* * * Эта научно обоснованная история, собранная и составленная из многих источников, более необычна, более интересна, более захватывающа и красива, нежели любой выдуманный нами миф о Сотворении мира. Элис Робертс Мастерский рассказ о том, почему наши организмы являются такими, какими мы их видим сегодня. Робертс умело и со знанием дела сплетает воедино эмбриологию, генетику, анатомию, эволюцию и зоологию, чтобы рассказать невероятную историю человеческого тела. В разделах, посвященных сравнительной анатомии, книга просто блистательна… Этот добротный научный труд, основанный на современных исследованиях и исторических фактах, читается на удивление легко. Суперувлекательное чтение! Observer Книга излучает необыкновенную энергию, после ее прочтения остается впечатление, что вы получили интеллектуальный массаж каждой своей мышцы и с особой остротой, совершенно по-иному воспринимаете собственное тело, словно стали другим человеком. Марк Медовник, профессор, ученый-материаловед В биологии есть неисследованная пока пропасть между ДНК и живыми организмами. Ответ, судя по всему, будет найден в эмбриологии, и книга Элис Робертс – шаг на этом пути. Шаг успешный, сделанный с остроумием и энтузиазмом. Стив Джонс, генетик Начала Тайна зачатия и история, записанная в наших организмах Ex ovo omnia. (Все происходит из яйца) (лат.). Уильям Гарвей (1651) Мое мировоззрение и понимание своего места в мире разительно переменились после того, как я стала матерью. Первого ребенка я родила в 2010 году, и сразу же меня охватило невероятное, почти мистическое ощущение нерасторжимой связи с моими предками и потомками. Я поняла, что я не просто индивид, нет, я – звено в цепи жизни. Для меня это было словно прикосновение к женским таинствам, ведь женщины играют исключительно важную роль в сохранении непрерывности этой цепи. Я родила дочь – так же, как моя мать родила меня, а сама была рождена своей матерью и так далее – углубляясь во тьму прошедших веков. Если вы, мой читатель, мужчина, то, хотя вы не способны к деторождению, тем не менее вы можете передавать свою Y-хромосому в последовательности потомков по мужской линии. Конечно, это выглядит не столь эпическим, но надо признать, что в сравнении с чудом деторождения в мире меркнет вообще все остальное. Как и другим будущим мамам XXI века, мне выпала фантастическая возможность увидеть каждого из моих детей до того, как они появились на свет. Очень хорошо помню ту головокружительную радость, какую я испытала, увидев на двенадцатой неделе беременности свою крошечную дочку, плававшую в пруду амниотической жидкости. Тогда я еще не знала и не могла знать, что это девочка. Это было чудесно – видеть своего будущего ребенка, но между картинкой на экране и ощущением беременности была огромная пропасть. Я анатом, моя профессия предполагает знание строения человеческого тела и законов его развития, но сколько бы я ни знала о внутриутробном развитии эмбриона, это ничуть не уменьшало ощущения того, что в моем чреве происходит настоящее чудо. Оплодотворение невероятно само по себе, но еще больше поражает сама мысль о том, что оплодотворенная человеческая яйцеклетка – единственная клетка – преобразуется в нечто столь сложное, как целостный человеческий организм. К двенадцатой неделе, когда сделали ультразвуковое исследование, плод был уже в достаточной степени сформирован: у него уже были руки и ноги, пальцы на руках и ногах, кишечник и бьющееся сердце. Плод выглядел как миниатюрный младенец. Как мог он возникнуть из одной-единственной клетки, образовавшейся в момент оплодотворения? * * * Само ваше пребывание в этом мире, сам факт того, что вы сейчас читаете эти строки, – события до крайности маловероятные. Маловероятной случайностью была встреча ваших родителей. Могло быть множество моментов, когда их жизнь повернулась бы по-иному и они встретили бы на своем пути других людей. Однако даже после того, как они встретились и полюбили друг друга, чистой случайностью стало то обстоятельство, что именно одна, определенная яйцеклетка была оплодотворена именно одним, определенным сперматозоидом, в результате чего на свет появились именно вы. И от мысли о том, насколько маловероятны эти события, становится даже немного не