Ловушка эволюции. Почему наше тело болит

Тиктаалик жил к северу от того, что мы сейчас называем полярным кругом, и у него были уникальные для рыбы особенности скелета, такие как шея и плоская голова. Он мог поддерживать свой вес на плавниках и отталкиваться от дна мелководья, где обитал. Тиктаалик фактически был мостом между рыбами и амфибиями, проявляя черты, свойственные как тем, так и другим.

Эта существо выползло около 375 миллионов лет назад и просуществовало примерно 150 миллионов лет до тех пор, пока на Земле в триасовом периоде не появились первые млекопитающие. Разумеется, за эти 150 миллионов лет с наземными позвоночными произошли некоторые существенные изменения. Кожа амфибий затвердела, позволяя лучше сохранять воду, и позвоночные начали проводить все больше и больше времени вдали от воды. Конечности стали более приспособленными для передвижения по суше, а сами рептилии приобрели скорость и навыки хищников. Благодаря таким близким нам анатомическим особенностям, как соски и волосы, некоторые избранные животные организмы миновали стадию рептилий и попали на зарю эры млекопитающих. Большинство ранних млекопитающих не были самой впечатляющей группой: представьте себе мелких, похожих на белок животных, проносящихся между ног намного более крупных динозавров, и вы поймете, о чем речь.

В те времена произошли значительные изменения, затронувшие челюсти и зубы. По мере того как рептилии разошлись по всей планете, их зубы и челюсти менялись в зависимости от населяемой среды обитания. Некоторые виды, например черепахи, полностью освободились от зубов и приспособились к питанию с помощью прочного, как гвоздь, клюва. У многих, как у большинства ящериц, зубы оказались прикрепленными к внутренней стороне челюсти, в отличие от зубов, расположившихся в альвеолах, как у некоторых других рептилий (например крокодилов) и млекопитающих.

Помимо способа прикрепления возникли и другие различия между зубами млекопитающих и более ранними зубами рыб и рептилий. Наиболее очевидным было значительное сокращение общего числа зубов от рыб к земноводным, затем к рептилиям и далее – к млекопитающим. У среднестатистической рептилии может быть от 200 до 300 зубов, тогда как у млекопитающих редко бывает больше 50[8]. Иногда у человека вырастает значительно больше зубов, чем стандартные 32. Помните вопрос в начале главы? В нем спрашивалось о рекордном количестве зубов, вырванных изо рта. Я бы не стал осуждать вас за ответ «24», поскольку у взрослых должно быть максимум 32 зуба. Чрезвычайный случай произошел в 2014 году, когда подростку из Индии удалили 232 зуба, оставив ему 28 – типичное число зубов взрослого человека, у которого были удалены зубы мудрости.

Владельцы хладнокровных питомцев также могут заметить, что, в отличие от млекопитающих, рыбы и рептилии продолжают менять зубы до конца своей жизни. Млекопитающие теряют молочные зубы относительно рано, а затем вынуждены нести ответственность за сохранность второго набора зубов до конца своей жизни. С возрастом это становится для них серьезной проблемой – отсутствие достаточного числа здоровых и крепких зубов может привести млекопитающее к гибели. Проблема не является пустяковой и для человека. Жители США в возрасте от 20 до 30 лет имеют в среднем 26,9 зуба, но для людей возраста от 50 до 64 лет это число падает до 22,3[9]. Поддержание достаточного количества здоровых зубов имеет решающее значение: одно исследование показало, что риск смерти у пожилых людей, у которых менее 20 зубов, выше на 30 %, чем у тех, кто имеет во рту набор побольше[10].

Другое существенное различие, которое можно заметить, глядя одновременно в глотку ящерицы и домашней кошки, – это большее разнообразие типов зубов у кошки, тогда как у ящерицы все зубы выглядят одинаково.

