминает историю многих технических достижений человечества. После того как была изобретена технология литья пластмасс, ее стали использовать для изготовления всего на свете, от автомобилей до детских игрушек. С зубами история была во многом похожая.

Зубы, молочные железы, перья и волосы — все это развивается в результате взаимодействия двух слоев кожи.

После того как у животных впервые появился способ, позволяющий формировать зубы, модификации этого способа стали применяться для формирования множества разных органов, закладывающихся внутри кожи. На примере остракодерм мы видели, как далеко может заходить применение этого способа. Во многих отношениях еще дальше оно зашло у птиц, рептилий и людей. У всех этих существ никогда бы не возникли перья, чешуи или молочные железы, если бы когда-то у их предков не возникли зубы. Видоизмененный механизм формирования зубов позволил развивать многие другие важные структуры кожи. Между такими разными органами, как зубы, перья и молочные железы, есть вполне реальная глубокая историческая связь.

В четырех главах мы с вами говорили о способах изучать историю появления и развития органов у самых разных живых существ. В первой главе мы рассмотрели способ, позволяющий предсказывать, в каких именно древних горных породах мы можем найти в ископаемом виде древнейшие формы наших собственных органов. Во второй главе речь шла о том, как проследить историю развития определенных элементов скелета, начиная от рыб и заканчивая людьми. В третьей главе было показано, как работает у разных организмов та составляющая их тела, которая действительно передается по наследству, а именно ДНК, и как формируются органы в соответствии с записанным на ДНК рецептом. Здесь, в четвертой главе, мы рассмотрели общую основу таких разных органов, как зубы, молочные железы и перья, и убедились, что биологические механизмы, лежащие в основе их развития, представляют собой варианты одного и того же. Вглядываясь в черты глубокого сходства, объединяющего органы и тела разных живых организмов, мы начинаем убеждаться, что все разнообразие жизни на Земле представляет собою лишь вариации на одну и ту же тему.

Глава 5. Включи голову{5}

За два дня до экзамена по курсу анатомии около двух часов ночи я сидел в лаборатории и учил черепно-мозговые нервы. Этих нервов у человека двенадцать пар, и каждая из них ветвится, причудливо изгибаясь и извиваясь внутри черепа. Чтобы изучать эти нервы, мы разделяли череп на две половинки по линии, идущей от лба до подбородка, и выпиливали куски скуловых костей. И вот я сидел, держа в каждой руке по половинке головы, и вглядывался в извилистые пути нервов, идущих от мозга к различным мышцам и органам чувств.

Особенно меня поражали два черепно-мозговых нерва — тройничный и лицевой. Их замысловатые пути, как оказалось, сводились к чему-то такому простому, такому вопиюще ясному, что человеческая голова предстала передо мной в совершенно новом свете. Увидеть эту скрытую простоту мне удалось благодаря тому, что я разобрался в намного более простом устройстве черепно-мозговых нервов акулы. Изящество того, что мне удалось понять (хотя в этом и не было ничего нового: сравнительные анатомы разобрались в этом сто с лишним лет назад), вместе с грузом предстоящего экзамена заставило меня забыть, где я нахожусь. В какой-то момент я посмотрел вокруг. Была глубокая ночь, и я сидел в лаборатории один. Вокруг меня лежали мертвые тела двадцати пяти человек, накрытые тканью. В первый и в последний раз меня стала бить дрожь. Мне стало так жутко, что волосы у меня на затылке встали дыбом, ноги сами понесли меня прочь, и через какие-то доли секунды я уже стоял, запыхавшись, на автобусной остановке. Разумеется, я чувствовал себя полным идиотом. Я помню, как сказал себе: Шубин, у тебя совсем крыша съехала. Впрочем, эта мысль занимала меня недолго: я вскоре обнаружил, что оставил в лаборатории ключи от дома.

Крыша у меня поехала потому, что анатомия человеческой головы глубоко завораживает. В ней есть особая красота. Одна из радостей занятия наукой состоит в том, что порой нам открываются связи, которые вносят глубокую стройность в то, что поначалу казалось бессмысленным и неупорядоченным. Бывшая мешанина оказывается частью простого плана, и вы чувствуете, что видите вещи насквозь, прозреваете самую их суть. В этой главе мы посмотрим на самую суть того, что скрыто у нас в головах. И в рыбьих головах, конечно, тоже.

Беспорядок в головах

Анатомия головы не только сложна, но и труднодоступна для изучения, потому что ее ткани, в отличие от других частей нашего тела, заключены в костяную коробку черепа. Чтобы увидеть находящиеся в голове сосуды и органы, нам нужно смотреть в прямом смысле сквозь скулы, лоб и другие части черепа. Если мы его вскроем, то увидим клубок, состоящий из чего-то похожего на леску. Сосуды и нервы хитрым образом петляют и изгибаются, путешествуя по внутренней полости черепа. Тысячи ответвлений нервов заключены в небольшой черепной коробке, состоящей из многих костей и оплетенной множеством мышц. На первый взгляд, все это вместе составляет невообразимую путаницу.

Наш череп состоит из трех основных частей: «плит», «блоков» и «прутьев». Плиты закрывают собой наш мозг. Их можно нащупать, если похлопать себя по голове. Эти довольно крупные плиты соединены друг с другом как детали пазла и составляют значительную часть черепа. У новорожденных они отделены друг от друга. Промежуток между ними — родничок — у младенцев вполне заметен (иногда можно видеть даже пульсацию сосудов мозга под ним). По мере роста ребенка его кости увеличиваются и к двухлетнему возрасту полностью срастаются.