Кости: скрытая жизнь. Все о строительном материале нашего скелета, который расскажет, кто мы и как живем

Брайан Свитек, 2019

Кость – это чудо. Это крепкий и способный к адаптации строительный материал, существующий более 500 миллионов лет эволюции. Возможно, ни одна другая составляющая человеческого тела не имеет такого научного и культурного значения. Кость наполнена жизнью, и одновременно она является общеизвестным символом смерти. Брайан Свитек рассказывает о костях с особым шармом и энтузиазмом. В этой книге он объясняет, как появился наш скелет, какие функции он выполняет и что наши потомки смогут узнать о нас, когда эти удивительные скопления минералов и белка будут единственным, что мы после себя оставим.

1. Из кожи вон

Прохладным апрельским днем с двумя плетущимися позади друзьями я поднимался по каменной лестнице Национального музея естественной истории, чтобы встретиться с Гровером Кранцем. Поездка в музей была бы неполной без этой встречи, и я пообещал своим компаньонам познакомить их со знаменитым и скандально известным антропологом. У него было множество публикаций на всевозможные темы, начиная от ископаемых обезьян и заканчивая эволюцией человеческой культуры, однако, пожалуй, лучше всего он запомнился тем, что настаивал на существовании мифического снежного человека. Устроить эту встречу не составляло особого труда. Потому что Кранц умер больше десяти лет назад.

Не нужно было какого-то специального допуска или разрешения. Заточенный в стекло, скелет Кранца неподвижно стоял в дальнем углу временной выставки под названием «Записано на костях», которая была главным образом посвящена судебной экспертизе жителей Чесапикского залива в эпоху колонизации. Кранц был самым последним экспонатом в истории антропологии — скорее эпилог, чем ее часть, и он не совсем вписывался в европейскую экспозицию, оформленную музеем в виде остеологического лабиринта. Тем не менее он определенно был бы рад, что его поместили в самом конце этого костяного лабиринта. Кранц построил карьеру, изучая кости и рассказывая другим их секреты. Его предсмертным желанием было продолжить служить своему призванию.

В старости, когда у него обнаружили рак, Кранц решил, что погребение в могиле или кремация — не самая подходящая участь для человека, десятилетиями преподававшего анатомию. Ему хотелось, чтобы его кости говорили за него еще долго после его смерти, так что он подключил свои профессиональные связи к поиску идеального места для этого. Кранц надеялся, что его блестящие кости будут выставлены на всеобщее обозрение рядом со скелетами его любимых волкодавов — Клайда, Ики и Йаху, — чьи кости были сохранены после их кончины. Конечно, это может показаться жутким, однако люди издревле известны своим стремлением провести вечность вместе с любимыми.

Смитсоновский национальный музей естественной истории в итоге согласился взять себе останки Кранца, хотя шансов на то, что его выставят на всеобщее обозрение, тогда, казалось, было совсем мало. Ему не нашлось места в существующем зале остеологии, а в музее и без того хватало старых скелетов, висящих в альковах. Кранц в любом случае обрел бы себе новый дом в антропологических шкафах, как и пообещал управляющий коллекциями Дэвид Р. Хант, однако великое возрождение Кранца казалось несбыточной мечтой, когда антрополог скончался от рака поджелудочной в День святого Валентина в 2002 году. Останки Кранца были отправлены в знаменитую ферму тел при антропологическом научно-исследовательском центре Университета Теннесси и, лишенные плоти, прибыли в музей в 2003 году. Кости антрополога могли навсегда остаться в шкафу вместе с его собаками. Бывают судьбы и похуже. Идея же выставки «Записано на костях» дала возможность возродить Кранца — ну или хотя бы заново собрать его скелет — в качестве знаменитости, демонстрируемой в финале. Таким образом, таксидермисту музея Полу Раймеру было поручено аккуратно соединить между собой все до мельчайшей косточки, чтобы получилась слегка измененная рентгеновская версия фотографии, на которой радостный Клайд в прыжке встречает Кранца (4). Раймеру пришлось изменить взаимное расположение экспонатов, чтобы не создавалось впечатления, будто Клайд прыгает, чтобы разорвать Кранцу горло. Из этой парочки получилось отличное наглядное пособие по позвоночным. Практически каждой кости Клайда соответствовала аналогичная у Кранца — это были два великолепных образца результатов более пяти сотен миллионов лет эволюции позвоночных.