Гетеродонтный зубной ряд, то есть наличие зубов разных типов, является отличительной чертой млекопитающих – он позволяет им поедать пищу, не имеющую аналогов в своем разнообразии. Такой зубной аппарат вторично развился у нескольких других групп – крокодилов или некоторых типов змей с узкоспециализированными клыками. Гетеродонтные зубы позволяют нам одним укусом оторвать кусок мяса от куриной ножки, затем похрустеть морковкой и наконец медленно смаковать кусочек карамели на десерт. Такая универсальность в питании позволила млекопитающим завоевать все уголки земного шара, потому что, куда бы мы ни пошли, мы всегда можем найти что-нибудь поесть.

Зубы приматов

А затем, примерно 66 миллионов лет назад, прилетел гигантский астероид. Когда я говорю «гигантский», я имею в виду громадину почти 10 километров в диаметре. Ударившийся о Землю 10-километровый космический камень не оказал положительного влияния на качество атмосферы. Событие массового вымирания, произошедшее в это время, известно как граница K – Pg, или как событие вымирания K – Pg (для определения границы между меловым и палеогеновым периодами)[11]. Многочисленные свидетельства указывают на то, что причиной великого бедствия стал гигантский астероид, который врезался в полуостров Юкатан, находившийся на территории современной Мексики.

Результатом стало вымирание 70–80 % обитавших на Земле живых организмов. Хотя для большинства животных это несомненно стало негативным событием, для млекопитающих, ведших в тот период исключительно ночной образ жизни, последствия необязательно были ужасными. Так как большинство надоедливых динозавров сошли со сцены, оставшиеся млекопитающие смогли наконец выходить порезвиться в течение дня и начали активно размножаться.

Поскольку эволюцию динозавры больше не ограничивали, млекопитающие распространились по планете тем же образом, как разошлись поколения рептилий на 200 миллионов лет ранее. Первоначальная формула постоянных зубов млекопитающих была следующая – 11 зубов на каждый квадрант, составляющих в сумме 44 штуки. По мере того, как млекопитающие распространились и заполнили почти все разнообразные места обитания на Земле, количество и форма зубов по необходимости начали меняться в разных средах обитания. В конце концов, у полевой мыши, поддерживавшей свое существование за счет питания семенами растений на африканских равнинах, были совершенно другие требования к зубам, чем у саблезубого тигра, заваливавшего и поедавшего носорогов.

Некоторые млекопитающие поднялись на деревья и в итоге стали приматами. Рацион обитателей деревьев и земной поверхности различался, и зубы приматов стали расходиться с зубами других млекопитающих. Один род приматов, обезьяны Нового Света (золотые львиные тамарины и ревуны – яркие тому примеры), сбросили по одному из резцов и премоляров в каждом квадранте, что сократило число зубов до 36. Другие приматы, обезьяны Старого Света (например, бабуины и макаки) и человекообразные обезьяны, также лишились одного резца. Кроме того, они потеряли два премоляра, оставшись со стандартным комплектом современного взрослого человека в 32 зуба[12].

32 зуба стали стандартным числом для нашего рода примерно 30 миллионов лет назад. За последние 30 миллионов лет наши челюсти и зубы должны были наконец найти свои места. Однако были в истории и другие большие изменения, радикально переработавшие форму рта наших предков.

Слезаем с деревьев

Следующие несколько миллионов лет жизнь приматов протекала относительно спокойно. Никакие ужасающие вымирания или другие из ряда вон выходящие события не меняли радикально ход жизни на нашей маленькой теплой планете. Приспособив к работе большие пальцы, приматы заняли прекрасную нишу, живя преимущественно среди деревьев и наслаждаясь диетой, состоящей из фруктов и листьев. Группа приматов продолжала распространяться, начала формироваться ветвь человекообразных обезьян. Многие трансформации от приматов к человекообразным обезьянам происходили на уровне скелета: плечи и грудная клетка начали принимать более человекоподобный вид, а позвоночник и бедра стали смещаться, обеспечивая более прямую осанку[13].

В итоге ветвь человекообразных обезьян на эволюционном древе тоже развила многообразие и отделилась. Исследователи продолжают спорить о времени существования последнего общего предка человека и шимпанзе. По оценкам ученых, он жил в пределах 5–13 миллионов лет назад. Когда мы думаем о людях и наших ближайших ныне существующих родственниках, шимпанзе, на ум приходит несколько различий, которые косвенно или напрямую связаны с нашими плохо подогнанными человеческими зубами.

