Еволюція волосяного покриву і пігментації людини, незважаючи на довгу історію досліджень, для науки досі залишається територією здогадок і припущень. Про відомі гіпотези і про те, як вони конкурували між собою в спробах пояснити втрату вовни і зміну кольору шкіри предків сучасної людини, в книзі "Дивна мавпа: Куди поділася шерсть і чому люди різного кольору "(видавництво" Альпіна нон-фікшн ") розповідає науковий журналіст і редактор порталу Антропогенез.РУ Олександр Соколов. пропонує своїм читачам ознайомитися з уривком, присвяченим ранній еволюції волосся в епоху предків ссавців.
Довгий шлях вовни
- Я нічого не розумію, - розгублено сказав чорний і звернувся до першого міліцейського. Він, беззвучно відповів міліцейський. - Форменно він. - Він самий, - почувся голос Федора, - тільки, сволота, знову обріс. Михайло Булгаков. Собаче серце
Ця частина книги в основному про те, чому шерсть у наших предків зникла. Але мені здається, варто хоча б коротко поговорити про те, з яких причин і коли шерсть виникла. Самі розумієте, знахідка викопної вовни - подія екстрарідка, тому палеонтологи стоять тут на вкрай хиткому ґрунті гіпотез. Вовна вважається невід'ємним атрибутом конкретного класу тварин - ссавців, і походження волосся, за ідеєю, має бути пов'язане з виникненням цієї групи чотирилапих. Знахідки мезозойських ссавців із збереженими відбитками волосся говорять про те, що вже в юрському періоді під ногами у динозаврів снували звірки, вкриті вовною. Найдавніша знахідка такого роду - з Китаю віком 164 млн років, що плаває звір з широким плоским хвостом, як у бобра. Навколо його скелета зберігся слід густої вовни, можна навіть розрізнити довге гостьове волосся і підшерсток.
Очевидно, що до цього моменту шерсть повинна була пройти довгий еволюційний шлях. Що ж нам відомо про ранню еволюцію волосся в ті часи, коли справжніх звірів ще не існувало? Палеонтологи впевнені, що ссавці - це нащадки звірочних, незвичайних стародавніх тварин, яких раніше відносили до рептилій, а тепер розглядають як самостійний клас. Якщо ви коли-небудь цікавилися палеонтологією, то напевно бачили зображення цих дивних істот, несхожих на зірок шоу-бізнесу - динозаврів. Пам'ятаєте диметродона зі шкіряним «вітрилом» на спині або моторошну іноземцевію з величезними ікла?
Дуже багато відрізняло звірочних від звичних нам плазунів, і фахівці вважають, що ці своєрідні чотирилапі ніколи не були, подібно ящіркам або крокодилам, покриті лускою. Судячи з усього, як і їхніх прямих предків - земноводних, звірочних обтягувала гладка шкіра з великою кількістю залоз. Ці залози служили для змочування покровів істот, які нещодавно порвали з водним середовищем, і, ймовірно, захищали шкіру від висихання. Є навіть знахідки відбитків шкіри ранніх звірочних, що підтверджують цю версію. Судячи з такого відбитку, позбавлену луски голову естемменозуха, який жив 267 млн років тому, покривали увігнуті «лінзоподібні» структури, які будовою дуже нагадували залози амфібій.
Коли ж на звірочних «проросло» щось схоже на волосся?
Настільки стародавніми знахідками вовни вчені не мають, але деякі свідчення є. Справа в тому, що у черепів багатьох звірочних на кінці морди розташовуються ямки, отвори і жолоби, які говорять про посилене кровопостачання, наявність особливих нервів і судин. Що б таке вони могли живити і про що сигналізувати? Ще багато десятиліть тому палеонтологи припустили, що на морді цих тварин знаходилися чутливі волоски - аналоги вібрисс сучасних ссавців. У деяких звіроподібних, наприклад у териогната, глибоких ямок на морді дуже багато, і якщо в ці поглиблення вставити щетинки, що імітують вібриси, то таке штучне волосся буде «дивитися» в різні боки, у вигляді променів, що розходяться, - розумне розташування, щоб охопити максимальну площу при ощупуванні навколишнього простору. Судячи з численних знахідок такого роду, вібриси могли з'явитися у різних груп звірочних ще в кінці пермського періоду, тобто понад 250 млн років тому!
Ще одна ознака того, що у стародавніх предків ссавців були вібриси, - будова каналу в черепі, по якому у цих тварин проходив верхньочелюстний нерв. Цей нерв завідує чутливістю шкіри на морді. Відповідний канал є як у ссавців, так і у рептилій, причому в останніх він довгий і розгалужений, закінчується безліччю отворів на верхній щелепі. У ссавців же цей канал (він називається «підглазничний») короткий і без гілок. Справа в тому, що у звірів, які постійно відчупують навколишній простір за допомогою вусів, морда дуже рухлива. Тому і нерви, що зв'язують вуса з мозком, повинні бути гнучкими, а це неможливо, якщо вони проходять всередині кісток черепа. Ось чому підглазничний канал у ссавців коротенький, а гіллення нервів відбувається поза ним, в м'яких тканинах.
У 2016 році вчені зробили комп'ютерну томографію 29 черепів звіроподібних, щоб вивчити їх внутрішню структуру. З'ясувалося, що у ранніх представників цієї групи викопних тварин підглазничний канал довгий і ветвящийся, але у пізніх стає коротше, а гілки зникають. Дослідники вважають це доводом на користь того, що вже на початку тріасу, понад 240 млн років тому, наші далекі предки володіли рухомою мордою з чутливими вібрисами.