Отклонившись назад, чтобы принять собачьи объятия, Кранц выступил в роли образца живой кости в каждом из нас. Разумеется, просить отдельного человека представлять все человечество — безрассудная идея, противоречащая разнообразию, которым мы так дорожим, однако все равно полезно увидеть чьи-то чужие кости, если хочется понять, что находится внутри нас. В точности как у покойного антрополога, у вас примерно 206 костей. Не убрав все окружающие ткани, после смерти или с помощью компьютерной томографии всего тела с высоким разрешением, которая подвергла бы вас опасному уровню облучения, точное число определить невозможно. Даже если исключить какие-то врожденные отличия, потерянные в результате несчастных случаев конечности, а также хирургическую замену настоящих костей искусственными, количество костей в полноценном человеческом скелете все равно варьируется. Каждый набор громыхающих костей так же индивидуален, как и личность.

Тем не менее я могу сказать о вашем скелете кое-что наверняка. Череп балансирует на шее. Вертикальный столб ваших позвонков проходит вдоль спины, а не спереди. Все необходимые инструменты, чтобы видеть, слышать, чувствовать запахи и вкусы окружающего мира, надежно упрятаны в голове, а не распределены по различным частям тела, словно у какого-то монстра Гильермо дель Торо. Ни одна из этих характеристик не выделяет однозначно человека среди других животных. Отличительные черты современного человека выражены в гораздо меньшей степени, да и заметны главным образом потому, что все остальные человеческие виды, процветавшие за последние шесть миллионов лет, исчезли, оставив пропасть между нами и человекообразными обезьянами. Гораздо проще делить на категории, когда в результате вымирания не осталось предков и двоюродных родственников. Но мы можем пока оставить в стороне тонкости, которые отличают нас как Homo sapiens.

То, где наши руки и ноги крепятся к телу, расположение позвоночника, обхватывающая органы грудная клетка — все эти характеристики у нас общие с другими позвоночными, от шимпанзе и ласточки до трицератопса и красного тритона, настолько маленького, что сложно поверить, что у него вообще могут быть кости. Как бы сильно мы ни отличались от крокодила, тунца или домашней кошки, наш скелет выстроен по той же самой конфигурации, потому что мы все являемся потомками одних и тех же созданий, наделенных по воле природы такой структурой. Они жили во времена, когда еще не было челюстей, позвоночников, да и самих костей. Одного их представителя тоже можно найти в Смитсоновском музее несколькими этажами ниже экспозиции со скелетом Кранца.

Можно было бы подумать, что вид, сыгравший столь важную роль в появлении нашего с вами скелета, должен занимать почетное место по центру каждого крупного палеонтологического зала в мире. Что его останки должны храниться на освещенной сверху бархатной подушке, а посетителям было бы дозволено только по одному или парами заходить в затемненный мавзолей, чтобы провести несколько мгновений наедине с животными, которым мы обязаны своим существованием. Раз уж в музеях с таким почтением относятся к знаменитым драгоценным камням вроде алмаза Хоупа, то частичка нашего далекого прошлого уж точно заслуживает не меньших почестей. Как минимум выставляться на самом видном месте, в центре величайших галерей ископаемых, своими крохотными скромными очертаниями олицетворяя предысторию всего, что можно увидеть дальше. К сожалению, этот наш особенный предок не удостоен подобной чести. Животные, сыгравшие важнейшую роль в формировании наших с вами тел, попросту не могут соперничать с величественными ископаемыми, притягивающими толпы людей. Вот почему динозавров обычно прячут где-нибудь подальше, чтобы посетители могли хоть что-то узнать о своем прошлом, пока идут по другим залам к этим громадным рептилиям, чтобы замереть в тени их величия, подобно нашим непримечательным мохнатым предкам более 180 миллионов лет назад. Динозавров и другие излюбленные публикой экспонаты музеев можно сравнить с летними блокбастерами киноиндустрии. И неважно, наслаждаемся ли мы красотой и величием деталей или же просто пялимся, в восхищении разинув рот, — именно они притягивают нас в кинотеатры (ну или на выставки в музеи). Если продолжать эту аналогию, то животные, с которыми я собираюсь вас познакомить, сродни авторским фильмам — несмотря на восхищение критиков, им определенно недостает зрелищности.

