Искусные адаптации. Крот-звездонос, электрический угорь и другие чудеса эволюции - Кеннет Катания

Не хочу, чтобы вы дурно подумали о звездоносе, так что отмечу, что на стадии эмбриона мы все выглядим не лучшим образом. И все же я увидел парочку совсем уж странных вещей. Во-первых, передние лапы, которые аномально велики у взрослого звездоноса, у эмбриона тоже были огромными, как у каменного тролля. Во-вторых, ноздри в центре звезды напоминали глаза пришельца. На самом деле глаза у крота расположены ближе к задней части головы, за формирующейся звездой.

2.6. Жутковатый эмбрион звездоноса под электронным микроскопом. Формирующаяся звезда с двумя ноздрями похожа на голову инопланетянина, тогда как на самом деле голова и глаза крота расположены дальше, в глубине изображения. Обратите внимание на огромные формирующиеся передние лапы, которыми взрослые звездоносы роют тоннели

Но как бы жутко ни выглядел эмбрион, он представлял собой кладезь новых ключей к пониманию того, как одиннадцатый отросток стал главным органом осязания и оккупировал больше всего пространства в неокортексе звездоноса. Оказалось, что не все отростки «созданы равными». Одиннадцатые отростки – самые крупные на раннем этапе формирования звезды. Кроме того, кожа и органы Эймера на них созревают раньше, и то же касается нервных волокон. Как ни крути, на старте развития одиннадцатые отростки опережают все прочие, которые пытаются их догнать и в конце концов обгоняют по размеру7.

А что насчет неокортекса? Что вполне предсказуемо, первым в развивающейся новой коре появляется сегмент одиннадцатого отростка, и уже на раннем этапе он занимает большую область. Это отлично согласуется с данными других исследований, которые показывают важность ранних событий в мозге, когда закладывается основа его структуры. Конкуренция нервных окончаний за пространство, особенно в развивающемся неокортексе, – доказанный факт, и раннее развитие органа дает преимущество в этой борьбе.

Я не силен как теоретик, но не могу не высказать заманчивое предположение. Что, если один из способов, которым эволюция подправляет карты мозга, – это изменение сроков развития сенсорной единицы? Если хочешь припарковаться поудобнее, надо выехать пораньше. Кстати, при развитии органов зрения у приматов центральная ямка сетчатки тоже закладывается раньше, чем периферические области8.

Развитие, эволюция и гольф-клуб

Давайте представим, что нам нужно слепить звездоноса из пластилина. Как вылепить его звезду? Если мы работаем с одним куском пластилина, есть два варианта. Можно вытягивать отростки по отдельности из передней части морды, добирая недостающий материал у основания для достижения нужной длины. Или можно вытянуть один большой отросток в форме веера или лопатки, а затем разрезать его на несколько маленьких отростков, удалив лишний пластилин. Оба метода широко используются в лепке и оба близки к тому, как в реальности развиваются самые разные отростки в животном мире. Хороший пример – человеческая рука. В процессе ее развития природа использует обе стратегии: сначала из бугорка на поверхности тела развивается конечность, а затем из кистевой пластины на ее конце формируются пальцы (за счет постепенного отмирания клеток в пространстве между ними).

Эти два основных механизма – отращивание нужной формы и формирование ее за счет удаления материала – кажутся в высшей степени удобными и логичными, и именно так у большинства животных развиваются конечности и отростки. Опять же, как еще? Казалось бы, все разумные варианты исчерпаны. Однако звездоносы пошли своим путем.

На раннем этапе развития у эмбриона нет никаких признаков будущей звезды, и кончик носа представляет собой просто гладкий слой эпидермиса. Затем довольно внезапно появляется «протозвезда», которая выглядит как одиннадцать валиков с каждой стороны морды. Но что это? Звезда в сложенном виде? Или звезда, спрятанная под кожей и формирующаяся внутри носа, чтобы показаться в свое время? Ни то ни другое. Это просто валики – волны на поверхности кожи формирующегося носа. По мере развития валики становятся более выраженными, но по-прежнему не являются отдельными отростками. У них нет нижней части. Они лишь намечены бороздками, как пальцы у Сфинкса. Вскоре под этими эпидермальными волнами вырастает новый слой эпидермиса, и каждый из валиков становится отдельной трубочкой, прикрепленной к носу эмбриона по всей длине. А уже после рождения звездоноса эти трубочки проступают целиком, отделяются от морды и отклоняются вперед, образуя отростки звезды, которые мы видим у взрослой особи9.

2.7. Развитие звезды «задом наперед». Вместо формирования отдельных отростков на носу крота образуются обращенные назад трубчатые структуры, которые затем отделяются и отклоняются вперед. Этот процесс отличается от развития аналогичных органов у других животных

Получается, что кожа кончика каждого отростка представлена тканью лицевой области, расположенной дальше от носа, чем ткань основания. То есть орган формируется «задом наперед», а такой механизм развития не наблюдается больше ни у одного представителя царства животных. Это, мягко говоря, нестандартный подход, а говоря откровенно – просто нелепо. Думаю, если на уроке лепки из пластилина кто-то решит сформировать звезду таким способом, этот кто-то как минимум закончит работу последним. Положа руку на сердце, я думаю, что такое даже в голову никому не придет. Это совершенно неразумно.

Почему же развитие происходит именно так? Судя по всему, звездонос просто обожает оказываться в центре самых любопытных научных теорий и споров. Сначала речь шла о соматосенсорных картах неокортекса, а теперь – о взаимосвязи между внутриутробным развитием и процессом эволюции. В 1977 году известный палеонтолог и популяризатор науки Стивен Джей Гулд опубликовал свою первую книгу, «Онтогенез и филогенез» (Ontogeny and Phylogeny)10. Она была посвящена именно этой взаимосвязи (и вполне могла бы называться проще – «Развитие и эволюция»). Гулд особо подчеркивал тот факт, что эволюция не может позволить себе роскошь, доступную скульпторам, архитекторам и инженерам, и создавать что-то с нуля. Напротив, эволюция – это мастер, создающий новое, переиначивая пути развития старых форм, да еще и с дополнительным условием: все новое должно работать максимально эффективно. Зачастую это приводит к удивительным решениям, и сама их странность – лучшее доказательство эволюции. Если говорить точнее, Гулд, да и не только он, отмечает, что из-за такого кустарно-экспериментаторского характера эволюции иногда в процессе эмбрионального развития организма «воспроизводятся» стадии эволюционного процесса.

Иными словами, экстравагантное развитие лучей звезды у звездоноса может быть связано с тем, что на носу его предка органы Эймера располагались в виде отдельных полос, направленных назад. И если в процессе эволюции они постепенно приподнимались и отделялись от кожи, то последовательность эволюционных этапов может отражаться в последовательности развития звезды у современного