Недорозвинені першопрохідники
Чи може дуже стара людина одного разу перетворитися на мавпу? Хіба що в літературних фантазіях, але це будуть такі фантазії, які мають якусь наукову основу.
«Зародок мавпи, якому вистачило часу вирости, — нарешті вимовив Обіспо. - Просто чудово! - Його знову розібрав сміх. — Ви тільки подивіться на його обличчя! — ледве вимовив він, показуючи за ґрати. З глибоких очних ямок над сплутаним волоссям, що покривало щелепи і щоки, дивилися блакитні очі. Бров 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» описують зустріч голлівудського мільйонера Стойта та його особистого лікаря Обіспо з істотою, яку колись звали П'ятим графом Гоністера. Стойт був одержимий ідеєю подолання смерті, і з його забаганки Обіспо намагався, досліджуючи тварин-довгожителів, витягти з них якийсь екстракт, що продовжує життя. Також під час сюжету герої роману намагаються розшукати того самого графа, якому відкрився секрет довголіття і який прожив уже 200 років. Але на них чекає розчарування: занадто довге життя перетворило аристократа на мавпоподібну чудовисько: смерть все одно настала — якщо не для тіла, то для людського «я».
Вони не хотіли дорослішати
Теорія людини як неотенічної мавпи не заперечується і сучасною наукою, але механізм цього еволюційного стрибка в наші дні не дуже зрозумілий і породжує безліч спекуляцій та гіпотез. Деякі психологи вважають, що уповільнення соматичного розвитку у дитинчати мавпоподібного предка людини диктувалося необхідністю продовження терміну, протягом якого малюк міг харчуватися материнським молоком. Нейробіологи бачать уконсервації ювенільної стадії (незрослі кістки черепа у немовлят) можливість для більш тривалого розвитку та зростання головного мозку.
Чому заростає череп?
Як свідчить гіпотеза про педоморфне походження людини, саме народження з кістками черепа (неотенічна ознака), що незросли, дозволяєhomo sapiensвирощувати собі більш об'ємний, а значить, більш продуктивний мозок. Однак приблизно з 2500 немовлят один народжується з вкрай неприємною патологією - краніостеноз (це передчасне закриття черепних швів). Патологія призводить до вродженої гіпертензії, заважає розвиватися мозку дитини і вимагає, зрештою, хірургічного втручання. Опубліковані минулого року результати досліджень показали, що за краніостенозом, а також за деформацією верхньої щелепи і зростанням зайвих зубів, що йдуть з ним «у пакеті», стоїть мутація гена IL11RA. Мутація блокує чутливість клітини до інтерлейкіну-11 (інформаційної молекули), що призводить до неправильного розвитку кісток голови. Усе це частково символічно — природа нагадує людині про будову предкових форм.
Аксолотль-ошуканець
Однак найбільш благодатним матеріалом для вивчення неотенії та педоморфозу стали хвостаті амфібії, в основному ті, яких називають саламандрами). У своєму розвитку вони не завершують метаморфоз і зберігають загалом личинкову форму, але при цьому розмножуються. Класичний приклад - аксолотль-амбістома. Аксолотль - личинкова форма амфібіїAmbystoma mexicana, що живе в Центральній Америці, а амбістома - власне доросла форма. Аксолотля європейці впізнали ще з часів конкістадорів — цих істот із ніби усміхненою фізіономією привозили з Мексики. Століттями їх тримали в європейських акваріумах у повній впевненості, що це цілкомсформоване земноводне. Одного разу в 1863 році шість аксолотлів були доставлені в паризький Сад рослин, де їх помістили в якесь водоймище. Яким же було здивування відомого французького зоолога Огюста Дюмеріля, коли замість одного з аксолотлів він виявив у водоймі хвостате земноводне типу саламандри. Адже насамперед аксолотля та амбістому вважали представниками не лише різних видів, а й пологів. Саме з часів цього відкриття до неотенія взагалі і прояву цього явища у земноводних звернена особлива увага біологів.
Загадкова посмішка природи
Перетворення можливе
Також смішно виглядає бахрома з трьох зовнішніх зябер (і це при тому, що личинка також має і легкі). Недаремно з ацтекської мови назва тварини (чи, правильніше сказати, личинкової стадії певного типу амбістоми) перекладається як «водяна іграшка». Насправді, як показало відкриття Огюста Дюмеріля, аксолотль зовсім не приречений завжди перебувати в неотенічній формі. Акваріумісти знають, що якщо помістити личинку в умови, що не дуже сприяють повністю водному способу життя, наприклад, знизити рівень води в ємності, де міститься тварина, то ймовірно перетворення аксолотля в амбістому.