Интересующий нас персонаж запрятан в тихом уголке, куда почти никто не заглядывает. Зайдя в зал «Жизнь океана» Национального музея естественной истории, поверните налево у нависшего над головой кита и следуйте вдоль череды ископаемых останков китообразных, пока не попадете в небольшую комнатку. Здесь собраны наименее популярные музейные окаменелости — похожие на жуков трилобиты, аммониты в закрученных раковинах, ощетинившиеся иглами морские лилии и другие всевозможные беспозвоночные, наглядно демонстрирующие, что, несмотря на многочисленные вымирания, разорявшие флору и фауну планеты, жизнь неизменно восстанавливалась. Здесь-то вы и найдете животное, про которое я собираюсь вам поведать, окаменелую загогулину среди других причудливых диковин. Знакомьтесь: пикайя. Наша родственная связь с ней не всегда была очевидной.

Пикайя, как и остальные окружающие ее окаменелости, была найдена в одном местечке Британской Колумбии, название которого знакомо каждому палеонтологу, независимо от того, доводилось ли ему работать с добытым там материалом: сланцы Бёрджес. Историю открытия этого места мне рассказал много лет назад один профессор палеонтологии. Полевой сезон раскопок 1909 года близился к завершению. Чарльз Дулиттл Уолкотт, прочесывавший древние сланцы вблизи небольшого городка Филд в поисках следов доисторической жизни, так ничего толком и не обнаружил. Его надежды на грандиозные открытия разбились о те самые камни, которые должны были выдать свои секреты, и вместе с женой они свернули лагерь и направились вниз по горам под первым снегом, который подтверждал, что их работа в этом году закончена. По дороге лошадь Уолкотта споткнулась о холодные куски растрескавшегося камня, перевернув какой-то осколок. Чарльз заметил нечто странное на этом обломке. В древней породе он обнаружил отпечаток доисторического животного, прежде неизвестного палеонтологам. Если это и не послужило источником известной поговорки палеонтологов, то как минимум стало самым драгоценным примером — лучшие находки неизбежно попадаются в последние часы последнего дня полевых работ. Уолкотт вернулся в эти места на следующий год и раскопал целое собрание окаменелых животных, которые были ему совершенно незнакомы.

Среди всех палеонтологических историй эта определенно ближе всего к великому прозрению, и я могу понять ее привлекательность. Как бы хорошо ты ни подготовился, как бы ни был натренирован твой глаз улавливать первые намеки на выглядывающие из породы окаменелости, можно остаться совершенно не у дел, если тебя покинет удача. Вместе с тем, как писал знаменитый палеонтолог и популяризатор науки Стивен Джей Гулд в своей книге про сланцы Бёрджес под названием «Удивительная жизнь», классическая история про Уолкотта на самом деле вымысел (5). Уолкотт вел записи практически каждого дня полевого сезона, включая и тот, когда были найдены первые окаменелости. Это случилось 30 или 31 августа 1909 года, как отметил Гулд, когда не было и намека на суровую погоду. И у Уолкотта вовсе не округлились от изумления глаза: он попросту сделал заметку, что обнаружил «любопытную окаменелость». Вот и все. И это больше похоже на то, как в действительности совершаются грандиозные открытия. Великие находки зачастую начинаются с чего-то незначительного и неопределенного, как правило, лишь с нескольких любопытных фрагментов кости или загадочных пятнышек на мелкозернистом камне. Именно это и произошло в данном случае. На следующий день после первой находки Уолкотт обнаружил еще более интересное место, обнажившее трех беспозвоночных, совершенно неизвестных науке, и собрал еще несколько прекрасных образцов, прежде чем вместе с остальной группой свернуть лагерь в теплый и солнечный сентябрьский день.