по себе, но чудеса на этом не заканчиваются. Процесс превращения единственной оплодотворенной клетки в целостный человеческий организм и в самом деле поражает воображение. Он представляется своего рода биологическим чудом. Правда, это чудо не требует от нас веры в сверхъестественное или божественное вмешательство; это естественное, природное чудо, и за прошедшие несколько столетий ученые раскрыли многие тайны этого невероятного преобразования (хотя некоторые так и остаются неразгаданными). На первый взгляд, превращение одной-единственной яйцеклетки в полноценный человеческий организм кажется настолько невозможным, настолько маловероятным событием, что мы невольно воображаем себе некую сверхъестественную направляющую руку, благодаря которой совершается чудесное превращение, но, разобравшись в процессе более детально, начинаем понимать, как молекулы, клетки и ткани сами выстраиваются во взаимодействующие органы нашего тела. Это фундаментальный процесс, объединяющий нас со всеми другими живыми существами нашей планеты. Когда мы задумываемся о нашем начале, нам трудно поверить, что когда-то мы были одной-единственной клеткой, оплодотворенной яйцеклеткой, но, несмотря ни на что, мы знаем, что это правда. Это кажется невероятным, но само наше бытие служит доказательством того, что это все-таки произошло. Трудно также поверить, что мы происходим от предков, которые когда-то, очень давно, тоже были единственными клетками. Но если мы согласимся с неоспоримым фактом, что мы сами возникли из единственной клетки в процессе эмбрионального развития, то, возможно, нам будет легче поверить, что мы, как вид, возникли из куда более скромных одноклеточных организмов. Бросив взгляд на наших более близких предшественников (однако все же довольно древних), мы обнаружим среди них червей. Мы можем проследить нашу родословную, двигаясь по линии нашего непосредственного происхождения по обильно ветвящемуся древу жизни. Там мы найдем других наших предков – рыб, амфибий, рептилий, древних млекопитающих, древних приматов, человекообразных обезьян и нас самих. (Между прочим, мы тоже обезьяны, хотя и совершенно особенные.) Я написала эту книгу не только для того, чтобы помочь вам восстановить вашу личную историю происхождения как человека – от того момента, когда одна из яйцеклеток вашей матери была оплодотворена одним из отцовских сперматозоидов, но также и для того, чтобы напомнить о вашей связи с далекими предшественниками. Моя книга приглашает вас в путешествие по человеческому телу, с головы и до кончиков пальцев ног и рук. В первых главах мы уделим особое внимание нашим ранним предкам, таким как черви и рыбы, но постепенно доберемся и до более молодых ветвей нашего генеалогического дерева. В конце мы поговорим о конечностях и рассмотрим кисти и стопы как вымерших непосредственных предков человека, так и наших ныне живущих двоюродных братьев – человекообразных обезьян, таких как гориллы ишимпанзе. Надеюсь убедить вас в том, что история возникновения и развития человеческого тела – это самый увлекательный рассказ из всех, что может предложить нашему вниманию наука. Каждый из нас совершил путешествие от единственной клетки до сложного организма, который состоит приблизительно из ста триллионов клеток, относящихся к нескольким сотням типов. Однако одновременно каждый из нас – продукт эволюции, и, как мы выясним, организмы наши весьма далеки от совершенства. Миллионы лет эволюции произвели нечто вполне работоспособное, но это нечто ограничено историей своего возникновения и своим строением. Чем глубже я погружаюсь в изучение структуры и функций человеческого тела, тем лучше понимаю, каким невообразимым, небрежно смешанным коктейлем из разных частей и кусочков является наш организм – дом, в котором обитает каждый из нас. Это сооружение блистательно, но у него есть свои изъяны. Наша эволюционная история вплетена в наше развитие в эмбриональном периоде и даже в строение взрослого человеческого организма; многие недостатки нашего тела можно понять только в эволюционном контексте. Можно сказать, что наши предки оставили нам как свои великие достижения, так и свои крупные недостатки. Тело человека хранит анатомические следы самых древних предков, вкрапленные