Чи не водою, так хімією
Інший варіант - додати в їжу личинки гормон тироксин (можлива ін'єкція). Це той самий гормон, який запускає метаморфоз, проте за звичайного способу життя щитовидна залоза аксолотля не виробляє його в достатній кількості. Після метаморфозу 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 якоїсь земноводної тварини. Не допоможуть ні зміна способу життя, ні ін'єкції – еволюція зайшлазанадто далеко.
В Америці було виявлено ще кілька видів амфібій, що існують лише у личинкових формах. Протей, що живе в Південній Європі, також, як з'ясувалося, є неотенічною личинкою деяких стародавніх амфібій. У зв'язку з цим цікаво, що довгий час за окремий вид риб приймали лептоцефалу, який є нічим іншим, як личинкою 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 неотенічних асцидій. У асцидій, як і у всіх напівхордових, у дорослому стані немає жодного аналога хребта, а личинка має. Личинка має також органи чуття і, на відміну дорослої форми, прикріпленої до дна, вільно плаває. Від цієї педоморфної асцидії, таким чином, ведуть свій рід усі істоти, що належать до типу хордових, а отже, і весь високорозвинений світ хребетних тварин, включаючи людину.
У чому виграш?
Неотенія спостерігається і у ссавців, але тут відомо більше прикладів педоморфозу, досягнутого шляхом мініатюризації через прискорене дозрівання (прогенез), яке гальмує соматичне розвиток. Як приклад можна навести гризунів, і навіть вимерлих мініатюрних представників острівних фаун типу карликових слонів середземноморських островах. Є обґрунтоване припущення, що і одомашнення тварин йшло шляхом використання педоморфних форм. Для доместикації відбирали особин із ювенільними рисами характеру (добродушних, прив'язливих). Такі «дорослі діти» не рідкість у тваринному світі, та й серед людей теж: будь-хто може пригадати у колі своїх цілком зрілих знайомих тих, хтовідрізняється інфантильною поведінкою. Оскільки відбір (нехай у цьому випадку не природний, а штучний) віддавав перевагу «інфантилам», у домашніх тварин у порівнянні з їхніми дикими предками спостерігається маса ювенільних рис — зокрема, особливі пропорції черепа та скелета.
В основі неотенічних процесів лежать, зрозуміло, генетичні мутації, що викликають у свою чергу збої в роботі ендокринної системи. Зокрема, для розвитку риб або амфібій потрібна певна активність тиреоїдної осі (функціонально аналогічної щитовидної залози). Якщо активність залози ослаблена, те й метаморфоз немає. Тварина при цьому розвивається у статевому відношенні, але дорослої стадії не досягає. Також встановлено, що різні породи собак, у морфології яких у тому чи іншою мірою законсервовані ювенільні риси, різняться за рівнем активності щитовидної залози.
Неотенія прояснює
Походження птахів - одне з найбільш дискусійних питань у сучасній палеонтології.
Птах означає динозавр
М'яка голова
Таким чином, роблять висновок вчені, при переході від динозаврів до птахів відбувалося приблизно те саме, що, як підозрюють, супроводжувало відокремлення людини від мавпоподібного предка. Ювенільні форми динозаврів швидко переходили до розмноження (найвірогідніше, за допомогою прогенезу), і їх потомство, що мало «недорозвиненим» за мірками дорослих рептилій черепом, змогло розвинути більш об'ємний і «розумний» мозок, а також досконаліший зоровий апарат.
Рідня по дитинству
На схемі показані черепи трьох представників групи архозаврів: алігатор, примітивний динозавр і викопний птах (згори донизу).
Але чому природний відбір віддає перевагу неотеническим і начебто за визначеннямнедорозвиненим формам? Якщо звернутися до класичного прикладу, то можна помітити, що і аксолотль, і схожа амбістома тигра (Ambystoma tigrinum), що живе на території США, - всі вони живуть у гірських озерах зі стійкою екосистемою. Передбачається, що відбір був націлений на те, щоб зберегти ці амфібії виключно у водному середовищі, де немає природних ворогів, сильних перепадів температур і посух, зате в достатку їжі. У такій ситуації живій істоті типу амбістоми вигідніше вести повністю водний спосіб життя, а не вилазити на сушу, що загрожує різними небезпеками, подібно до дорослої саламандри.