Первое примечательное отличие состоит в том, что большинство из нас сегодня утром проснулись не на дереве. Недавно обнаруженные ископаемые материалы свидетельствуют о том, что предки человека отказались от жизни на деревьях в пределах трех-четырех миллионов лет назад[14]. По общему мнению, примерно в это время климат Земли претерпел значительные изменения. Резкая смена климата должна была существенно повлиять на доступность пищи. Если бы этого не произошло, то при наличии убежища, безопасности и достаточного количества пропитания не возникло бы мотивации смешать все карты и испробовать совершенно иные способы существования. Нисхождение с деревьев было не столько выбором наших предков, сколько вынужденным шагом. Особи, способные жить вне деревьев, выживали, размножались и передавали потомкам свои гены. Медленно, но верно, трансформация за трансформацией, гоминины (группа, включающая человека и наших вымерших близких родственников и предков, но не других человекообразных обезьян) адаптировались к жизни на поверхности земли.

Изменения в питании при переходе от жизни на деревьях к жизни на земле оказали значительное влияние на зубы и челюсти. Будучи млекопитающими, предки человека имели разнообразные типы зубов, что делало их способными переносить резкие перемены в рационе. Некоторые весьма толковые исследования, проведенные группой ученых из Университета Юты, продемонстрировали изменение рациона питания, проанализировав окаменелые зубы предков человека примерно того периода[15].

Не вдаваясь в подробности радиоизотопной биохимии, все то, что мы едим, оставляет молекулярный след во всем нашем организме. Разные виды растений оставляют разные типы следов, и, анализируя ткани (в данном случае зубную эмаль), можно понять, чем питались люди. Примерно четыре миллиона лет назад в рационе гомининов произошел переход от фруктов и листьев к злаковым травам и осокам. После перехода от причмокивания сочным манго к пережевыванию жестких трав требования к зубам, разумеется, изменились. Как и у современных людей, зубы у гомининов имели значительные вариации, и особи с зубами размеров и форм, подходящих к новой травяной диете, должны были иметь явное преимущество. Победители зубной лотереи того времени передавали удачные гены своим потомкам, и таким образом природа зубов гомининов поменялась. Одно из наиболее кардинальных изменений коснулось размера коренных зубов. Если кратко, они стали огромными.

Некоторые ранние гоминины, наподобие знаменитого Australopithecus afarensis, так называемой Люси, имели гигантские коренные зубы. Еще одним важным изменением, отличающим нас от шимпанзе, стало то, что гоминины начали передвигаться на двух ногах. Фактически с того момента времени и на пару миллионов лет вперед наши предки стали прямоходящими коровами.

В гигантских коренных зубах и коренится современная проблема. В те времена они не составляли никакой проблемы, поскольку тогда существовала большая и мощная челюсть, вмещавшая большие и мощные зубы. Их размер вполне соответствовал размеру челюсти гоминина, подобного Люси. Я никогда ее не видел, но готов поспорить, что у нее были прекрасные зубы. К несчастью для такого зубочелюстного союза, травяно-осоковая диета не продлилась вечно. Рацион, состоящий из злаковых трав и осоки, был вполне приемлем, когда гомининам не приходилось передвигаться на большие расстояния, чтобы отыскать их. С изменениями климата увеличились и расстояния, необходимые для добывания пищи. Возникла необходимость найти что-нибудь более калорийное, чтобы восполнить энергетические затраты на поиски пищи. Что-то с большей выгодой для себя. Что-то вроде мяса.

Страдания по мясу

Проблема с мясом состоит в том, что оно не хочет быть съеденным. Один из способов обойти это осложнение – позволить кому-то другому совершить убийство, а затем доесть остатки. Сейчас многие палеоантропологи утверждают, что первоначально гоминины использовали именно это решение. Однако даже собирание падали добавляло линии гомининов новые проблемы – их челюсти и зубы были хорошо приспособлены для поедания салата, но не для отрывания мышц от костей. Справиться с этой задачей помогло использование примитивных орудий.