в события эмбрионального развития и запечатленные в нашей ДНК. Эволюционная биология переживает волнующее время – если волнующим можно назвать время, порождающее множество новых вопросов. Мы все еще не понимаем, совершается ли эволюция постепенно или скачкообразно, мы также не знаем, насколько она предсказуема. Мы до сих пор исследуем вопрос о том, насколько форма и функция обусловлены природой (наследственностью) и насколько – воздействием окружающей среды. Нам хочется знать, насколько строение организма ограничено эволюционным прошлым и генетической программой, направляющей его развитие, и насколько оно подвержено влиянию внешней среды и естественного отбора. Постигая историю «нашего создания» эволюционными и эмбриологическими методами, мы познакомимся с нашей анатомией и с нашими предками из эволюционного прошлого. Познакомимся мы и с учеными-первопроходцами, командой корабля, на котором мы будем совершать наше путешествие. Но главным героем этой истории останетесь ВЫ. Это рассказ о вашем эволюционном наследии, о вашем эмбриональном развитии, о том периоде жизни, когда вы особенно активно росли и изменялись и части вашего тела развертывались, как элементы оригами, до тех пор пока из крошечного эмбриона не возник человек. Мы вплотную подойдем к преображению столь же глубокому, как превращение гусеницы в бабочку. Каждый из нас претерпел подобную трансформацию, развиваясь из одной-единственной яйцеклетки сначала в плоский диск, потом в полую трубку. Потом в нечто с коротенькими конечностями, а затем в существо, в котором уже можно распознать человека. Все эти превращения происходят в течение всего двух месяцев после зачатия. Это лучшая из всех историй творения – потому что она правдива. Но в ней есть и весьма странные откровения. В вашей ДНК можно найти следы признаков предка, который был общим для нас и плодовых мушек – дрозофил. В какой-то момент развития у эмбриона возникают зачатки жабр, как у рыб. Орудия труда, которыми наши предки начали пользоваться несколько миллионов лет назад, изменили нашу анатомию, сделав кисть руки такой, какой мы видим ее сегодня. Эта научно обоснованная история, собранная и составленная из многих источников, более необычна, более интересна, более захватывающа и красива, нежели любой выдуманный нами миф о Сотворении мира. Краткая история идей Зарождение нового человека, да, собственно, и любого организма оставалось одной из величайших загадок для науки до сравнительно недавнего времени. В IV веке до н. э. Аристотель написал книгу «О возникновении животных». Это был первый научный труд по эмбриологии. В нем Аристотель предположил, что мужское семя активизирует менструальную кровь, в результате чего и возникает зародыш. Сейчас такое предположение может показаться, мягко говоря, странным, но основано оно на вполне разумных допущениях; оно предполагает связь между половым актом и беременностью – и это, конечно, справедливо. Задолго до того времени, когда, посмотрев в микроскоп, люди увидели человеческую яйцеклетку, идея Аристотеля насчет менструальной крови имела определенный смысл: всем было известно, что с наступлением беременности у женщины прекращаются менструации. Многим ученым последующих веков предположение о том, что у эмбриона в организме женщины нет никаких других предшественников, кроме телесных жидкостей, отнюдь не представлялось неразрешимой проблемой. Тогда полагали, что некоторые животные могут зарождаться даже из неживого вещества – так, например, думали, что мухи спонтанно зарождаются в гниющем мясе. Теория Аристотеля, которую он сам называл «теорией эпигенеза», предполагала, что сложное человеческое тело могло возникнуть от смешения двух простых жидкостей – семени (надо помнить, что тогда не имели ни малейшего представления о сперматозоидах и семя представляли себе как гомогенную мутную жидкость) и менструальной крови. Надо сказать, что эта теория продержалась два тысячелетия. Древнегреческий «отец медицины» Гиппократ предложил иную концепцию – на его взгляд, зачатие требовало взаимодействия мужского и женского семени, но мысль Аристотеля о ключевой роли мужского семени оказалась все же более влиятельной. В середине XVII века в справедливости воззрений Аристотеля усомнился