«Риба всередині нас»: Ніл Шубін про таємниці людського вуха

Ніл Шубін. Риба всередині нас/ Пер. Анна Лип’ятських. — Київ: Комубук, 2018. —  280 с.

Чому наші тіла збудовані саме так, а не інакше? Що спільного між людською рукою та крилом мухи? І чому, якщо ми хочемо зрозуміти такий буденний фізіологічний процес, як гикання, нам варто глибше вивчити дихання риб? Обравши своїм вихідним пунктом розповідь про відкриття скам’янілих решток доісторичної істоти, що отримала ім’я тіктаалік, один із провідних світових палеонтологів Ніл Шубін запрошує читачів у захопливу мандрівку 3,5-мільярдною історією людського тіла. 

В  уривку з книжки, який надало видавництво «Комубук», ми дізнаємося про те, що людське вухоце не лише апарат, який дозволяє нам орієнтуватися у просторі й отримувати інформацію з навколишнього середовища. Це також той орган, який тримає в собі сліди тисячолітніх еволюційних змін людини й дозволяє таки знайти «рибу всередині нас».

Ссавці — дуже особливі. Завдяки волоссю та молочним залозам нас легко відрізнити від інших істот. Для багатьох буде несподіванкою те, що одна з характерних рис, які вирізняють нас з-поміж інших видів, криється в наших вухах. Кісточки середнього вуха ссавців не подібні до кісточок жодних інших тварин: у ссавців їх три, тоді як у рептилій та земноводних лише одна. У риб їх немає зовсім. Тож звідки ці кісточки походять?

Трохи анатомії. Нагадаю, що три кісточки нашого середнього вуха називаються молоточком, коваделком та стремінцем. Як ми вже дізналися, кожна з них розвивається із зябрових дуг: стремінце — з першої, а молоточок і коваделко — з другої. Ось тут і починається наша історія.

У 1837 році німецький анатом Карл Райхерт досліджував ембріони ссавців та плазунів, щоб зрозуміти, як формується череп. Він простежував розвиток зябрових дуг у різних видів, намагаючись виявити, де вони врешті-решт опиняються в черепах різних тварин. Він проводив свої досліди знову й знову і натрапив на те, що, здавалось, не мало жодного сенсу: дві слухові кісточки ссавців відповідали фрагментам щелепи у плазунів. Райхерт не міг повірити своїм очам, і цей захват і досі відчувається у його монографії.

Коли він порівнює вуха та щелепу, його текст змінюється: типовий стриманий опис, характерний для анатомії ХІХ століття, стає емоційним — відображає подив і потрясіння від зробленого відкриття. Висновок був украй очевидним: та сама зяброва дуга, з якої утворюються щелепи плазунів, формує слухові кісточки у ссавців. Райхерт висунув гіпотезу, в яку й сам ледь вірив, що частини вух ссавців відповідають щелепам плазунів.

Ситуація стане ще неймовірнішою, якщо згадати, що Райхерт висловив таку думку за кілька десятиліть до того, як Дарвін оприлюднив свою концепцію про родинне дерево живого. Як можна назвати частини тіла двох різних видів «однаковими» без поняття еволюції?

Значно пізніше, у 1910 та 1912 роках, німецький анатом Ернст Ґаупп продовжив роботу Райхерта та опублікував вичерпне дослідження з ембріології вух ссавців. Робота Ґауппа була докладнішою і, з огляду на пізніший період, розглядала праці Райхерта у контексті еволюційної теорії. Його історія вух була приблизно такою: три кісточки середнього вуха засвідчують зв’язок між плазунами та ссавцями. Єдина наявна у плазунів кісточка середнього вуха відповідає стремінцю у ссавців; обидві вони є похідними другої зябрової дуги.

Однак неочікуваним було те, що дві інші кісточки в середньому вусі ссавців — молоточок і коваделко — розвинулися з кісток, розташованих у плазунів у задній частині щелепи. Якщо це й справді було так, то палеонтологічні знахідки мали б продемонструвати перехід від кісток щелепи до кісточок у вусі при виникненні ссавців. Проблема полягала в тому, що Ґаупп проводив досліди тільки з живими істотами і недооцінював роль, яку в його теорії могли відіграти викопні рештки.

Починаючи з 1840-х, завдяки відкриттям у Південно-Африканській Республіці та Росії стала відома низка нових типів викопних решток. Було знайдено багато цілих, часто добре збережених скелетів тварин, які за розміром були як собака. Одразу після відкриття чимало з них запаковували та відправляли Річардові Овену в Лондон для ідентифікації та детального огляду. Овена приголомшило те, що ці створіння поєднували в собі риси різних істот: одні частини їхнього скелета були подібними до скелетів плазунів, інші — особливо зуби — нагадували скелет ссавців. І це були не поодинокі знахідки.