Около двух-трех миллионов лет назад наши предки начали использовать острые камни для отрубания кусков мяса от костей. Вопрос о том, обтесывали они острые камни или просто находили их готовыми к использованию, остается предметом дебатов. Как жизнь, состоящая из беготни и поедания травы, не была устойчивой для линии гомининов, так и жизни, основывающейся на питании сырой падалью, суждено было быть скоротечной. Если в рацион гомининов должно было входить значительное количество мяса, то в конце концов в их меню должно было появиться что-то помимо останков умерших животных. И если постукивание острым камнем по покрытой мясом кости необязательно требует большого скачка в развитии интеллекта[16], то для понимания, как убить животное приличного размера, действительно требуется существенный уровень умственных способностей.

Переход от поедания падали к употреблению свежего мяса не был для наших предков чем-то обыденным. Большинство хищников полагаются на комбинацию хитрости и скорости, чтобы побороть свою жертву. У ранних гомининов не было недостатка в хитрости, однако они не имели скорости большинства четвероногих охотников. Прямохождение очень выгодно при путешествиях на большие расстояния, но на коротких дистанциях это медленный способ передвижения.

Олимпийский чемпион-спринтер, как кажется, бежит быстрее других людей, но мой старый, толстый, ленивый домашний кот Тайсон все равно способен победить золотого медалиста на короткой дистанции[17]. Для эффективной охоты без навыков скоростных рывков людям пришлось научиться обхитрять свою добычу. Но даже если бы они смогли догнать, схватить и повалить газель на землю, что бы они тогда стали делать? Атаковали бы ее своими тонкими ногтями? Попытались бы растерзать жалкими маленькими клыками? В лучшем случае ранние гоминины в попытке охотиться, как львы, в конце концов обессиливали и пачкались в грязи, а что более вероятно – получали сильные повреждения.

От незащищенного и медлительного человека охота требует интеллекта. Самыми толковыми гомининами были те, кто мог изготавливать из камней острые копья и объединяться с другими представителями вида, чтобы использовать подобные орудия для добычи крупной дичи. Убийство больших животных также требовало значительного социального взаимодействия – еще одной характеристики, обычно связанной с увеличенным объемом черепа. Взаимовыручка играла важную роль в жизни наших предков. У гомининов и первых представителей Homo Sapiens, должно быть, случались как хорошие, так и плохие дни «на работе».

Хороший день означал обилие мяса, которым можно поделиться со своими близкими. В плохие дни копья первых охотников били мимо цели, и они плелись обратно на стоянку с жалкой горсткой собранных по пути орехов и ягод. В такие дни приходящим с пустыми руками охотникам требовалась подмога со стороны их собратьев – пещерных жителей. Подаяния, скорее всего, поступали от индивидов, получавших выгоду от обмена в прошлом или ожидавших взаимности в будущем. Гоминины с меньшей вероятностью ложились спать голодными, если были способны эффективно ориентироваться в межличностных отношениях.

Выгоды от сотрудничества, обмена и общения, вероятно, сыграли значительную роль в увеличении размера мозга. По мере того как члены сообществ гомининов становились всё умнее, они, в свою очередь, становились всё более успешными охотниками. Наши предки вступили в цикл положительной обратной связи: чем умнее они становились, тем успешнее могли охотиться. Чем успешнее они могли охотиться, тем умнее становились, подпитывая нуждающийся в энергии растущий мозг. Интеллектуальная гонка продолжалась, и примерно в это же время появились первые представители нашего рода Homo, а средний объем черепа возрос примерно с 400 см3 до 650 см3.

Отбор в сторону большеголовости продолжался в последующие два-три миллиона лет. Немного увеличившийся мозг нас не устраивал, поэтому он разросся до среднего объема 1350 см3. Человеческий мозг стал настолько большим, что теперь его рост в некоторой степени стал сдерживаться естественным отбором. Ограничением для человеческого мозга, конечно же, является рождение ребенка. Мозг стал настолько большим, насколько это возможно, чтобы все еще сохранялась возможность его обладателю вылезти из материнского тела. Он разросся до таких пределов, что иногда даже не может выйти наружу, но это история на потом.

