Зворотній гілка еволюції | Журнал Популярна Механіка

1. Вони не хотіли дорослішати
2. Загадкова посмішка природи
3. Аксолотль-обманщик
4. У чому ж виграш?
5. неотения прояснює
6. Втеча від складності
7. Чому заростає череп?

Чи може дуже стара людина одного разу перетворитися в мавпу? Хіба що в літературних фантазіях, але це будуть такі фантазії, у яких є якась наукова основа.

«Зародок мавпи, якому вистачило часу вирости, - нарешті вимовив Обіспо. - Просто чудово! - Його знову розібрав сміх. - Ви тільки подивіться на його обличчя! - ледве вимовив він, вказуючи за ґрати. З глибоких очниць над скуйовдженим волоссям, що вкривало щелепи і щоки, дивилися блакитні очі. Брів не було; але під брудним, зморшкуватим чолом проходив широкий, немов полку, кістяний виступ ».

Ці рядки з роману знаменитого англійського письменника Олдоса Хакслі «Через багато років» (After Many a Summer Dies the Swan) описують зустріч голлівудського мільйонера стійте і його особистого лікаря Обіспо з істотою, якого колись звали П'ятим графом Гоністера. Стійте був одержимий ідеєю подолання смерті, і по його примхи Обіспо намагався, досліджуючи тварин-довгожителів, витягти з них якийсь продовжує життя екстракт. Також по ходу сюжету герої роману намагаються розшукати того самого графа, якому відкрився секрет довголіття і який прожив вже 200 років. Але їх чекає розчарування: надто довге життя перетворила аристократа в мавпоподібну чудовисько: смерть все одно настала - якщо не для тіла, то для людського «я».

Вони не хотіли дорослішати

Навряд чи Олдоса Хакслі вдалося б створити такий сюжет, не родися він в сім'ї, яка дала світові кілька відомих британських біологів. Зокрема, його рідний брат Джуліан Хакслі (1887-1975) був одним із творців сучасної синтетичної теорії еволюції, а також виявляв великий інтерес до феномену неотении - включенню в розмноження онтогенетически недорозвинених, «дитячих», ювенільних форм живих істот. Це явище спостерігається в двох формах: уповільнення соматичного розвитку при нормальному темпі статевого розвитку (власне неотенія) і прискорене статеве розвиток, яке при досягненні статевої зрілості зупиняє розвиток соматичне (так званий прогенез). Одним з піонерів вивчення неотении, а заодно і автором найбільш сенсаційною гіпотези став голландський корифей анатомії Луїс Болько (1866-1930). Саме він звернув увагу на те, що новонароджена дитина несе в собі риси, характерні для ембріональній стадії розвитку у потомства людиноподібних мавп. Наприклад, у немовляти непропорційно велика голова, втрачений волосяний покрив (що характерно для певного етапу зростання мавпячих ембріонів), і, нарешті, на відміну від дитинчат тварин, новонароджена людина абсолютно безпорадний, не володіє координацією рухів і не може самостійно пересуватися. Спостереження Болька привели до припущення про те, що людина є ювенільний форма мавпи: наші далекі предки приступили до розмноження, так і не подорослішавши, і тим самим зробили перший крок по шляху від тваринного світу до людини. Саме цей мотив і ліг в основу роману Олдоса Хакслі. Згодом ідеї Болька розвинули такі відомі біологи, як британець Гевін де Бір і американець Стівен Дж. Гулд, а неотенія стала розглядатися як передумова одного з найважливіших механізмів еволюції - педоморфоза.

Загадкова посмішка природи

Аксолотль - це справжній «біосмайлік», його вкрай потішна, нібито усміхнена мордочка давно підкорила серця акваріумістів.
Перетворення можливо. Також забавно виглядає бахрома з трьох зовнішніх зябер (і це при тому, що личинка також володіє і легкими). Не дарма з ацтекського мови назва тварини (або правильніше сказати личинкової стадії певного типу амбістоми) перекладається як «водяна іграшка». Насправді, як показало відкриття Огюста Дюмеріль, аксолотль зовсім не приречений вічно перебувати в неотенические форми. Акваріумісти знають, що якщо помістити личинку в умови, що не дуже сприятливі повністю водного способу життя, наприклад, знизити рівень води в ємності, де утримується тварина, то досить імовірно перетворення аксолотля в амбістом.
Чи не водою, так хімією. Інший варіант додати в їжу личинки гормон тироксин (можлива також ін'єкція). Це той самий гормон, який запускає метаморфоз, проте при звичайному способі життя щитовидна залоза аксолотля не виробляє його в достатній кількості. Після метаморфоза тварина втрачає зябра-бахрому і змінює колір зі світлого на темний. Однак те, що можна зробити з аксолотлем, не вдасться створити з протеєм, хоч він також вважається личинкою якогось земноводного тваринного. Ні зміною способу життя, ні ін'єкцією до дорослого формі його не повернути. Еволюція зайшла занадто далеко.

