Мы привыкли доверять учебникам. Где же еще брать достоверную информацию, как не в книгах, написанных людьми, сведущими в своей области, прочитанных рецензентами и одобренных для школ. Однако стоит ли безоговорочно доверять этим источникам? Оказывается, многое из того, что нам рассказывали на уроках биологии, неверно. И не потому, что ошибся автор учебника или учитель был плох. Просто за пару десятилетий в науке произошло столько открытий, что некоторые главы можно смело перечеркивать.
Все смешалось в доме Линнея
Систематику – то есть принципы классификации живых организмов, которыми ученые пользуются уже более 300 лет, – придумал шведский врач и естествоиспытатель Карл Линней. В своем труде «Система природы» он поделил все, что нас окружает, на три царства: живое (к нему относилось все то, что «живет, чувствует и растет»), растительное («живет, растет, но не чувствует») и минеральное («не живет, не чувствует, но может расти»). Царства, в свою очередь, делились на классы, классы – на отряды, отряды – на виды. Родственные связи между живыми существами стало легко изображать в виде дерева. Кто сидит на соседних сучках, растущих из одной ветви, происходит от общего предка.
Также Линней заложил основы бинарной номенклатуры – способа обозначения видов, который успешно используется до сих пор. Каждому виду дается название, состоящее из двух слов: первое обозначает род, к которому относится растение или животное, а второе, собственно, видовой эпитет – существительное или прилагательное. К примеру, бурый медведь на латыни будет Ursus arctos, где Ursus – «медведь», название рода, к которому относится животное, а его собрат белый медведь называется Ursus maritimus.
Нововведения шведского ученого существенно облегчили работу ученым-естественникам. Объем доступной информации постоянно увеличивался: эпоха географических открытий приносила все новые знания о растениях и животных. Если раньше живые организмы изучались хаотично, теперь многообразие флоры и фауны было разложено по полочкам и упорядочено, а бинарная номенклатура уменьшала путаницу. Изобретение шведа оказалось столь удачным, что вскоре им стало пользоваться все ученое сообщество.
Во времена Линнея его систематическое дерево насчитывало 3 царства живых организмов – сейчас выделяют 8. Причем минералы исключены из биологической классификации – теперь это вотчина геологов. В XVIII веке ученые довольствовались шестью классами, теперь же их больше сотни. Однако структура со временем не изменилась: ствол «номенклатурного дерева» – тип – ветвится на классы, которые, в свою очередь, делятся на еще более тонкие «веточки» – отряды, и так до видов.
Современники Линнея относили животное к тому или иному классу, ориентируясь лишь на внешнее и анатомическое сходство с иными представителями этой категории. Разумеется, это порождало массу ошибок. К примеру, Карл Линней считал, что медведи и барсуки принадлежат к одному роду, на том основании, что эти животные всеядны и зимой впадают в спячку. Сегодня же известно, что эти животные относятся к разным семействам, и объединяет их только отряд – хищные.
Позже методику отнесения животного или растения к той или иной ветви усовершенствовали. Помимо внешних признаков ученые учитывали также данные палеонтологии и эмбриологии. Но принцип оставался все тем же: чем больше похожих черт, тем ближе родство. Однако по мере накопления палеонтологических сведений становилось ясно, что даже при близком родстве сходства может не быть. К примеру, птицы произошли от той же группы древних рептилий, что и крокодилы. Более того, крокодилы ближе к птицам, чем к ящерицам и черепахам, хотя все они относятся к классу рептилии. Менять что-то в систематике ученые не стали: уж слишком непривычно видеть пернатых и аллигаторов на соседних ветках, вдали от пресмыкающихся.
Ветка, на которой в уединении располагались китообразные, также покачнулась. Они оказались близкими родственниками… парнокопытных. Правда, в один отряд с новоявленными братьями их объединять не стали, но специально для них создали внесистематическую группу китопарнокопытных.