Якщо говорити про прогенез - прискорення статевого розвитку, то окремий організм від цього мало що отримує, але вид виявляється у виграші. Тварина швидко дозріває, швидко залишає потомство, яке підтримуватиме існування виду. При цьому зрозуміло, що при прискореному дозріванні в організмі відбувається маса морфологічних недорозвинень. Сама тварина, як правило, спрощується. Наприклад, мініатюрні педоморфні жаби позбавляються середнього вуха. Для жаб, спосіб життя яких багато в чому визначається звуковою комунікацією, це серйозна втрата, але відбір дозволив на цю втрату погодитися. Адже стрімке статеве дозрівання дозволяє вигляду підтримувати більшу чисельність.
Також може відбуватися відбір на малі розміри тіла, і це найчастіше вигідно і окремій особині, і всьому виду в цілому. Наприклад, існує вид американських безлегкових саламандр крихітного розміру, частина яких (найменші) заселили ходи дощових черв'яків і чудово там живуть в умовах відсутності природних ворогів. Щоб скористатися такою вигідною екологічною нішою, саламандрам довелося прискорити статеве дозрівання, що зрештою призвело до їх мініатюризації.
Втеча від складності
Джуліан Хакслі, що вже згадувався, у спільній роботі з іншим знаменитим біологом — фахівцем з морської фауни Елістером Харді — викарбували термін «втеча від спеціалізації» (escape from specialization), який застосовується в першу чергу до педоморфозу як до механізму еволюції. Як правило, спеціалізовані ознаки живої істоти з'являються на найпізніших стадіях онтогенезу, і при неотені відсікаються саме вони. У дрібних жаб, крім середнього вуха, зникають також зуби та багато кісток черепа. У дуже невеликих особин (з довжиною тіла 9 мм) на весь кістяк залишається три-чотири кістки, решту його частини займають хрящі. Проте вигляд процвітає.
Цікаво, однак, що навіть при всіх цих спрощеннях непроявлені предкові ознаки тривалий час зберігаються у морфогенетичній програмі та 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 таки йде - повільно, потроху, але до самого кінця життя. Тому можна було б припустити, що у дуже старих особин ряд начебто втрачених предкових ознак під кінець довгого життя все ж таки проявляється. І справді, у найстаріших жаб виявилися кістки, які були втрачені ще під час переходу від лабіринтодонтів — стародавніх примітивних земноводних, що походять від риб і одними з перших (серед хребетних), що вийшли з моря на сушу. Згідно з панівною в сучасній науці теорії, амфібії, що нині живуть, є педоморфними нащадками лабіринтодонтів. Однак генетична пам'ять про девона, тобто сотні мільйонів років тому, предка зберігається і в сучасних організмах, даючи про себе знати під старість. І цей факт змушує нас знову згадати про долю персонажароману Олдоса Хакслі Дуже сумнівно, звісно, що гіпотетичний 200-річний старець почав би деградувати у бік предкових форм, але з жабами щось подібне відбувається, і це науковий факт.
Можна сказати, що педоморфоз дуже «улюблений» біологами саме тому, що дозволяє пояснити причини швидких еволюційних перетворень. Адже лише одна генетична мутація, що породжує гормональний збій, спричиняє потужні зміни у морфології та фізіології, які досягаються у порівняно короткі терміни. До педоморфозу часто вдаються до пояснення еволюційних розривів — відсутності перехідних форм між двома помітно різними типами копалин фаун. Деколи таке пояснення виглядає переконливо, але іноді здається «притягнутим за вуха». З неотенією намагаються пов'язувати настільки різні явища і процеси, як, наприклад, походження рас або генезис кримінальної психології (адже ще Ломброзо помічав, що психотипи закоренілих злочинців включають ювенільні риси: запальність, примхливість, схильність до створення незрозумілого для оточуючих. д.). Треба, однак, розуміти, що хоча педоморфоз, очевидно, відіграв важливу роль у розвитку живого на Землі, навряд чи він годиться на роль всеосяжного пояснення всіх невирішених питань, на які намагаються відповісти зоологи, палеонтологи, психологи та представники інших наук.