Теорія людини як неотенические мавпи заперечується і сучасною наукою, але механізм цього еволюційного стрибка в наші дні не дуже зрозумілий і породжує безліч спекуляцій і гіпотез. Деякі психологи вважають, що уповільнення соматичного розвитку у дитинчати мавпоподібних предків людини диктувалося необхідністю продовження терміну, протягом якого малюк міг харчуватися материнським молоком. Нейробіологи бачать в консервації ювенільної стадії (незрощені кістки черепа у немовлят) можливість для більш тривалого розвитку і зростання головного мозку.

Аксолотль-обманщик

Однак найбільш благодатним матеріалом для вивчення неотении і педоморфоза стали хвостаті амфібії, в основному ті, яких називають саламандрами). У своєму розвитку вони не завершують метаморфоз і зберігають в цілому личиночную форму, але при цьому розмножуються. Класичний приклад - аксолотль-амбістома. Аксолотль - личиночная форма живе в Центральній Америці амфібії Ambystoma mexicana, а амбістома - власне доросла форма. Аксолотля європейці дізналися ще з часів конкістадорів - цих істот з нібито усміхненої фізіономією привозили з Мексики. Століттями їх тримали в європейських акваріумах в повній впевненості, що це цілком сформувалася земноводне. Одного разу в 1863 році шість аксолотлів були доставлені в паризький Сад рослин, де їх помістили в якийсь водойму. Яке ж було здивування відомого французького зоолога Огюста Дюмеріль, коли замість одного з аксолотлів він виявив у водоймі хвостате земноводне типу саламандри. Адже перш аксолотля і амбістом вважали представниками не тільки різних видів, а й пологів. Саме з часів цього відкриття до неотении взагалі і до прояву цього явища у земноводних звернуто особливу увагу біологів.

В Америці було виявлено ще декілька видів амфібій, які існують лише в личинкових формах. Живе в Південній Європі протей також, як з'ясувалося, є неотенические личинкою деяких древніх амфібій. У зв'язку з цим цікаво, що довгий час за окремий вид риб брали лептоцефала, який являє собою не що інше, як личинку річкового вугра, - вона подорожує від місця вилуплення з ікринки в Саргасовому морі до усть прісноводних річок, де перетворюється на дорослу рибу.

З Педоморфоз нині пов'язують найважливіші події в еволюції. За однією з гіпотез, хребетні тварини походять від неотенические асцидій. У асцидій, як і у всіх напівхордових, в дорослому стані немає ніякого аналога хребта, а у личинки є. Личинка має також органи чуття і, на відміну від дорослої форми, прикріпленою до дна, вільно плаває. Від цієї педоморфной асцидії, таким чином, ведуть свій рід все істоти, що відносяться до типу хордових, а значить, і весь високорозвинений світ хребетних тварин, включаючи людину.

У чому ж виграш?

Неотения спостерігається і у ссавців, але тут відомо більше прикладів педоморфоза, досягнутого шляхом мініатюризації через прискорене статеве дозрівання (прогенез), яке гальмує соматичне розвиток. Як приклад можна привести гризунів, а також вимерлих мініатюрних представників острівних фаун типу карликових слонів на середземноморських островах. Є обґрунтоване припущення, що і одомашнення тварин йшло шляхом використання педоморфних форм. Для доместикації відбирали особин з ювенільний рисами характеру (добродушних, прівязчівость). Такі «дорослі діти» не рідкість у тваринному світі, та й серед людей теж: будь-хто може пригадати в колі своїх цілком зрілих знайомих тих, хто відрізняється інфантильним поведінкою. Оскільки відбір (нехай в даному випадку не природний, а штучний) віддавав перевагу «інфантильний», у домашніх тварин в порівнянні з їх дикими предками спостерігається маса ювенільних рис - зокрема, особливі пропорції черепа і скелета.