Чем дальше развивались технологии, тем менее убедительной казалось привычное разделение на классы и семейства. Анализ генотипа позволяет достоверно определить, кто и кому кем приходится. Благодаря умению читать ДНК и РНК ученые открыли много нового. Настолько много, что впору думать о перекраивании всей систематики. К примеру, оказалось, что членистоногие произошли отнюдь не от кольчатых червей, несмотря на все анатомическое сходство. Внешне эти два типа животных весьма похожи друг на друга. Их тела поделены на сегменты, каждый из которых несет по паре конечностей. Строение лапок также мало отличается: они двуветвистые (то есть состоят из спинной и брюшной ветви), а вверху на них часто имеются дыхательные придатки. Однако новые молекулярные данные вынудили ученых отказаться от прежней теории. Очевидно, что у двух типов животных имелся общий предок, тело которого было поделено на отдельные сегменты. Этот признак и передался его потомкам – кольчатым червям и членистоногим.
Если задумываться о создании новой системы, становится непонятно, что же делать и с уже вымершими животными: выделить ДНК из останков удается нечасто, а без этого ископаемым существам сложно найти место в новой классификации. Возможно, в будущем и появится гений, который придумает, как систематизировать все имеющиеся данные об окружающем нас мире в некую лаконичную структуру. А возможно, новые открытия перевернут и ее.
В поисках летающего динозавра
Динозавры – величественные гиганты, появившиеся на планете 225 млн. лет назад. Жаль, что исчезли знакомые нам по картинкам и музейным экспозициям огромные апатозавры, могучие трицератопсы, забавные паразауролофы с роскошными гребнями. О тираннозаврах сокрушаться, пожалуй, не стоит – вряд ли люди (да и другие млекопитающие) смогли бы достичь процветания, живя бок о бок с такими хищниками. Однако в нашем мире все еще живут потомки динозавров – птицы.
Долгое время в учебниках красовался портрет их прародителя – археоптерикса, животного с разноцветным опереньем, чаще всего изображенного сидящим на скале или планирующим среди ветвей деревьев. Останки этих существ были обнаружены в конце XIX века. Ряд черт, характерных как для рептилий (особенности строения таза и ребер, челюсти с зубами, длинный хвост, двояковогнутые позвонки), так и для птиц (наличие перьев, в том числе и маховых на передних конечностях), заставили ученых предположить, что их находка и есть переходная форма между динозаврами и пернатыми.
В должности связующего звена между двумя классами археоптерикс находился 150 лет. Однако чем больше останков этих животных обнаруживали ученые, тем сильнее возрастали их сомнения. Было очевидно, что археоптерикс является потомком хищных динозавров, но на современных пернатых он мало похож: уж слишком много различий между ним и птицами.
В 1990-х годах на территории Китая нашли целое кладбище представителей древней флоры и фауны. Растения и животные, обитавшие здесь 120 – 130 млн. лет назад, погибли из-за извержения вулкана. Благодаря вулканическому пеплу останки прекрасно сохранились и предоставили исследователям массу нового материала. В том числе и скелеты нескольких видов ящеров, покрытых перьями. Расположение и размер пера варьировались от короткого пуха до длинных маховых перьев на хвосте и конечностях, что говорит о способности летать. Самая интересная из китайских находок – микрораптор гуи, небольшое животное с хохолком на голове, чьи передние и задние лапы были покрыты маховыми перьями, точно такими же, как и у современных птиц. Очевидно, микрораптор мог перелетать с дерева на дерево. А вот с приземлением у него были проблемы. У животного отсутствовало бинокулярное зрение (поля зрения глаз не перекрывались), поэтому он не мог точно рассчитать положение ветки, на которую хотел бы сесть.
Сегодня среди ученых нет согласия, кто же был предком современных птиц. Но чем больше находок будет у исследователей, тем скорее выстроится цепочка видов, ведущая от динозавров к пернатым.
