От Аристотеля к Дарвину
Существование рудиментарных органов и структур было замечено задолго до рождения Чарльза Дарвина и появления его теории эволюции. Еще в 4 веке до нашей эры Аристотель прокомментировал в своей «Истории животных» рудиментарные глаза моли, назвав их «задержанными в развитии». А первые целостные концепции рудиментарных структур появились в ХVIII веке. Так, изучавший их французский натуралист Этьен Жоффруа Сен-Илер писал, что даже если в определенных условиях рудименты оказываются бесполезны, они сохраняются, поскольку природа никогда не движется быстрыми прыжками и всегда оставляет следы того или иного органа.
Чарльз Дарвин был знаком с концепцией рудиментарных структур. Он перечислил некоторые из них в своей книге «Происхождение человека», включив в этот список мышцы уха, зубы мудрости, аппендикс, копчик, волосы на теле и полулунную складку в медиальном уголке глаза, представляющую собой остатки мигательной перепонки, или третьего века.
Аппендикс – не рудимент
Впрочем, в вопросе, какие органы человеческого организма считать рудиментарными, а какие нет, полной ясности не существует и сегодня. В 1893 году немецкий анатом Роберт Видерсхайм в своей книге «Структура человека: указатель к его прошлому» насчитал 86 рудиментарных органов. Его последователи расширили этот список до 180 позиций, превратив человека по меткому выражению американского зоолога Горацио Ньюмана в «настоящий музей древностей». Однако в конце XIX века гормоны и механизмы действия иммунной системы еще не были изучены, поэтому функции многих органов оставались нераспознанными. В результате в список рудиментов попали, например, гипоталамус, гипофиз, шишковидная и вилочковая железы.
Похожая ситуация произошла и с аппендиксом. До недавнего времени его считали рудиментарным органом, который выполнял у наших предков пищеварительные функции, помогая им усваивать целлюлозу и другие неперевариваемые растительные компоненты. Однако недавнее исследование американских ученых из Медицинского центра Университета Дьюка, результаты которого были опубликованы в 2013 году, подтвердило, что аппендикс не является рудиментом. Исследователи пришли к выводу, что он обладает способностью защищать полезные бактерии в кишечнике. Когда человек страдает от диареи или другого заболевания, которое разрушает биоценоз кишечника, полезные бактерии все же сохраняются в аппендиксе, а затем вновь заселяют пищеварительную систему, поддерживая здоровье.
Смена назначения
Еще одна интересная особенность рудиментарных органов заключается в том, что далеко не все из них совершено бесполезны. Это отметил еще Дарвин, который в «Происхождении видов» писал, что орган, служащий двум целям, может стать рудиментарным для одной из них и оставаться эффективным для другой. К примеру, у людей затылочная мышца утратила первоначальное значение, которое сводилось к тому, чтобы оттягивать назад череп. Благодаря прямохождению наша голова уравновесилась на позвоночнике и затылочной мышце осталось только менять выражение лица – именно с ее помощью мы морщим лоб и хмурим брови.
В ходе эволюции рудименты также могут приобретать совершенно новые функции, что называется экзаптацией. Например, оперение птиц, которое первоначально использовалось для регуляции температуры, было адаптировано для полета. Крылья пингвинов, утратившие свое значение для полета, превратились в плавники. А крылья еще одних нелетающих птиц – страусов – продолжают служить им для поддержания равновесия при беге.
Экзаптация затрагивает и организм человека. Так, копчик, который представляет собой несколько сросшихся рудиментарных хвостовых позвонков, продолжает выполнять важные функции. К нему крепятся мышцы и связки, участвующие в работе органов мочеполовой системы и дистальных отделов толстого кишечника, а также часть пучков большой ягодичной мышцы, отвечающей за разгибание бедра. Кроме того, наш рудиментарный хвост играет большую роль в распределении физической нагрузки на анатомические структуры таза, служа важной точкой опоры при наклоне сидящего человека назад.
Рудименты исчезли, чтобы вернуться
Но, пожалуй, самый удивительный факт, связанный с рудиментарными органами, отметили ученые из Департамента биоинженерии Имперского колледжа (Лондон, Великобритания). Проанализировав около 70 исследований за последние 145 лет, они пришли к выводу, что фабелла, или маленькая бобовая кость, которая, как считалось, была утрачена человеком в результате эволюции, возвращается.
Фабелла относится к сесамовидным костям, которые расположены в толще сухожилий на поверхности других костей. Она находится в задней части колена, за латеральным мыщелком бедра. Эта кость есть практически у всех млекопитающих животных, но вот у людей она встречается не всегда. В разных популяциях ее обладателями являются от 3% до 87% человек. Но если считать в целом, то количество людей, имеющих фабеллу, в последнее время резко растет. Если в 1900 году таких было всего 7,6% от общего числа популяции, то к 2000 году их стало в 3,5 раза больше – 31%. При этом точное назначение фабеллы пока остается загадкой. Ученые могут только предполагать, что ее возвращение связано с глобальным увеличением роста и веса человека (благодаря улучшению питания), которое приводит к удлинению большеберцовой кости и росту нагрузки на сухожилия и мышцы нижних конечностей.
Рудименты генома
Рудиментарными могут быть не только анатомические, но и молекулярные структуры. Один из примеров – L-глюконолактоновая оксидаза, синтезирующая витамин С. У большинства животных ген, ответственный за выработку этого фермента, активен, а у человека он отключился в результате мутаций. Однако его остатки все еще есть в человеческом организме в виде рудиментарной генетической последовательности, называемой псевдогеном.
Рудиментарные рефлексы: есть чем, но зачем?
Помимо рудиментарных органов у человека имеются так называемые рудиментарные ответы – рефлексы, которые утратили свою первоначальную функцию. К ним обычно относят:
- Сокращение мышц ушей. Считается, что наши предки утратили возможность шевелить ушами так, как это делают кошки или собаки, когда начали вести преимущественно дневной образ жизни и стали больше полагаться на зрение, чем на слух. И хотя ушная раковина современного человека достаточно плотная и жесткая, мышцы, расположенные за ухом, все равно рефлекторно сокращаются в ответ на громкий звук или смещение глаз в одну сторону, пытаясь «навострить уши».
- Мурашки на коже. Ощущение мурашек, бегущих по коже, или пиломоторный рефлекс, сохранился с тех времен, когда тела наших предков были покрыты шерстью. Его функция состояла в том, чтобы поднять волосы на теле. Это нужно было для того, чтобы утеплиться, наполнив мех воздухом, или выглядеть крупнее при встрече с врагом.
- Хватательный рефлекс. Он обнаружен у детей и большинства приматов. Если поместить в руку младенца какой-то предмет, его пальцы рефлекторно сожмутся, причем с силой, способной удержать вес ребенка. Биологи обнаружили, что этот примитивный рефлекс значительно чаще встречается у младенцев меховых приматов, что позволяет им держаться за мать. А вот для людей он является рудиментом, ведь наше тело не покрывает мех.
- Гипнический толчок. Непроизвольное сокращение мышц рук или ног, возникающее, когда человек засыпает – это тоже рудиментарный рефлекс, который развился у наших предков, когда они спали на деревьях. Возможно, он был нужен для того, чтобы занять более устойчивое положение на ветке или покрепче схватить ее, чтобы избежать падения.