В то время, как шел отбор в сторону гигантского мозга, селекция в сторону чрезвычайно мощной челюсти, наоборот, ослабевала. По мере изменения рациона потребность в гигантских коренных зубах и челюстях уменьшалась. Когда давление отбора в сторону мощной челюсти снизилось, в геноме гомининов смогли сохраниться мутации, ослабляющие челюсти. Такая мутация имела место около 2,4 миллиона лет назад[18]. В линии гомининов появилась вариация, значительно ослабившая челюсть. Вполне вероятно, что подобные изменения, затрагивавшие структуру костей и мышц челюсти, появлялись и раньше, однако в неподходящее время эти изменения должны были сойти на нет. Если бы мутация появилась в тот период, когда гоминины нуждались в больших и мощных челюстях, она бы не сохранилась. Шимпанзе по-прежнему необходимы большие и крепкие челюсти, которые не уменьшились по этой причине за последние несколько миллионов лет. В итоге время для закрепления ослабляющей челюсть мутации настало – человеческая челюсть начала сильно уменьшаться до своего нынешнего состояния.

Укрощение огня

Чтобы оставить позади образ жизни собирателей сырой падали, требовался еще один рывок вперед. Охота решила проблему собирательства падали, но мясо все еще оставалось сырым. Единственный путь отказа от сыроедения заключался в том, чтобы научиться добывать огонь. Однако, как и охота, добыча огня требует серьезной смекалки.

Многие современные люди с трудом справляются с разведением огня, даже имея в распоряжении сухую газету, идеально расколотые дрова и коробку спичек. Это не тот навык, который мы имеем от природы. Я никогда не забуду, как мы с моим братом Ником в первый раз попытались развести огонь. Мне было около четырех лет, а ему – шесть или семь, и мы устроились в гараже, надеясь, что родители нас не обнаружат. Я должен был стащить из дома спички, пока Ник добывал нам горючие материалы. У нас было немного растопки и хвороста, но, к великому разочарованию, нам так и не удалось ничего зажечь. После нескольких неудачных попыток мы были пойманы с поличным, когда отец открыл дверь гаража и немедленно отправил нас под домашний арест.

Некоторые полагают, что первый огонь, контролируемый гомининами, был заимствован от пожаров, возникавших в местах ударов молний. Даже если бы это было правдой, все равно потребовалось бы немало средств для поддержания пламени. В конце концов он бы погас («Кто следил за огнем?» – «Я думал, ты следил за огнем!»), и единственным надежным решением была бы способность снова разжечь его, не дожидаясь молнии. Сырой день должен был стать серьезной проверкой увеличенной вместимости черепа и вычислительных возможностей ранних гомининов в попытке добыть огонь.

Палеоантропологи уже много лет горячо спорят о том, когда гоминины овладели огнем. Некоторые относят эту дату к миллиону лет назад[19], другие считают более вероятной дату примерно 35 000 лет назад[20], а третьи утверждают, что этот важнейший рубеж был преодолен всего 12 000 лет назад[21]. Не вызывает сомнений тот факт, что в какой-то момент некий сообразительный пещерный житель понял, как разжечь огонь, и с тех пор жизнь гомининов уже не была прежней. Некоторые эксперты даже предположили, что наша способность разжигать огонь – именно та характерная черта, что делает нас людьми.

Первое барбекю

Наконец ранний человек сложил два и два и поднес кусок мяса к палящему пламени. Хотя возможно, что первый зажаренный стейк мог быть чистой случайностью: результатом неконтролируемого пожара, подрумянившего тушу, которую припрятали слишком близко от огня.

Вне зависимости от того, как мясо оказалось над пламенем, для людей это был удачный шаг. Сочетание охоты и владения огнем лежит в основе истории о том, почему столь многие нуждались в брекетах в средней школе. Пережевывание хорошо зажаренного стейка – намного более простое дело, чем измельчение сырого куска мяса. Это особенно актуально, если у вас нет ножа. Хотя к тому моменту люди уже использовали заостренные камни для срезания мяса с костей, у них точно не было набора ножей крутого шеф-повара. Приготовленное нежное мясо, отделяющееся от костей, должно было значительно облегчить прием пищи.

