Роберт Мартин - Как мы делаем это. Эволюция и будущее репродуктивного поведения человека

У современных млекопитающих волосяной покров обычно имеется, поэтому нет ничего удивительного в том, что в некоторых классификациях эту группу называли Pilosa («волосатые», от латинского pilus – волос). Но другая заметная особенность млекопитающих – выкармливание потомства молоком – еще существеннее, чем волосяной покров, и свойственна всем видам этой группы без исключения. Самки любого вида млекопитающих вырабатывают молоко и кормят им своих детенышей.

И волосяной покров, и выкармливание детенышей молоком – более существенные и более древние особенности млекопитающих, чем живорождение. Даже среди современных млекопитающих сохранилось несколько видов, живущих в Австралазии (однопроходные – утконос, ехидна и проехидны), которые по-прежнему откладывают яйца, но имеют волосяной покров и выкармливают детенышей молоком. Поскольку большинство современных млекопитающих выкармливают детенышей молоком, весьма вероятно, что это было свойственно и их общему предку. Живорождение возникло позже, уже после отделения эволюционной ветви однопроходных, но до разделения ветвей сумчатых и плацентарных, произошедшего не менее 125 млн лет назад.

Но волосяной покров и выкармливание детенышей молоком объединяет не только древность происхождения. Вместе с волосами в ходе эволюции возникли различные кожные железы. Биологи делят такие железы на три основных типа: эккриновые, выделяющие обычный пот, апокриновые, выделяющие пахучие вещества, и сальные, выделяющие кожное сало. Молочные железы предков млекопитающих, по-видимому, возникли в ходе эволюции из сальных. Секрет сальных желез помогает поддерживать шерсть в нужном состоянии, поэтому они непосредственно связаны с волосяными фолликулами. Молочные железы первоначально тоже были связаны с волосяными фолликулами, что указывает на их происхождение от сальных.

У предков млекопитающих кожные железы, выделявшие влажный секрет, постепенно превратились в молочные, выделяющие молоко, в котором содержится смесь питательных веществ и антибиотиков. Мы привыкли воспринимать молоко просто как источник пищи для младенца. Но это может приводить к ошибочному представлению о том, что от искусственных молочных смесей требуется только одно – наличие всех необходимых питательных веществ. На самом же деле в материнском молоке содержатся еще и антибиотики, создающие в организме младенца первую линию обороны от микробов.

Может показаться, что в общепринятых сегодня биологических классификациях млекопитающих называют Mammalia (от латинского mamma – сосок) именно потому, что кормление детенышей молоком – столь фундаментальная особенность этой группы. Но действительно ли термин Mammalia побил термин Pilosa в состязании названий оттого, что биологи сочли кормление молоком более важным для млекопитающих, чем наличие шерсти? Современные биологические классификации начались с Линнея, который выбрал для млекопитающих именно название Mammalia, а не Pilosa. Однако Линней, как выяснила историк науки Лонда Шибингер, активно ратовал за то, чтобы шведские женщины кормили младенцев грудью, и даже написал на эту тему брошюру. Так что, как выясняется, упор на кормление молоком, а не на волосяной покров в его новаторской классификации был связан скорее с политикой, чем с биологией.

Разумно предположить, что общие предки всех млекопитающих кормили своих детенышей молоком. К сожалению, мы не можем проверить это предположение по палеонтологическим данным, как предположение о наличии волосяного покрова. Даже столь сложный признак, как выкармливание детенышей молоком, мог возникнуть в разных эволюционных ветвях независимо. Сходные потребности часто приводят к сходным адаптациям, так что независимое появление таких адаптаций (конвергенция) – довольно распространенное явление. Например, когда предки дельфинов и китов вернулись к жизни в воде, у них развилась обтекаемая форма тела, похожая на рыбью. Кормление детенышей молоком тоже могло возникать неоднократно, но как нам разобраться в его эволюции? Этот случай – один из восхитительных примеров того, как полученные за последние несколько лет генетические данные (существенно подкрепленные полной расшифровкой геномов многих видов млекопитающих) помогли решить эволюционную проблему.

Важное общее свойство молока всех млекопитающих – наличие особых белков, так называемых казеинов. Эти белки встречаются только у млекопитающих, а кодирующие их гены работают только в молочных железах. Ученые уже полностью расшифровали геномы яйцекладущего однопроходного (утконоса), сумчатого (опоссума) и пяти плацентарных млекопитающих (коровы, собаки, мыши, крысы и человека). Эволюционное древо, построенное на основании расшифровки последовательности нуклеотидов ДНК в генах, кодирующих синтез молочных белков – казеинов, свидетельствует о том, что эти гены возникли в ходе эволюции лишь единожды – у общего предка однопроходных, сумчатых и плацентарных. Этим фактом убедительно подтверждается предположение о том, что кормление детенышей молоком тоже возникло в ходе эволюции у древнейших млекопитающих лишь единожды. О том же свидетельствуют и содержащиеся в молоке углеводы. Сравнительный анализ показывает, что специфические углеводы молока имелись уже у жившего более 200 млн лет назад общего предка всех млекопитающих. На том этапе углеводы, содержащиеся в молоке, явно были еще очень разнообразны, потому что в молоке современных однопроходных, сумчатых и плацентарных преобладают разные углеводы. Однако у всех плацентарных, в том числе у человека, главным углеводом молока служит лактоза, а значит, она, несомненно, преобладала и в молоке общего предка всех плацентарных.

Молекула лактозы составлена из молекул двух простых углеводов: глюкозы и галактозы. Такие сложные углеводы, как лактоза, не могут проходить через стенку кишечника и, чтобы попасть в кровоток, должны быть переварены. В науке принято давать природным ферментам названия, заканчивающиеся на «-аза», поэтому фермент, расщепляющий лактозу на глюкозу и галактозу, называют лактазой. У потомства всех плацентарных млекопитающих лактазу кодирует один-единственный ген, работающий с самого рождения исключительно в клетках слизистой оболочки кишечника. Вскоре после того, как детеныш перестает питаться молоком, он обычно утрачивает способность переваривать лактозу. Например, у человеческих детей выработка лактазы нередко прекращается примерно к пятилетнему возрасту.

Если после прекращения выработки лактазы в кишечник попадает лактоза, она остается непереваренной и в неизменном виде доходит до толстой кишки. Живущие в толстой кишке бактерии быстро приспосабливаются к перевариванию оказывающейся там лактозы. Происходящее в результате брожение приводит к выделению больших объемов газовой смеси, содержащей водород, метан и углекислый газ. Именно поэтому у многих взрослых потребление молочных продуктов вызывает проблемы с пищеварением. Как иронично заметил один автор, оно приводит к «социально неприемлемым последствиям».