Уильям Гарвей, когда начал исследовать зарождение животных, производя для этого их вскрытие. Гарвей был убежден, что у женских особей есть «яйца» и находятся они в яичниках, но обнаружить их Гарвею не удалось. Теперь-то все мы знаем, как происходит зачатие, и знание это представляется нам абсолютно очевидным. Однако история открытия процесса зарождения человеческой жизни сложна и увлекательна. Открытие это зависело от возможности видеть, что происходит, причем на микроскопическом уровне. Оно зависело от изобретения технологии, которая повышала бы оптические способности глаза, позволяя нам рассмотреть мелкие объекты, недоступные зрению без системы увеличивающих линз. Простые увеличительные стекла появились еще в XVI веке, но доподлинно неизвестно, кто изобрел первый микроскоп. Галилей прославился изобретением телескопа, но он создал и приспособление, названное им occhiolino (в буквальном переводе с итальянского «глазок», а в современном итальянском языке это слово означает «подмигивание»). В начале XVII века «глазок» Галилея был уже известен под его нынешним названием – микроскоп. Позднее, в том же столетии, Роберт Гук пользовался микроскопом для изучения скрытых деталей знакомых объектов – блох, крапивы и пчелиных жал. Результаты своих наблюдений Гук опубликовал в превосходной книге «Микрография». Одновременно по другую сторону Северного моря голландский натуралист, а также продавец мануфактуры Антони ван Левенгук увлекся изготовлением крошечных увеличительных стекол, из которых смонтировал микроскоп. Пользуясь этим прибором, он принялся рассматривать детали множества объектов и сумел рассмотреть то, чего до него никто не видел. Он изучил водоросли вольвокс, мельчайших планктонных животных, разглядел, как мухи откладывают яйца. Исследовал он и красные кровяные клетки человека, строение селезенки, мышц и костей. Антони ван Левенгук стал первым человеком, который сумел увидеть человеческие сперматозоиды. Вы только вообразите себе, какое удивление он испытал. Представить это действительно трудно, потому что мы знаем, что сперматозоиды на самом деле существуют, но постарайтесь на минуту забыть об этом: на дворе 1677 год, а вы – ван Левенгук, и вы зачарованы микроскопическим миром. Вам известно, что мужское семя каким-то образом способствует зачатию ребенка, и вы берете немного семенной жидкости (как вы ее добудете, я предоставляю вашему воображению) и помещаете ее каплю под объектив микроскопа. Вы смотрите в окуляр и поражаетесь открывшемуся вашим глазам зрелищу. Все в поле вашего зрения буквально кишит движением. Вы можете различить отдельные, похожие на головастиков клетки, неистово бьющие своими хвостами. Они выглядят как микроорганизмы, как простейшие, которых вы уже обнаружили (и о которых даже написали письмо в Королевское общество). Но эти «анималькули» (лат. «зверьки») получены вами из человеческого тела. Оглядываясь назад, надо признать, что самое удивительное в этой истории то, что ни сам ван Левенгук, ни ученые Королевского общества в Лондоне, которым он отправил результаты своих наблюдений, не поняли всего значения открытия – а это была бы половина разгадки тайны зачатия. Другой голландец снискал себе славу тем, что чуть-чуть не открыл человеческую яйцеклетку. Этот человек был врачом, и звали его Ренье де Грааф. В 1673 году он опубликовал трактат о женских половых органах и включил в него описание развития фолликулов в яичниках кроликов. Эти пузырьки, состоящие из клеток, – они присутствуют и в человеческих яичниках – в настоящее время носят имя первооткрывателя, их называют граафовыми пузырьками. Де Грааф наблюдал также появление маленьких сферических образований в фаллопиевых трубах после разрыва фолликула и вывел отсюда, что фолликулы – и сферические образования – должны содержать яйцеклетки. Правда, сами яйцеклетки у млекопитающих были впервые обнаружены и описаны только в 1827 году. Человеком, который это сделал, был Карл Эрнст фон Бэр. Судя по имени, можно предположить, что его предки были немцами, но на самом деле он родился в Эстонии, которая тогда, в 1792-м, была частью Российской империи. Будучи профессором зоологии Кенигсбергского университета, фон Бэр изучал эмбриологию, и в 1827 году открыл яйцеклетку