Научная судьба этих образцов оказалась не менее запутанной. Уолкотт вернулся на сланцы Бёрджес в 1910 году и обнаружил еще больше интересных ископаемых, однако в итоге описал лишь небольшую часть огромной коллекции окаменелостей, которую он доставил в Смитсоновский музей. Пытаясь понять, что за организмы перед ним, Уолкотт воспользовался подходом, полушутя прозванным «подгоном»: он попытался отнести ставящую в тупик путаницу из ног, отростков и фрагментов тела к уже известным группам организмов. Согласно его выводам, в кембрийский период океан населяли медузы, губки и креветки — за исключением некоторых вымерших групп, таких как трилобиты, — не особо отличавшиеся от современных обитателей морского дна. Составленное Уолкоттом описание древней фауны оставалось признанным на протяжении десятилетий, но когда в 1960-х палеонтологи стали возвращаться к окаменелостям сланцев Бёрджес, вооружившись новыми идеями и новыми методиками работы с окаменелостями в пересеченном рельефе, они обнаружили сообщество куда более странное, чем Уолкотт мог себе представить в самых безумных фантазиях.

Выставленные в Смитсоновском музее модели Уолкотта представляют собой галерею тел неземных форм, веретенообразных ножек и выпяченных глаз. В кембрийский период животные были все еще в новинку, и прошли десятки миллионов лет, прежде чем в земном океане появился кто-либо достойный звания гиганта. На современных изображениях животные из сланцев Бёрджес выглядят непропорционально большими, потому что их не с чем было сравнить, и слишком внеземными, чтобы понять, как все эти пульсирующие, трепыхающиеся и извивающиеся части соотносились друг с другом. Они похожи на доисторические аналоги меняющего свою форму монстра из фильма «Нечто» Джона Карпентера, хотя и в куда меньшем масштабе. Большинство из них поместились бы у вас на ладони или даже на кончике пальца. Одним из самых маленьких их представителей и является пикайя, составляющая в длину каких-то четыре сантиметра. Из всех существ, найденных в сланцах Бёрджес, именно с этой крохотной зверушкой мы и состоим в родстве.

На первый взгляд пикайя может показаться самым непримечательным ископаемым созданием. Окаменелость больше похожа на какие-то бессмысленные каракули, нацарапанные на сером камне, короче, чем последнее слово в этом предложении. И тут требуется сделать замечание. Пикайя, жившая 530 миллионов лет назад, слишком древняя, чтобы связать этого предка всех позвоночных с нами непрерывной генеалогической линией. К подобным оговоркам палеонтологи относятся крайне категорично. Мы можем быть уверены, что вся жизнь на планете связана единым генеалогическим древом, восходящим своими корнями к общему предку, который мог быть или не быть первой формой жизни на Земле, однако, если воспользоваться примененной Чарлзом Лайелем и Чарлзом Дарвином аналогией, нам недостает огромного количества букв, слов, предложений и абзацев из великой книги истории жизни. За менее чем две сотни лет существования палеонтологии как науки мы лишь начали смахивать пыль со всех затаившихся в земле геологических фрагментов, не говоря уже о том, чтобы выстроить их в правильном порядке. Общие черты понятны, однако подробные родственные связи между родительскими и дочерними видами практически постоянно оспариваются, и требуется все больше усилий, чтобы выяснить, кто есть кто среди обнаруженных окаменелостей. Вот почему палеонтологи зачастую говорят о переходных видах — то есть о видах, которые помогают связать между собой, казалось бы, разные генеалогические линии, подобно тому, как покрытый перьями археоптерикс связал нелетающих динозавров с птицами или как пакицеты помогли продемонстрировать изменения, произошедшие с китами, когда из сухопутных животных они превратились во владык морей (6). Такие создания представляют собой вехи эволюции и заслуживают нашего особого внимания, так как зачастую демонстрируют кардинальные перемены в анатомии и естественной истории. Таким образом, на каменных плитах истории нашей планеты некоторые рассказы уже удалось разобрать, и определенные прототипы — если не предки — уже появились в качестве героев этой истории. Пикайя является одним из них.