Як виявилося, в багатьох місцях розташування викопної фауни такі «ссавцеподібні плазуни» становили найпоширеніші рештки. Окрім того, що вони були дуже розповсюдженими, дослідники виявили також багато видів цих істот. В часи після Овена таких ссавцеподібних плазунів знаходили і в інших куточках світу, в породах, що відповідали кільком різним періодам історії Землі. Вони стали чудовою перехідною ланкою між плазунами і ссавцями.

До 1913 року ембріологи та палеонтологи працювали відокремлено одні від одних. У цей час американський палеонтолог Вільям Кінґ Ґреґорі з Американського музею природознавства звернув увагу на важливий зв’язок між ембріонами, описаними Ґауппом, та рештками, знайденими в Африці. Найбільш «рептилійні» з усіх ссавцеподібних плазунів мали тільки одну кісточку в середньому вусі, і, як і у решти плазунів, їхня щелепа складалася з багатьох кісточок.

Читайте також: Курка Мишко, Гусь і Чубчик: 20 українських книжок про птахів

Та оглядаючи дедалі більш ссавцевоподібних плазунів, Ґреґорі виявив дещо дивовижне (відкриття, яке, безперечно, звалило б Райхерта з ніг від здивування, якби той був живим): послідовний ряд форм, який безсумнівно засвідчував, що з плином часу кісточки в задній частині щелеп плазунів ставали все меншими й меншими, доки врешті не опинилися у середньому вусі ссавців. Молоточок і коваделко й справді розвинулися з кісток щелепи. Те, що Райхерт та Ґаупп спостерігали в ембріонів, увесь цей час було сховане у викопних рештках і лише чекало, поки його відкриють.

Навіщо ссавцям знадобилися три кісточки в середньому вусі? Це невелике утворення формує важільну систему, завдяки якій ссавці чують звуки вищої частоти, ніж тварини з однією кісточкою. Поява ссавців передбачала не тільки нові різновиди жування, про що йшлося в розділі 4, а й інновації в царині слуху. Насправді, ця зміна відбулася не через виникнення цілком нових кісточок, а завдяки видозміні функцій уже наявних. Кістки, які плазуни використовували для жування, еволюціонували і тепер допомагають ссавцям чути.

Історію молоточка й коваделка ми з’ясували! Однак звідки ж з’явилося стремінце?

Якби я просто показав вам дорослу людину й акулу, ви б нізащо не здогадалися, що ця крихітна кісточка, розташована глибоко всередині людського вуха, відповідає великій кістці у верхній щелепі риби. Та з еволюційного погляду це саме так. Стремінце — це кістка другої дуги, що відповідає гіомандибуляре — під’язиково-щелепній кістці акул та риб .

Проте ця гіомандибуляре не є вушною кісткою; нагадаю, що в риб та акул немає вух. У наших водних родичів ця кістка — великий прут, який з’єднує верхню щелепу з черепною коробкою.

Незважаючи на суттєві відмінності у функціях та формі цих кісток, подібності між цією кісткою та стремінцем включають навіть те, що їх обслуговують однакові нерви. Основний для функціонування обох кісток нерв — нерв другої дуги, лицьовий. Отож ми бачимо, що дві дуже різні кістки формуються з подібних ділянок в процесі розвитку і мають схожі способи іннервації. Чи є цьому якесь пояснення?

Звернімося знову до скам’янілостей. Якщо ми простежимо зміну гіомандибуляре від акул до істот на кшталт тіктааліка і потім до земноводних, то побачимо, що ця кістка повсякчас зменшувалася, доки нарешті не змістилася з верхньої щелепи і почала відігравати важливу роль в апараті слуху. Назва її також змінилася: коли вона велика і підтримує щелепу, ми називаємо її гіомандибуляре, а коли маленька і виконує слухову функцію — стремінцем. Ця трансформація відбулася, коли предки риб почали виходити на сушу. Здатність чути у воді відрізняється від такої здатності на суші; завдяки маленькому розміру та розташуванню стремінце ідеально підходило для вловлювання вібрацій у повітрі. Ця нова здатність виникла завдяки модифікації верхньої щелепної кістки риб.

У нашому середньому вусі містяться свідчення двох найбільших змін в історії життя. Виникнення стремінця і його перетворення з кістки, яка підтримувала щелепи, у слухову кісточку почалося, коли риби вийшли на сушу. Інша визначна подія сталася під час зародження ссавців, коли кістки із задньої частини щелеп плазунів перетворилися на наші молоточок і коваделко.

Читайте також: Три наукові книжки про людяність і людську поведінку