неотения прояснює

Походження птахів є одним з найбільш дискусійних питань в сучасній палеонтології.
Птах - значить динозавр. При тому, що близьку спорідненість пернатих і рептилій є давно встановленим фактом, до сих пір не цілком зрозумілий механізм еволюційного процесу, який створив птахів як досить відокремлений клас тварин. Минулого літа були опубліковані результати досліджень, проведених гарвардськими дослідниками архата Абжановим і Бхарти-Анжан Бхулларом. Вчені прийшли до висновку, що птахів створили зміни в онтогенезі окремих видів динозаврів, або, інакше кажучи, птиці і є педоморфние динозаври, які стосуються поряд з велоцираптора до підряду терапод (Theropoda). Автори дослідження звертають уваги на головна відмінність між птахами і динозаврами і воно стосується будови голови. У динозаврів, як правило, довга морда, і що називається, повний рот зубів, в той час як у птахів явно збільшені в порівнянні з рептиліями очі і мозок.
М'яка голова. Таким чином, роблять висновок вчені, при переході від динозаврів до птахів відбувалося приблизно те ж, що, як підозрюють, супроводжувало відокремлення людини від мавпоподібних предків. Ювенільні форми динозаврів (найімовірніше за допомогою прогенезу) швидко переходили до розмноження і їх потомство, що володіло «недорозвиненим» за мірками дорослих рептилій черепом, змогло розвинути більш об'ємний і «розумний» мозок, а також більш досконалий зоровий апарат.
Рідня по дитинству. На схемі показані черепа трьох представників групи архозавров: алігатор, примітивний динозавр і викопна птах (зверху вниз). У лівій колонці черепа дорослих особин, в правій - ювенільних форм. На думку гарвардських дослідників, перед нами наочна ілюстрація педоморфного походження птахів.

В основі неотенические процесів лежать, зрозуміло, генетичні мутації, що викликають, в свою чергу, збої в роботі ендокринної системи. Зокрема, для розвитку риб або амфібій потрібна певна активність тиреоїдної осі (функціонально аналогічної щитовидній залозі). Якщо активність залози ослаблена, то і метаморфоз не відбувається. Тварина при цьому розвивається в статевих відносинах, але дорослої стадії не досягає. Також встановлено, що різні породи собак, в морфології яких в тій чи іншій мірі законсервовані ювенільні риси, відрізняються за ступенем активності щитовидної залози.

Але чому природний відбір надає перевагу неотенические і начебто за визначенням недорозвиненим формам? Якщо звернутися до класичного прикладу, то можна помітити, що і аксолотль, і схожа тигрова амбістома (Ambystoma tigrinum), що мешкає на території США, - всі вони живуть в гірських озерах зі стійкою екосистемою. Передбачається, що відбір був націлений на те, щоб зберегти цих амфібій виключно у водному середовищі, де немає природних ворогів, сильних перепадів температур і засух, зате в достатку їжі. У такій ситуації живої істоти типу амбістоми вигідніше вести повністю водний спосіб життя, а не вилазити на небезпеку, що загрожує різними небезпеками сушу подібно дорослому саламандра.

Якщо говорити про прогенезу - прискоренні статевого розвитку, то окремий організм від цього мало що отримує, але вид виявляється у виграші. Тварина швидко дозріває, швидко залишає потомство, яке буде підтримувати існування виду. При цьому зрозуміло, що при прискореному дозріванні в організмі трапляється маса морфологічних недорозвинення. Сама тварина, як правило, спрощується. Наприклад, мініатюрні педоморфние жаби позбавляються середнього вуха. Для жаб, спосіб життя яких багато в чому визначається звуковий комунікацією, це серйозна втрата, але відбір дозволив на цю втрату «погодитися». Адже стрімке статеве дозрівання дозволяє увазі підтримувати велику чисельність.

Також може відбуватися відбір на малі розміри тіла, і це часто вигідно і окремої особини, і всьому виду в цілому. Наприклад, існує вид американських безлегеневих саламандр крихітного розміру, частина яких (найбільш дрібні) заселили ходи дощових черв'яків і прекрасно там живуть в умовах відсутності природних ворогів. Щоб скористатися такою вигідною екологічної нішею, саламандрам довелося прискорити статеве дозрівання, що в кінцевому підсумку і призвело до їх мініатюризації.