Название «пикайя» новому открытому виду дал Уолкотт и познакомил мир с этой расплющенной окаменелостью в своей статье 1911 года под скромным заголовком «Аннелиды среднего кембрия» (7). Описание вида заняло у него пять небольших абзацев — в общей сложности меньше страницы. Уолкотт разглядел в пикайе кольчатого червя, мало отличающегося от дождевых червей, выползающих на поверхность лужайки, когда проделанные ими в земле ходы заливает дождь. «Это был один из активных, свободно плавающих кольчатых червей, что указывает на принадлежность к семейству Nephthydidae класса Polychaeta (многощетинковые черви)», — писал он, что по-простому означает: песчаный червь.

Когда же палеонтолог Саймон Конвей Моррис позже изучал целую горсть найденных окаменелостей пикайи, он не увидел в ней червя (8). Крошечные, едва заметные сегменты, составлявшие пятисантиметровое тело, были не кольцами червя, а примитивными миомерами — скоплениями волокон V-образной формы, от которых произошли наши с вами скелетные мышцы. У миниатюрной пикайи был отчетливо различимый головной конец с парой странных щупалец, однако самой поразительной находкой оказалась тонкая полоска палеозойского блеска вдоль ее спины. У пикайи был прототип позвоночника, которому по прошествии еще пятисот миллионов лет всевозможных мутаций предстояло стать стержнем, поддерживающим прямой нашу спину. При этом до появления костной ткани оставалось еще более ста миллионов лет. Тем не менее, как в 1979 году сообщил Саймон Моррис, у пикайи была хорда — простейшая структура, ставшая впоследствии основой для спинного хребта.

Мне пришлось прижаться носом к стеклу, чтобы своими близорукими глазами увидеть все эти детали, когда я в последний раз навещал своего старого приятеля. Они были, как всегда, на месте. Можете себе представить, насколько это удивительно? До наших времен дошли единицы динозавров, ископаемых млекопитающих и других созданий, которые могли бы похвастаться схожей сохранностью. В процессе окаменения сохраняются только самые крепкие. Пикайя была лишь жалким живым сгустком в кембрийском море, однако окружавшие ее условия оказались на редкость удачными, чтобы упаковать ее в осадочную породу с настолько мелкими частицами, что мы теперь знаем не только форму тела этих животных при жизни, но и замысловатое внутреннее строение, сквозь глубину веков связывающее их с нами. Если забыть, что это просто какой-то крохотный прутик, и попытаться найти пикайе место в глобальной картине эволюции, то получается, что она была одним из самых первых представителей типа хордовых, к которому принадлежим и мы с вами.

Не то чтобы пикайя была единственным древним хордовым животным на свете. В Китае обнаружен аналог сланцев Бёрджес, известный как Маотяньшаньские сланцы. Эти камни возрастом между 520 и 535 миллионами лет могут похвастаться собственными ископаемыми сокровищами, включая трех младших двоюродных сестер пикайи. О первых двух находках, Haikouichthys и Myllokunmingia (попробуйте быстро произнести десять раз подряд), было объявлено в 1999 году, а в 2003-м за ними последовали Zhongjianichthys, и все трое похожи на упрощенные версии гуппи, которых я приносил домой из зоомагазина. У них не было щупалец, как у пикайи, что по-прежнему остается необъяснимой странностью, однако наблюдались V-образные мышечные сегменты и тело в форме пули, что, пожалуй, оставалось незамеченным беспозвоночными, которые проглатывали их в древних кембрийских морях.

Нам задним числом гораздо проще понять, что делает этих протопозвоночных такими особенными. Прежде всего у пикайи и других первых хордовых была голова. Возможно, данный факт не кажется вам особо потрясающим, но это был важный шаг в формировании нашего тела таким, каким мы его знаем. Наши глаза, рот и нос, важнейшие органы чувств, сосредоточены на голове, рядом с мозгом. Сложись анатомия первых хордовых иначе, сенсорные центры позвоночных могли оказаться размещены в других местах либо распределены по всему телу, что потребовало бы от эволюции создания более быстрой нервной сети для эффективного взаимодействия всех разрозненных частей. Более важно то, что хорда, сформировавшаяся вдоль спины у этих видов, стала основой для появившегося позже позвоночника и всех крепящихся к нему частей. Акулы, эму, древесные лягушки, антилопы, ну и, конечно же, вы обязаны базовым строением своего скелета животным, настолько близким к беспозвоночным, что их первых обнаруженных представителей спутали с червями.