млекопитающего. Обнаружил он ее в полости граафова пузырька в фолликуле яичника. Фантастика: казалось бы, эти ученые разгадали загадку природы – есть яйцо, и есть сперматозоид. Соединившись, они образуют эмбрион, зародыш. Однако эта простота кажущаяся – это нам, вооруженным современными знаниями, все понятно. Вероятно, взгляды Аристотеля укоренились в науке так прочно, что было невозможно поверить в то, что яйцеклетка и сперматозоид в равной степени участвуют в некоем акте, который может привести к созданию нового индивида. Научное сообщество оказалось расколотым на два лагеря: овисты и сперматисты. Овисты считали сперматозоид всего лишь силой, которая «пробуждает» яйцеклетку. Сперматисты считали яйцеклетку лишь источником питания для нового организма, порожденного сперматозоидом. Обнаружение сперматозоида и яйцеклетки позволило отбросить идею Аристотеля об эпигенезе, о том, что сложная новая жизнь возникает в результате смешения двух простых жидкостей, но теперь предстояло разрешить другую, не менее запутанную проблему: как может сложный организм развиться из таких заведомо простых элементов, как сперматозоид и яйцеклетка? Многие ученые XVII и XVIII веков нашли ответ на него в теории преформизма. Эта теория предполагает, что организм во всей своей сложности уже существует, но, так сказать, в миниатюре, в виде предшественника зародыша, находящегося либо в яйцеклетке (согласно воззрениям овистов), либо в сперматозоиде (согласно воззрениям сперматистов). Крайним вариантом этой теории было представление о том, что крошечный человечек («гомункулус») целиком присутствует в сперматозоиде. Голландский оптик Николас Хартсукер (научившийся искусству шлифовки линз у Левенгука) нарисовал такого гомункулуса, калачиком свернувшегося в головке сперматозоида. Гомункулус Хартсукера Французский философ и священник Николя Мальбранш в идее преформизма зашел еще дальше. В 1674 году он предложил теорию «вложения» (фр. emboitement), согласно которой каждый индивид с самого начала находится в яйце матери. Мальбранш писал: «В зародыше луковицы тюльпана находится целый тюльпан. В зародыше свежего куриного яйца… виден целиком сформированный цыпленок». Отсюда Мальбранш заключил, что «все тела рожденных на свет людей и животных… были созданы, возможно, тогда же, когда состоялся акт Сотворения мира». Другими словами, каждый, кто когда-либо жил (и будет жить в будущем), всегда существовал в миниатюрной форме, упакованный в яичниках Евы, напоминавших, по мысли Мальбранша, некую невероятную разновидность русской матрешки. Этот вариант преформизма называли в то время теорией эволюции, что было весьма удачным термином, так как эволюция в переводе с латыни – это «развертывание». Сегодня, разумеется, этим термином обозначают нечто совершенно другое. Впрочем, людям, верившим, что возраст Вселенной насчитывает всего несколько тысяч лет, было легко поверить и в теорию вложения. Она родилась до открытия клеток и появления клеточной теории, которая положила предел минимальному размеру живых существ, и поэтому современникам Мальбранша ничего не стоило представить себе сколь угодно крошечное преформированное существо. Из этого не стоит, однако, делать вывод, будто все ученые того времени безоговорочно верили в столь крайний вариант преформизма. Всякий, кто рассматривал в микроскопе ранний эмбрион, наверняка знал, что он выглядит совсем не так, как крошечный взрослый индивид (по крайней мере, не в течение первых нескольких недель). Разумеется, наиболее крайнее выражение преформизма в наши дни может вызвать улыбку, но все же надо признать, что сама идея была отнюдь не беспочвенной, так как суть утверждений его приверженцев заключалась в том, что сложный организм не может появиться из материи совершенно не организованной и абсолютно гомогенной. И конечно, в этом тогдашние ученые были правы; правда, потребовалось еще немного времени, прежде чем была открыта молекула, несущая информацию, необходимую для формирования совершенно нового организма. Начало Теперь мы гораздо лучше понимаем, что происходит в процессе создания нового человеческого существа. Ваша генетическая идентичность, идентичность нового индивида, была заложена в тот момент, когда один из сперматозоидов