Жареное мясо имело еще несколько преимуществ. До того, как гоминины начали добывать свежую дичь, огонь помогал отбить запах сырой падали. Еще до способности добывать огонь в период собирательства серьезную проблему для гомининов представляли бактериальные инфекции. Все в запахе, исходящем от мертвого животного, говорит о том, что если его нужно съесть, то сначала его следует хорошо прожарить[22].

Даже при современных приспособлениях для сохранения пищи людям все еще довольно часто удается заболевать от употребления испорченного мяса. В исследованиях антропологов Гарварда оценивалось, как приготовление снижает количество патогенов в сыром мясе[23]. Исследователи взяли тушу недавно забитого кабана и оставили ее на открытом воздухе, не подпуская к ней падальщиков. Они брали образцы туши через 12 часов и 24 часа соответственно, чтобы увидеть, насколько дурно пахнущим стало мясо. Через 12 часов уровень вредных бактерий, таких как кишечная палочка (Escherichia coli) и стафилококки, уже начал повышаться. К 24-му часу уровень стал явно опасным. Когда исследователи поджарили кусок вредного мяса на открытом огне, то обнаружили, что уровень бактерий снизился на целых 88 %. Вряд ли этого достаточно для того, чтобы он попал на современный обеденный стол, но для ранних гомининов это было определенно лучше сырого дикого кабана с гарниром из вызывающих диарею потенциально смертоносных бактерий.

Есть еще преимущество готовки на открытом огне. Приготовление мяса перед его употреблением запускает процесс расщепления белка и делает питательные вещества мяса более доступными[24]. Растущий мозг гомининов нуждался во всех питательных веществах, которые мог получить. Главный орган составляет около 2 % массы человеческого тела, но потребляет до 20 % поступающих калорий. Раскрыв подлинный питательный потенциал мяса посредством его обжаривания, ранние гоминины смогли пропитать свой развивающийся мозг.

Существует, наконец, еще один аспект приготовленного мяса, который не следует упускать из виду. Все-таки это довольно вкусно. Достаточно одной мысли об идеально прожаренном куске мяса, с которого стекает восхитительный жир, чтобы начали выделяться пищеварительные соки. Вероятно, мы никогда точно не определим, как и когда гоминины наткнулись на идею жарить мясо, но можем себе представить, каким приятным сюрпризом это должно было стать.

Не одни только люди наслаждаются пикантными ощущениями, возникающими при жарке. Если есть такая возможность, все человекообразные обезьяны (шимпанзе, бонобо, гориллы и орангутаны) предпочитают приготовленное мясо, а не сырое[25]. К их несчастью, сравнительно маленький мозг таких приматов вряд ли в ближайшее время додумается, как тереть палки друг о друга, чтобы добыть огонь. С таким же успехом они могли бы сидеть в гараже, пытаясь поджечь деревянный брус размером 5 × 10 сантиметров, поднеся к нему спичку.

ПОСТАВИТЬ И ЗАБЫТЬ

Мне нравится думать о том, какую трапезу могли бы приготовить и разделить между собой наши предки. Вот как, в моем представлении, мог бы выглядеть рецепт блюда, похожего на рагу из мастодонта.

ИНГРЕДИЕНТЫ: Один мастодонт, зелень, вода.

ИНСТРУКЦИЯ по приготовлению: Убить одного мастодонта, снять шкуру, разделать. Порезать мясо на мелкие куски. Поместить куски в 250 горшков среднего размера или в один очень большой горшок. Добавить в него еще чего-нибудь съедобного. Налить воды. Томить на огне несколько часов до готовности. Накормить 1000–2000 человек, в зависимости от размера мастодонта.

На этом этапе пересказа нашей истории люди приблизились к способности готовить еду наподобие рагу из мастодонта. У них имелись навыки и орудия, необходимые для охоты и разделки такого крупного животного. Они владели огнем, дающим им возможность приготовить мастодонта безопасным и питательным способом. Им не хватало еще одной вещи для приготовления рагу, а именно котелка.