Динозавры – интересный надотряд животных, о котором дети и подростки узнают не только на уроках; огромные рептилии привлекают и интригуют ребят. Потому о динозаврах было написано множество книг и детских энциклопедий, снято немало фильмов и передач. А внезапная гибель делает этих животных еще загадочнее не только для школьников, но и для ученых. С каждым годом палеонтологи узнают все больше о древних гигантах, так что многие сведения из произведений 10- или 20-летней давности уже не соответствуют действительности.
Одна из наиболее знаменитых вымерших рептилий – тираннозавр, которого многие ученые считают опаснейшим хищником, когда-либо существовавшим на Земле. В длину «ящер-тиран» достигал 12,3 м, а в высоту до бедра – 4 м. Его добычей, по мнению палеонтологов, становились не только мелкие животные, но и представители одного с ним класса – другие крупные динозавры. Образ ужасного тираннозавра широко растиражирован – встретить его можно и в фильмах (к примеру, знаменитый «Парк Юрского периода»), и в мультфильмах («Земля до начала времен»), и в фантастических романах («С ружьем на динозавра» Л. Спрега де Кампа). Тираннозавр, конечно, был свирепым хищником, но, очевидно, не настолько, как представлялся многим ученым, и уж точно не настолько, как было показано в художественных произведениях.
Насколько был страшен тираннозавр на самом деле? Немецкие ученые проанализировали имеющиеся у них останки различных видов древних ящеров и пришли к выводу, что взрослые животные обычно были целыми – у них не было страшных следов схваток с «ящером-тираном», их кости не выглядели как обед хищника. Очевидно, серьезные схватки были невыгодны обеим сторонам, поскольку могли закончиться гибелью любого из участников, а то и обоих. Поэтому динозавры, даже хищные, предпочитали их избегать. Зато костей молодняка травоядных ящеров со следами огромных зубов тираннозавра было найдено предостаточно. Видимо, как и многие современные хищники, «ящер-тиран» предпочитал охотиться на молодых животных: ловить такую добычу проще и безопаснее. Не брезговал он и падалью.
Человека, рассматривающего в учебнике картинку с тираннозавром, могут поставить в тупик его передние конечности. Зачем грозному хищнику короткие лапки, сложенные на груди? Оказывается, представление о передних конечностях этого рода динозавров также было неверно. На лапах у тираннозавра было не два, а три пальца, а их ладони смотрели друг на друга. Такое строение конечностей позволяло хищнику крепко удерживать свою добычу. Также, вероятно, при помощи маленьких лапок проснувшийся динозавр принимал вертикальное положение.
Неандертальцы нам не предки, а дальние родственники
Происхождение человека всегда вызывало нешуточные споры. Несколько десятилетий назад среди ученых бытовало мнение, что неандертальцы были прямыми предками кроманьонцев. Эта точка зрения была весьма распространенной и даже вошла в школьные учебники. Впрочем, сомнения она вызывала уже тогда: исследователей смущали некоторые особенности неандертальского человека. Скошенный лоб, выдающиеся надбровные дуги, отсутствующий подбородок – такие черты отнюдь не характерны для нашего вида – человека разумного.
Технологии развивались, и все точки над «i» расставил анализ ДНК. Ученые сравнили митохондриальную ДНК (наследственный материал, который содержится не в ядре, а в других органоидах клетки – митохондриях, и передается по материнской линии) современного человека, шимпанзе и неандертальца. В случае последнего геном удалось извлечь из обнаруженных останков. Результаты оказались неожиданными. Исследователи выяснили, что различий между современным человеком и неандертальцем всего в два раза меньше, чем между человеком и шимпанзе. А это значит, что неандертальские люди нам не прямые предки, а скорее троюродные братья.
По подсчетам ученых, дороги предка современного человека и неандертальца разошлись еще 555 – 690 тыс. лет назад где-то в Африке. Неандертальцы гораздо раньше покинули Черный континент. По их останкам, найденным в Европе, можно заключить, что они пришли сюда уже 600 – 350 тыс. лет назад, в то время как предки современных людей покинули колыбель цивилизации значительно позже – 100 – 120 тыс. лет назад, а в Европе появились и вовсе недавно – 35 – 45 тыс. лет тому.