История пикайи крайне важна для всего, что происходило потом. Эти создания, ну или схожие с ними, являются первопричиной того, почему мы такие, какие есть. Пикайя и ее все более многочисленные родственники по чистой случайности развились в позвоночных, какими мы их знаем сегодня. Вместе с тем мне хотелось бы здесь подчеркнуть, как говорил десятилетия назад Гулд, что в наших предках, живших в далеком кембрии, не было ничего особенного или примечательного. В контексте жизни того времени итоговый расцвет позвоночных был совершенно непредсказуем.

Во времена, когда окаменелости, обнаруженные в сланцах Бёрджес, были живыми организмами, бо́льшая часть этих удивительных созданий, плавающих и мельтешащих в воде, принадлежала к видам, очень далеким от современных. Если бы вы могли отправиться назад во времени в кембрийский период, при этом не забыв захватить с собой батискаф, то скорый величественный рассвет позвоночной жизни показался бы вам весьма маловероятным (9).

Давайте представим, как бы это происходило. Колыхаясь на поверхности океана, вы всячески стараетесь не поддаться морской болезни, выполняя последние проверки оборудования перед погружением. Ваша одежда уже промокла от пота — как вы могли забыть, что в это время сланцы Бёрджес находились южнее экватора? — и тем не менее спустя несколько мгновений вы задраиваете люк и начинаете свое путешествие к морскому дну. Хотя по мере погружения к рифам у вас в голове начинают звучать первые аккорды музыки из «Челюстей», вы напоминаете себе, что беспокоиться не о чем. Мало того, что вы надежно защищены своей капсулой, так и до расцвета акул еще больше сотни миллионов лет. Самые грозные из животных, которых вам предстоит повстречать, заинтересованы лишь в ловле червяков и прочей мелкой закуски.

С нетерпением ожидая возможности отметить галочкой животных в своем списке, вы изучаете справочник по 150 с лишним видам, обнаруженным в этом месте. Некоторые из них, такие как бактерии, вы сможете увидеть лишь как пятнышки в толще воды или как тонкую пленку на морском дне. Что ж, по крайней мере, вы станете первым человеком, увидевшим живого трилобита — более тридцати трех процентов всех ископаемых, обнаруженных в сланцах Бёрджес, принадлежали к этому и родственным ему видам, представителям типа членистоногих, который включает в себя большинство животных, от кузнечиков и тарантулов до лобстеров современного мира. Вскоре вам откроется сюрреалистический морской пейзаж из замысловатых трубок. Некоторые растут ветвящимися скоплениями, подобно кактусам карнегия, другие напоминают разрезанные пополам волосатые огурцы. Это древние губки, главные архитекторы кембрийских рифов. По мере того как ваши глаза привыкают к виду мягких губок, в поле зрения начинают попадать внеземные формы более удивительных животных. Приапулид — или «червь-пенис», напоминающий своим видом заостренную версию того, в честь чего он и получил свое название, — устремляется обратно в норку. Трилобиты, почувствовав движение в воде, сворачиваются, напоминая мокриц, которых вы находили под сложенными дровами у себя дома. Виваксию то ли по чрезмерной самоуверенности, то ли по неосторожности ничто не тревожит. Эта ожившая игольница невозмутимо продолжает прочесывать своим колючим тельцем илистое дно в поисках бог знает чего, минуя похожее на червяка создание, расхаживающее на трубчатых ножках с колыхающимися от движения воды острыми шипами — существо настолько странное, что было названо галлюцигенией. В какой-то момент вы останавливаете на ходу свой батискаф, потому что мимо проносится нечто, напоминающее космический корабль пришельцев с колыхающимися по бокам тела похожими на весла отростками. Должно быть, это аномалокарис рыскает в поисках чего-нибудь мягкого, чтобы схватить своими ротовыми придатками.

Конец ознакомительного фрагмента.