Эволюция человека –– путь от обезьяноподобного предка к современному жителю мегаполиса. Процесс адаптационных изменений занял около 6 млн лет, но даже за это время человек не успел избавиться от всех следов своих предков. «Хайтек» рассказывает о том, как у человека появляются новые органы и рудименты.
Когда человек стал прямоходящим?
Люди относятся к отряду приматов, физические свойства и, что более достоверно, их генетический код показывает, что Homo Sapiens (человек разумный) тесно связан с другими представителями гоминоидов –– большими обезьянами. Человек, шимпанзе –– включая бонобо, или карликовых шимпанзе –– и горилла имеют общего предка, который жил на Земле около 6–8 млн лет назад. Древнейшие человеческие окаменелости нашли в Африке, ученые датировали находку периодом от 6 до 2 млн лет назад.
Более 4 млн лет назад у человека появился первый признак, ставший характерным для людского естества. Примат начал ходить на двух ногах. Сложный и крупный мозг, способности к языкам и творчеству появились значительно позднее. Самые большие апгрейды –– символическое мышление, искусство и появление культурного разнообразия –– стали атрибутом человечества лишь 100 тыс. лет назад.
Что делает мутацию нормой?
Процесс эволюции –– это ряд естественных изменений, которые приводят к появлению новых популяций организма, адаптации к окружающей среде или вымиранию. Все ныне живущие виды так или иначе эволюционировали от своих первопредков.
У животных, которые размножаются половым путем, термин «вид» относится к определенной группе особей. Ее члены регулярно скрещиваются и дают плодовитое потомство. Каждый вид классифицируется научным названием, которое состоит из двух частей — рода и видового названия. Для современных людей это Homo Sapiens.
Эволюция происходит, когда случается изменение в генетическом материале –– химической молекуле ДНК. Она наследуется от родителей и варьируется в пределах популяции. Гены представляют собой сегменты ДНК, которые обеспечивают химический код для производства белков.
Информация, которая содержится в ДНК, может меняться из-за мутаций. Способ выражения некоторых генов, то есть то, как они влияют на организм или поведение особи, тоже может меняться. От генов зависит, как тело и поведение организма формируются в течение его жизни. Генетические характеристики, которые наследуются особями, влияют на выживание и размножение организма.
Эволюция не меняет одного-единственного человека. Вместо этого унаследованные качества начинают характеризовать целую популяцию. Родители передают измененные гены своим потомкам, что в итоге делает мутацию нормой. В результате дети уже имеют механизмы адаптации и более успешно выживают, размножаются и функционируют в окружающей среде.
Что происходит с популяцией, у которой возникли генетические изменения?
Генетические изменения меняют общий образ жизни вида: то, что особи едят, где они живут и как развиваются. Эволюция человека случилась, потому что новые генетические изменения в популяции предков способствовали появлению новых адаптационных способностей и паттернов существования.
Ученые до сих пор не знают, каким был последний общий предок человека и шимпанзе. Причем «недостающим звеном» этот вид не называют. Такое название подразумевало бы, что эволюция идет упорядоченным и линейным образом, как уже прочерченная дорожка.
«Это создает ощущение, что существует одна переходная форма, которая магическим образом устраняет разрыв между обезьяной и человеком», –– говорит Крис Стрингер, глава отдела палеоантропологии Лондонского музея естествознания.
Любая эволюционная теория доказывает то, что эволюция есть. Разнятся лишь методологии исследований, от которых и зависит конкретный взгляд на эволюцию.
Самые популярные научные теории — дарвиновская теория эволюционного отбора, теория бессмертного гена Докинза. Существует и огромное количество антинаучных теорий, о которых «Хайтек» писал в большом материале. Прочесть его можно здесь.
Реальность куда сложнее: некоторые признаки могут незаметно развиваться годами, другие никогда не разовьются из зачаточной стадии. Смешение разных популяций одного вида делает эволюционный процесс разнообразнее и запутаннее. Древо жизни больше напоминает густой колючий кустарник.
Эволюция –– процесс постоянный, а потому вид Homo Sapiens до сих пор видоизменяется. Человек лишается одних рудиментов, приобретает новые черты и продолжает адаптироваться к окружающей среде с помощью новых трансформаций.
Что такое рудименты и почему они больше не нужны?
Некогда полезные признаки, которые вид приобрел благодаря эволюции, в итоге становятся бесполезными — это рудименты. Их зачатки формируются у плода еще в материнской утробе, но остаются с особью до самой смерти. Этим рудименты отличаются от провизорных органов, которые исчезают до рождения существа.