Втеча від складності

Уже згадуваний Джуліан Хакслі в спільній роботі з іншим знаменитим біологом - фахівцем по морській фауні Елістер Харді - викарбували термін «втеча від спеціалізації» (escape from specialization), який можна застосувати в першу чергу до Педоморфоз як до механізму еволюції. Як правило, спеціалізовані ознаки живої істоти з'являються на самих пізніх стадіях онтогенезу, і при неотении відсікаються саме вони. У дрібних жаб, крім середнього вуха, зникають також зуби і багато кістки черепа. У зовсім маленьких особин (з довжиною тіла 9мм) на весь скелет залишається три-чотири кістки, решту його частину займають хрящі. Проте вид процвітає.

Чому заростає череп?

Як свідчить гіпотеза про педоморфном походження людини, саме народження з незрослими кістками черепа (що є неотенические ознакою) дозволяє homo sapiens вирощувати собі більш об'ємний, а значить, більш продуктивний мозок. Однак з приблизно 2500 немовлят один народжується з вкрай неприємної патологією, що носить назву краніостеноз. Суть його полягає в передчасному окостенінні (закриття) черепних швів. Патологія призводить до вродженої гіпертензії, заважає розвиватися мозку дитини і вимагає в кінцевому підсумку хірургічного втручання. Опубліковані в минулому році результати досліджень показали, що за краніостеноз, а також за що йдуть з ним «в пакеті» деформацією верхньої щелепи і зростанням зайвих зубів, варто мутація гена IL11RA. Мутація блокує чутливість клітини до інтерлейкіну-11 - свого роду інформаційної молекулі, що призводить до неправильного розвитку кісток голови. Все це частково символічно - природа як би нагадує людині про будову предкової форм.

Цікаво, однак, що навіть при всіх цих спрощення невиявлені предкові ознаки довгий час зберігаються в морфогенетичної програмі і за певних умов можуть знову розвинутися. Тут треба зауважити, що хоча при досягненні статевої зрілості розвиток різко сповільнюється, у риб і амфібій воно все ж йде - повільно, по чуть-чуть, але до самого кінця життя. Тому можна було б припустити, що у дуже старих особин ряд начебто втрачених предкової ознак під кінець довгого життя все ж проявляється. І дійсно, у найстаріших жаб виявилися кістки, які були втрачені ще при переході від лабіринтодонтів - древніх примітивних земноводних, що походять від риб і одними з перших (серед хребетних) вийшли з моря на сушу. Згідно панівної в сучасній науці теорії, що нині живуть амфібії є педоморфнимі нащадками лабіринтодонтів. Однак генетична пам'ять про жив в девоні, тобто сотні мільйонів років тому, предка зберігається і в сучасних організмах, даючи про себе знати на старість. І цей факт змушує нас знову згадати про долю персонажа роману Олдоса Хакслі. Дуже сумнівно, звичайно, що гіпотетичний 200-річний старець почав би деградувати в сторону предкової форм, але ось з жабами щось подібне відбувається, і це науковий факт.

Можна сказати, що педоморфоз дуже «любимо» біологами саме тому, що дозволяє пояснити причини швидких еволюційних перетворень. Адже всього одна генетична мутація, що породжує гормональний збій, тягне за собою потужні зміни в морфології і фізіології, які досягаються в порівняно короткі терміни. До Педоморфоз часто вдаються для пояснення еволюційних розривів - відсутність перехідних форм між двома помітно відрізняються типами копалин фаун. Часом таке пояснення виглядає переконливо, але іноді здається «притягнутим за вуха». З Неотенія намагаються пов'язувати такі різні явища і процеси, як, наприклад, походження рас або генезис кримінальної психології (адже ще Ломброзо помічав, що психотипи закоренілих злочинців включають в себе ювенільні риси: запальність, примхливість, схильність до створення незрозумілого для оточуючих жаргону і т. д.). Треба, однак, розуміти, що хоч педоморфоз, очевидно, відіграв важливу роль у розвитку живого на Землі, навряд чи він годиться на роль всеосяжного пояснення всіх залишаються невирішеними питань, на які намагаються відповісти зоологи, палеонтологи, психологи і представники інших наук.

Стаття «Недорозвинені першопрохідці» опублікована в журналі «Популярна механіка» ( №9, Сентябрь 2012 ).