По своим умственным способностям и образу жизни неандертальцы не сильно отличались от людей того времени. Они жили группами, состоящими из нескольких семей. Их общество было патриархальным: невеста переходила в семью жениха. Неандертальцы изготавливали орудия труда и, по всей видимости, умели добывать огонь. Очевидно, они делали украшения из ракушек и перьев, хотя сложно сказать, было ли это их собственным изобретением, или же они подсмотрели его у наших предков. Они ухаживали за своими ранеными соплеменниками. Интересны ритуальные обычаи неандертальцев: они хоронили своих умерших, укладывая их в позу эмбриона. Нередко в могиле можно было найти кости хищных животных – медведей, леопардов, волков, лис. Скорее всего, эти древние люди ассоциировали себя с сильными хищниками. А в Узбекистане была обнаружена могила ребенка-неандертальца, окруженная по периметру рогами горных козлов. Интересно, что, несмотря на почтение к умершим, неандертальцы не чурались каннибализма и, по всей видимости, без зазрений совести могли съесть представителя своего же вида из чужой общины.
Спустя 5 тыс. лет после появления кроманьонцев (это общее название для предков современного человека) в Европе неандертальцы исчезли. Ученые теряются в догадках, почему это произошло. Исследователи предполагают, что неандертальцев могли вытеснить более приспособленные предки homo sapiens, которые успешнее добывали себе пропитание и у которых попросту рождалось больше детей. Есть и более кровожадные версии: судя по следам на костях, обнаруженных на древних стоянках, наши предки могли попросту съесть неандертальцев.
Есть также версия, что в исчезновении наших родственников виноваты природные катаклизмы: 39 тыс. лет назад в Европе произошло масштабное извержение вулкана, расположенного к западу от Неаполя. Как знать, возможно, именно оно убило неандертальцев, а немногочисленным предкам современных людей, чей ареал был шире, удалось избежать гибели и продолжить свой род.
Но неандертальцы не исчезли бесследно. Несмотря на то, что они и не являются прямыми предками современного человека, их кровь течет в наших жилах. Очевидно, два вида древних людей периодически скрещивались между собой. В результате мы несем от 1 до 4% неандертальских генов. Примечательно, что коренные жители Африки homo sapiens на 100%. Неандертальцы так давно покинули континент, что предки современных людей попросту не успели смешать с ними свой генофонд.
Есть ли у нас лишние органы?
Согласно определению, рудимент – это недоразвитый, остаточный орган, утративший свое значение в ходе эволюционного развития организма. Наверное, в качестве примера такого органа большинство людей вспомнит аппендикс, или червеобразный отросток слепой кишки. Нас учили, что у наших далеких предков он участвовал в пищеварении, но у современных людей уже не несет никакой функции. Да и вообще от него одни неприятности – он может воспаляться. Аппендицит – самое распространенное из острых заболеваний органов брюшной полости. Удалить бы его, да и всю оставшуюся жизнь не беспокоиться каждый раз, когда кольнет в правом боку. Однако аппендикс, как и большинство органов, до недавнего времени считавшихся бесполезными, выполняет свою важную функцию в организме.
Идею о «лишних» органах в «Происхождении видов» высказал Чарльз Дарвин. В своем труде он перечислил ряд органов, являвшихся, по его мнению, рудиментарными: зубы мудрости, аппендикс, волосы на теле, копчиковая кость, некоторые мышцы. Его последователи были усердны и решили углубить идею своего учителя. Немецкий анатом Роберт Видерсхайм издал книгу «Строение человека», в которой лишними объявлялись гипофиз и эпифиз, вилочковая железа, миндалины, слезные железы, щитовидная железа – всего 86 органов. А позже количество «ненужных» деталей в нашем организме и вовсе приблизилось к двум сотням. Причина оказалась тривиальна: в конце XIX – начале XX века было понятно назначение далеко не всех органов. Те части тела, функции которых были неизвестны, медики считали бесполезными рудиментами.
