Брайан Свитек - Кости: скрытая жизнь [Все о строительном материале нашего скелета, который расскажет, кто мы и как живем]

Как и в случае с костями и скелетом, история происхождения челюстей не была идеально гладкой. Палеонтологи и анатомы по-прежнему не могут сойтись во мнении относительно того, как изначально сформировались эти неотъемлемые составляющие нашего с вами тела — стали они модификацией жаберных дуг древних рыб или образовались как-то иначе. Как бы то ни было, независимо от того, какую правду в итоге поведает нам палеонтологическая летопись, челюсти — это чертовски удобный механизм. У первых рыб были лишь отверстия, в которые они засасывали пищу. Наличие челюстей позволяет их обладателю контролировать, что поступает ему в рот. Кроме того, челюсти участвуют в дыхании, причем как в воде, так и на суше, — если акулы сжимают свои челюсти, отдыхая на морском дне, чтобы пропустить через жабры воду, то человек после пробежки широко открывает рот, чтобы набрать в легкие побольше воздуха. Без челюстей не было бы никаких марафонов, и если бы этот инструмент так никогда бы и не появился, роман Питера Бенчли «Челюсти» пришлось бы переименовать во что-нибудь вроде «Глоточная щель» или просто «Дыра» — понятное дело, эффект уже не тот.

Простейшие элементы скелета, из которых могли сформироваться первые челюсти, существовали на протяжении многих лет, однако для появления этого эволюционного новшества были необходимы предварительные изменения. Череп должен был сначала перестроиться, чтобы освободить место для подвижного рта, включая отделение носовых каналов друг от друга, а также от соединяющейся со ртом трубки под названием «назогипофизарный канал». Реорганизация черепа должна была произойти прежде, чем появилась перспектива начать кусаться, и благодаря недавно найденным окаменелостям нам кое-что известно про эти изменения.

Ключевым персонажем здесь стала ископаемая рыба под названием Entelognathus primordialis [19] Ключевым персонажем здесь стала ископаемая рыба: Zhu, Min, Xiaobo Yu, Per Erik Ahlberg, Brian Choo, Jing Lu, Tuo Qiao, Qingming Qu, et al. «A Silurian placoderm with osteoichthyan-like marginal jaw bones». Nature 502 (2013): 188–193. . Ее имя в переводе означает «первичная полная челюсть», и Entelognathus определенно ему соответствовала. 419 миллионов лет назад Entelognathus жила как раз в эпоху формирования челюстей, однако ее архаичная анатомия сохранила некоторые переходные черты, показывающие этот процесс. Ее скелет, составлявший всего десяток сантиметров в длину и сохранившийся во всех трех измерениях, напоминает черепаший панцирь в форме рыбы, только без черепахи внутри. Форма рыбы определялась строением ее шершавых внешних костей, а под тупой мордой располагалась маленькая челюсть. Даже в те далекие времена у этой рыбы уже были предчелюстная кость, верхняя челюсть и зубная кость — ключевые кости челюстей, — наблюдаемые у костных рыб и их потомков, включая нас. Таким образом, Entelognathus является одним из первых представителей челюстноротых — позвоночных с челюстью.

Сейчас мы придаем большое значение нашей связи с этой ископаемой рыбой, но после своего появления челюсти отнюдь не сразу обозначили поворотный момент в эволюции. Первые челюстные рыбы не стали носиться, проглатывая всех вокруг. Как часто бывает, все изменило одно непредвиденное обстоятельство. Со временем и благодаря массовому вымиранию, стершему с лица земли многих бесчелюстных рыб, челюстноротые стали самой разнообразной группой существовавших тогда позвоночных. А с появлением челюстей стали возможными и зубы.

По происхождению зубы и челюсти тесно связаны друг с другом. Уже в те времена не только костные пластины защищали наших древних позвоночных предков от опасностей окружающего мира — появились примитивные версии тканей, из которых состоят наши зубы. Костные панцири первых бесчелюстных рыб зачастую были усыпаны кусочками веществ — предшественников дентина и эмали, представляющих собой более твердые ткани с большим содержанием минералов (вот почему наши зубы так хорошо кусают). И когда сформировались челюсти, зубы не заставили себя долго ждать. Случайно найденные окаменелости продемонстрировали, как это произошло.

Вид Compagopiscis обитал 420 миллионов лет назад, когда челюсти уже вовсю процветали [20] Вид Compagopiscis обитал 420 миллионов лет назад: Rücklin, Martin, Philip C. J. Donoghue, Zerina Johanson, Kate Trinajstic, Federica Marone, and Marco Stampanoni. «Development of teeth and jaws in the earliest jawed vertebrates». Nature 491 (2012): 748–751. . Эта рыба была одной из панцирных — устрашающих пловцов вроде дунклеостея, у которого режущие края челюстей состояли из костной брони, а не из традиционной зубной ткани, такой как эмаль. Когда же палеонтологи воспользовались мощной рентгеновской томографией, чтобы заглянуть внутрь челюстей молодой особи этого вида, то все-таки обнаружили там самые настоящие зубы. У маленьких шипов было твердое внешнее покрытие из дентина и даже пульпарная камера для питания зуба. С учетом того, что у взрослых особей все это отсутствовало, исследователи сделали однозначный вывод: у представителей Compagopiscis все-таки были зубы, однако они изнашивались в процессе старения, и роль острых шипов брала на себя челюсть, твердая кость которой принимала основную нагрузку. Это открытие добавило убедительности идее о том, что, подобно кости, зубы зародились снаружи. У первых костных рыб были ткани, схожие по строению с дентином и эмалью — твердыми тканями, из которых состоят сердцевина и внешняя оболочка наших зубов соответственно. Шипы из этих тканей высовывались из костяной брони. Они не двигались, зато впивались в любого хищника, осмелившегося разинуть на них свою пасть. Когда позвоночные начали избавляться от своей зубастой брони, эти шипы остались по краям зарождающейся челюсти. Потребовались миллионы лет, чтобы они превратились в постоянные дополнения, служившие животным на протяжении всей их жизни, однако, как показали юные представители Compagopiscis, зубы появились вскоре после того, как животные на Земле впервые начали кусаться.

К этому моменту позвоночная жизнь на Земле уже во многом походила на современную. Вы, может, и не увидите прямого сходства между собой и костями хищной рыбы, разделывавшей своих жертв похожими на огромную пару ножниц челюстями, однако многие основные элементы уже присутствовали: отдельная голова, позвоночник, челюсти и зубы. Кроме того, у некоторых рыб начался процесс окостенения внутреннего скелета. Это более масштабный во времени аналог того, что происходит в человеческом теле, когда хрящевая ткань — а порой и другие — наполняется кальцием и превращается в кость. По мере формирования внутреннего скелета у древних рыб основная структура из мягких тканей, заложенная протопозвоночными вроде пикайи, начала затвердевать, обеспечивая дополнительную защиту и поддержку изнутри. Такова противоречивая природа наших костей. Биологический строительный материал кости изначально появился в ходе эволюции в качестве внешней защиты и лишь потом превратился во внутренний каркас. Кости эволюционировали снаружи внутрь. Таким образом, наш скелет — это поглощенная телом внешняя броня. И в тот же важный период произошло еще одно изменение, без которого я не смог бы сейчас печатать этот текст. У рыб появились плавники.