вашего отца, проникнув в яйцевод фаллопиевой трубы, встретился там с яйцеклеткой, двигавшейся навстречу – к матке. Представьте себе эту яйцеклетку: она вырвалась на свободу из своего прежнего обиталища в яичнике вместе с приставшим к ней скоплением более мелких клеток. Все они попадают в воронкообразное отверстие маточной трубы, обрамленное пальцевидной бахромой – фимбриями. И вот теперь яйцеклетка движется по яйцеводу маточной трубы, подталкиваемая потоком содержащейся в трубах жидкости, которую приводят в движение реснички трубного эпителия (оболочки, выстилающей изнутри маточные трубы). А теперь представьте себе сперматозоид, плывущий по той же трубе, преодолевая ток жидкости, помогая себе неистовыми биениями хвоста. До этого сперматозоид уже преодолел канал шейки матки, саму матку и проник с противоположной стороны в яйцевод, или, как его называют у людей, в маточную, или фаллопиеву, трубу. Для того чтобы забраться в такую даль, сперматозоиду может потребоваться несколько дней. Один сперматозоид достигает яйцеклетки первым, благодаря случайностям и везению. Во время эякуляции во влагалище извергается некоторый объем семенной жидкости, содержащий сотни миллионов сперматозоидов. Несмотря на то что они уже проделали долгий путь от яичек (мужских половых желез), им еще предстоит столь же далекое путешествие. Многие погибнут, не успев покинуть влагалище, перед входом в узкий коридор канала шейки матки. Если у женщины неблагоприятный для зачатия день цикла, то липкая слизь, выделяемая шейкой, образует барьер, препятствующий проникновению сперматозоидов в матку. Однако к моменту овуляции слизь становится более скользкой и тягучей. (На этом изменении основан старый как мир способ определения самого благоприятного для зачатия дня в течение менструального цикла. Обычно густая и липкая цервикальная слизь начинает по консистенции напоминать яичный белок. Немцы обозначают это свойство словом Spinnbarkeit – эластичность, «кристаллизация слизи».) Преодолев шейку матки и проникнув в полость тела матки, многие сперматозоиды отстают, а оставшиеся, яростно работая хвостами, плывут вверх, вверх и только вверх, по направлению к трубам. Продвигающаяся яйцеклетка посылает химические сигналы, привлекающие сперматозоиды к нужной трубе. Число сперматозоидов, достигающих яйцеклетки, составляет ничтожную долю от сперматозоидов, попавших во влагалище во время семяизвержения. Возможно, до яйцеклетки добирается едва ли один сперматозоид из миллиона. Но конкуренция на этом не заканчивается. До яйцеклетки доплывают одновременно несколько сотен сперматозоидов. Клетка со всех сторон окружена ими, но для оплодотворения яйцеклетке нужен только один. Некоторым сперматозоидам удается прорваться сквозь окружающий яйцеклетку лучистый венец – остаток яйценосного бугорка, из которого, при его разрыве после овуляции, высвобождается яйцеклетка. Пройдя сквозь барьер из клеток лучистого венца, сперматозоиды наталкиваются на гликопротеиновую блестящую оболочку (zona pellucida) – толстый желеобразный слой, окружающий мембрану яйцеклетки. Теперь сперматозоидам некуда отступать; блестящая оболочка прочно захватывает мужские половые клетки. Головки сперматозоидов вязнут в геле; гликопротеины связываются с находящимися в мембране сперматозоидов рецепторами, к которым они подходят, как ключ к замку. И эти ключи действительно кое-что отпирают: после взаимодействия гликопротеинов с рецепторами сперматозоиды выделяют фермент, расщепляющий гель блестящей оболочки, что позволяет одному из сперматозоидов преодолеть оболочку и достичь клеточной мембраны самой яйцеклетки. Теперь мембрана сперматозоида непосредственно соприкасается с мембраной яйцеклетки. Клеточные мембраны сливаются, и обе клетки – крошечный сперматозоид и гигантская яйцеклетка – объединяются в одну клетку. Это и есть момент зачатия будущего человека: невероятное, но обыденное событие, происходящее в темных закоулках материнского тела. Надо, правда, помнить, что это оплодотворенное яйцо еще не личность. Это всего-навсего клетка. В этот момент нет никаких гарантий того, что новая клетка (зигота) разовьется в целостный организм. Только оглядываясь назад, вы можете сказать: да, я был зачат именно в тот самый момент.