Рубеж XIX и XX веков – время, когда человек восторжествовал над природой. Он покорял ее, изобретая все новые технологии, переделывал под себя. И молодые врачи, действуя в духе того времени, стремились улучшить человека, избавить его от бесполезного груза. К примеру, французский врач Франц Гленар считал, что расположение органов пищеварительной системы, сформировавшееся у наших предков в далеком прошлом, не сочетается с нынешним прямохождением человека (конечно, неясно, почему врач не предполагал, что расположение органов брюшной полости изменилось, как изменилась и походка homo sapiens). Своим пациентам, жалующимся на боли в животе, он предлагал операцию по фиксации органов. Гленар стремился придать содержимому брюшной полости то положение, которое, согласно его представлениям, было бы оптимально для существа, перемещающегося вертикально. Врач закреплял желудок и слепую кишку. У некоторых больных после таких манипуляций симптомы пропадали, однако у большинства возникали куда более серьезные проблемы, чем те, что были до лечения.
Английский хирург Уильям Лэйн считал, что в кишечнике проходит гнилостное разложение бактерий, продукты которого постоянно отравляют организм. Своим пациентам он вырезал толстую кишку, считая, что тем самым спасает их от язвы, повышенного давления, ревматоидного артрита и даже шизофрении. Больным, прошедшим через калечащую операцию, становилось хуже, но подобная практика продолжалась до 50-х годов прошлого века.
Нельзя сказать, что удаление «ненужных» деталей осталось в таком уж далеком прошлом. Многие люди, выросшие в СССР, наверняка помнят, как детям массово удаляли миндалины, считая их рудиментами, оставшимися от далеких предков. И только недавно ученые узнали, что якобы бесполезные органы выполняют множество функций.
Миндалины оказались важной частью иммунной системы. Они способствуют запуску защитного механизма. Наибольшего размера этот парный орган достигает у 5 – 7-летних детей. В это время как раз активно формируется иммунитет. В 9 – 10 лет по мере накопления антител миндалины начинают уменьшаться, а в 16 – 20 лет могут и вовсе исчезнуть.
Можно предположить, что люди, которым в детстве удалили миндалины, будут чаще заболевать простудой. Однако, по наблюдениям педиатров, такие пациенты не чаще, чем «полностью укомплектованные» дети, страдали от инфекций глотки и верхних дыхательных путей. К сожалению, эта категория пациентов оказалась подвержена ряду злокачественных заболеваний. К примеру, женщины, перенесшие такую операцию, чаще заболевают раком молочной железы.
Долгое время ученые не могли понять, для чего же нужен аппендикс. В 2007 году американские исследователи обнаружили, что этот отросток также играет важную роль в иммунной системе человека. Кроме того, в подслизистом слое червеобразного отростка располагается большое количество лимфоидных образований. Есть основания полагать, что лимфоидная ткань аппендикса участвует в производстве антител. Также отросток слепой кишки вырабатывает гормоны, стимулирующие перистальтику толстой кишки и регулирующие работу сфинктеров кишечника.
Аппендикс – инкубатор для кишечных бактерий, участвующих в пищеварении. Особенно важно было иметь такое хранилище во времена эпидемий, когда еще невозможно было пересадить больному бактерии здорового человека. Холера или амебная дизентерия вызывают сильнейшую диарею, и во время болезни из кишечника выводятся не только возбудители заболевания, но и нормальная микрофлора. А запас, находящийся в аппендиксе, помогал восстанавливаться после болезни. Как знать, возможно, именно этот орган позволил человечеству выжить.
Наука не стоит на месте. Ученые постоянно совершенствуют методы исследования окружающего мира, они регулярно открывают что-то новое или опровергают устоявшиеся представления. Возможно, если вы случайно наткнетесь на эту статью через пару десятков лет, она уже тоже будет полна неточностей и ошибок.