Почти каждый человек обладает набором разных органов и рефлексов, которые уже никогда не пригодятся в повседневной жизни. Это не атавизмы, которые лишь изредка проявляются у некоторых представителей вида: человека с четырьмя сосками мы встречаем редко, зато копчик есть у каждого. И это не единственный рудиментарный признак нашего организма.
Термин «рудимент» появился в науке в конце XVIII — начале XIX века. Его активно развивали французские натуралисты Этьен Жоффруа Сент-Илер и Жан-Батист Ламарк. Их работу продолжил Чарльз Дарвин, который перечислил несколько рудиментов в своей книге «Происхождение человека»: аппендикс, копчик и зубы мудрости.
В 1893 году немецкий анатом Роберт Видерсгейм написал книгу «О строении человека как доказательстве его прошлого», в которой указал список рудиментов. По его мнению, у человека есть 86 рудиментарных органов, к которым он ошибочно относил тимус и гипофиз. Сегодня список Видерсгейма изменен и дополнен.
Тимус (вилочковая железа) — орган лимфопоэза человека и многих видов животных, в котором происходит созревание, дифференцировка и иммунологическое «обучение» T-клеток иммунной системы.
Гипофиз — мозговой придаток в форме округлого образования, расположенного на нижней поверхности головного мозга в костном кармане, называемом турецким седлом, вырабатывает гормоны, влияющие на рост, обмен веществ и репродуктивную функцию. Является центральным органом эндокринной системы; тесно связан и взаимодействует с гипоталамусом.
Зачем современному человеку нужен копчик?
Копчик –– нижний отдел позвоночника, который представляет собой три или пять вместе сросшихся позвонков. Этот костный выступ напоминает человеку о том, что у его предков существовали хвосты. При этом копчик неправильно называть абсолютно бесполезным отростком.
К передним отделам копчика крепятся связки и мышцы, которые помогают функционировать мочеполовой системе и дистальным отделам толстого кишечника. Они, в свою очередь, связаны с заднепроходно-копчиковой связкой, а еще копчиковой, подвздошно-копчиковой и лобково-копчиковой мышцами, которые вместе образуют мышцу, поднимающую задний проход. К копчику же крепится большая часть мышечных пучков большой ягодичной мышцы, благодаря которой у человека разгибается бедро. Наконец, с помощью копчика человек неосознанно снижает физическую нагрузку на таз.
Почему исчезают зубы мудрости?
Еще один рудимент находится в человеческом рту. Зубы мудрости часто доставляют своим обладателям неудобства в виде боли и внеплановых походов к стоматологу. Причиной их появления была необходимость пережевывать твердую и необработанную пищу. Вместе с переселением человека из Африки изменился и его рацион: более разнообразная пища сделала третьи моляры, или зубы мудрости ненужными и болезненными рудиментами. Сегодня у взрослых людей эти вырастающие относительно поздно и уж точно последними моляры часто отсутствуют.
Какие функции сегодня выполняют аппендикс и миндалины?
Другой рудимент, который приходится извлекать из человеческого организма хирургическим путем, –– аппендикс, имеющий свойство некстати воспаляться, но, конечно, это его не прямая функция. Когда-то аппендикс помогал предкам-приматам переваривать растения, богатые клетчаткой. Некоторые ученые считают, что и сегодня современные человеческий аппендикс может играть роль «склада» для хороших, способствующих пищеварению бактерий.
Иногда человеку удаляют миндалины, которые размещаются в глотке и должны защищать организм от вдыхаемых или проглатываемых патогенных микроорганизмов. На деле они часто накапливают инфекции и воспаляются, становясь, например, причиной хронического тонзиллита.
Онтогенез –– процесс индивидуального развития организма, который начинается в момент зачатия. Термин придумал немецкий ученый Эрнст Геккель, который также ввел понятие филогенеза –– истории развития всего вида.
Параллельно с другим немецким зоологом Фрицем Мюллером Геккель придумал биогенетический закон: «Онтогенез — есть быстрое и краткое повторение филогенеза». Он означает, что процесс развития эмбриона повторяет этапы эволюции организма от предкового состояния до актуальной формы вида.
Сегодня теория Геккеля признана ненаучной: в формулировке перепутаны причины и следствия. Филогенез представляет собой последовательность множества онтогенезов, которые могут сильно отличаться друг от друга. Рекапитуляция, то есть повторение этапов, может быть лишь частичным –– этот тезис также разрушает доказательную базу теории Геккеля.
Шевелить ушами — это нормально?
Также человеку почти не нужны аурикулярные или внешние мышцы уха. Это система, которая включает переднюю ушную мышцу, верхнюю ушную мышцу и заднюю ушную мышцу. Вместе они контролируют ушную раковину –– видимую часть уха. У множества млекопитающих от движения ушей зависит широта контроля территории, выражение эмоций и локализация звука. Если этот рудимент хорошо развит, то обладатель признака может щегольнуть редким умением шевелить ушами. Но и в неспособности дернуть ухом нет ничего жуткого: Дарвин предполагал, что люди обходятся без подвижных ушей, потому что компенсируют это подвижностью головы.
Откуда у человека появились мурашки?
Другой забавный рудиментарный опыт хотя бы раз в жизни испытывали все люди. «Гусиная кожа», «мурашки по коже» –– все это синонимы пилоэрекции. Это невольное сокращение небольших гладких мышечных волокон. Обычно такой эффект наблюдается в стрессовых ситуациях или на холоде. Гладкая мускулатура поднимает волосяные фолликулы –– тонкие волоски на человеческих конечностях.
Пилоэрекция свойственна и другим млекопитающим, причем большая «волосатость» делает этот навык эффективнее. Если существу холодно, поднятые волоски позволяют изолировать воздух и сохранять тепло ближе к телу. Стресс же может быть вызван внешним агрессором –– тогда распушенный мех визуально увеличивает размеры животного и, в лучшем случае, пугает врага.
Наконец, в глазу у человека есть слезное мясцо –– рудиментарный остаток мигательной перепонки, которая и сейчас есть у земноводных, рептилий и некоторых птиц. Это небольшая складка ткани, расположенная во внутреннем углу глаза. У рептилий мембрана полупрозрачна и служит для увлажнения глаза и удаления соринок. Все люди имеют этот рудимент и точно так же все не умеют использовать его по прямому, двигательному назначению.
Что нового получил человек?
В человеческом теле немало рудиментов, но там все еще есть пространство для эволюционного маневра. Новые органы продолжают формироваться: недавно у человека был обнаружен «интерстиций» (от лат. interstitium — «Хайтек) — пространство под кожей и между органами. Оно окружает артерии, мышцы, пищеварительный и мочевыводящие пути.
В 2018 году группа американских ученых опубликовала исследование в журнале Scientific Reports. Эндоскописты Перос Бениас и Дэвид Карр-Лок обнаружили зачаток нового органа случайно: они проводили исследование желчного протока пациента нью-йоркского медицинского центра Mount Sinai Beth. Затем материалы были переданы Нилу Тейзу, профессору медицинского факультета Нью-Йоркского университета. Он и стал автором статьи.
В основе исследования лежала новая методика, которая называется конфокальной лазерной эндомикроскопией. Для осмотра обычный эндоскоп оснастили небольшим зондом с камерой: крошечный зонд проникает в микроскопические образцы тканей, подсвечивая фрагменты лазером. Отраженные флуоресцентные диаграммы, отраженные от ткани, анализируется специальными датчиками. Раньше интерстиций не могли найти из-за того, что изучали фрагменты мертвой, а не живой ткани.
Ученые обнаружили вместо плотной соединительной ткани ранее не известные им полости. Интерстиций находится почти везде, где в теле человека можно найти мягкую ткань. Он представляет собой слой заполненных жидкостью отсеков, которые соединены вместе сетью коллагена и эластина, гибкого белка.
Ткань была спрятана у всех на виду из-за того, что раньше к ней не применялось специальных способов гистологического исследования. Для дальнейшего изучения образцы ткани тонко нарезают и обрабатывают химическими веществами, которые выделяют ключевые компоненты ткани. Лишняя жидкость иссушается, а лишенные влаги отсеки разрушаются.
Открытие показало, где может находиться 20% воды организма, которые ранее располагались в неизвестных клетках организма. Внутри интерстиция может находиться около 10 литров жидкости.
Нил Тейз говорит, что новая ткань действует как амортизатор –– это не слишком жесткая, но достаточно упругая ткань, которая может сжиматься и вновь заполняться ячейками. Согласно теории Тейза, интерстиций может быть источником лимфы, которая движется через лимфатическую систему и поддерживает иммунитет. Возможно, что ее изучение поможет понять механизм распространения рака.