Автори цього дослідження наводять ще один цікавий довід: у просунутих звірочних з групи Probainognathia * зник темний отвір, який пов'язують з наявністю так званого третього ока. Цей світлочутливий орган є у деяких риб, земноводних і рептилій, але у ссавців відсутній, хоча у ранніх звірочних, він, судячи з усього, був. Про те, що колись у наших предків був темний отвір, нагадує нічок у немовлят, який, як правило, повністю заростає. Генетики з'ясували, що закриттям рідничка завідує ген. У людей і мишей - носіїв мутантного варіанту - отвір між темними і лобними кістками не закривається. Але деякі мутації призводять до недорозвинення волосяних цибулин, молочних залоз і мозочка. Будову мозку викопних тварин можна вивчати за зліпками внутрішньої порожнини черепа. Виявляється, саме представники Probainognathia виділялися серед звірочних великим мозочком. Дослідники висунули гіпотезу: у якогось предка ссавців 246 млн років тому сталася мутація в гені, яка призвела відразу до кількох еволюційних змін. Темний отвір закрився, мозочок збільшився, а крім цього, щось сталося з молочними залозами і, головне для нас, волосяний покрив став більш густим. Всього одна мутація - і такий грандіозний результат!
* Ця група об "єднує ссавців і найбільш близьких до них тріасових звірочних.
По будові і складу вібриси сучасних звірів дуже схожі на волосся, але що з'явилося спочатку? Чутливі сигнальні волосини стали вовною або спочатку виник волосяний покрив, а потім деякі волосини спеціалізувалися на дотику? Якщо вірна друга гіпотеза і протовібриси на морді звіроподібних - спеціалізоване волосся, то і на інших частинах цих тварин цілком могла рости шерсть. Деякі дослідники вважають, що просунуті «звірячі» могли підтримувати постійну температуру тіла, для чого розвинули посилений обмін речовин і покрилися якимось аналогом вовни. А як ще пояснити те, що частина звірочних, судячи з усього, проживала в холодному кліматі?
Є й ті, хто вважає, що вихідною функцією волосся було зобов'язання, і росли вони спочатку виключно на морді. Прихильником такої версії був видатний радянський палеонтолог Леонід Татаринов. Посудіть самі, з чого це коріння волосся і понині пов'язані зі сплетіннями нервових волокон? Крім того, перші протоволоси, швидше за все, ще не утворювали щільного покриву, так що шуба з них виходила так собі. Які ще функції залишаються, крім зобов'язальних? Навіть у деяких сучасних ящірок зустрічаються аналоги вібрисів - обережні рогові придатки на морді, а іноді і сенсорне волосся по всьому тілу. Є і ще більш примітивні структури - обережні шипики на шкірі земноводних, можливі попередники волосся, по думці Татаринова.
Дослідники, які вважають, що волосся з'явилося все ж раніше вібрисом, вважають, що до того, як стати повноцінною теплоізоляцією, ці структури допомагали їх господарям по-іншому. Можливо, спочатку волосся регулювало випаровування, оберігаючи шкіру від висихання, причому чим більша тварина, тим більше рідини вона втрачала, тож потреба в якомусь покриві зростала *. Волосся могло захищати звірозубих від перегріву ще до того, як сформувався підшерсток і шерсть стала справжнім «одягом».
* Згадаймо тут про слонів і про охолоджувальну роль волосин.
Інші вважають, що волосся спочатку виникло в протоках залоз і грало роль «фітілів», що доставляють виділення до поверхні шкіри. Факт, що зв'язок волосся з сальними і потовими апокриновими залозами у ссавців зберігається досі. У однопрохідних утконоса і єхидні це вірно навіть для молочних залоз. Про спорідненість потових залоз з волоссям говорить і те, що при захворюванні на ектодермальну дисплазію у людини недорозвищуються не тільки потові залози, а й волосся. Можливо, спочатку залози на шкірі звіро образних поєднувалися з певними роговими виростами, з яких згодом розвинулося волосся. За однією з версій, залози служили в тому числі для змочування кладки яєць, а волосся, коли їх господар сидів над кладкою, полегшували цей процес і захищали яйця від перепадів температури. Відповідно до такої схеми волосся спочатку з'явилося на грудній і черевній частинах тіла, де якраз формувалися прототипи майбутніх молочних залоз.
Я не згадав ще одне важливе джерело відомостей про викопне волосся - копроліти, тобто скам'янілі фекалії. Копроліти були відомі палеонтологам ще в XIX столітті, такі знахідки високо цінуються фахівцями, так як можуть багато розповісти про раціон вимерлих тварин - древніх риб, динозаврів і навіть неандертальців (так, є і такі знахідки, з іспанського пам'ятника Ель-Салті). Оскільки волосся погано перетравлюється, воно часто потрапляє в екскременти м'ясоїдних, так що є всі шанси виявити в копроліті залишки чиїхось доісторичного волосся, в тому числі людського.
У 2009 році, наприклад, волосся знайшли в копролітах бурої гієни з південноафриканської печери Гледісвейл. Гієни сис тематично справляли потребу в печері понад 200 000 років тому. З скам'янілих екскрементів витягли 40 волосся, 5 з яких по будові виявилися дуже схожі на людські. Але 200 000 років у нашому випадку - це «ні про що». От якби 200 мільйонів...
На початку XXI століття розкопки на сході Володимирської області увінчалися багатим урожаєм копролітів, що містять подрібнені кістки, лусую риб та інші цікавинки. Знахідки, що відносяться до кінця пермського періоду, фахівці розділили на два типи: один явно вироблений якимись стародавніми «класичними» рептиліями, а другий - ймовірно, хижими звірочними. В одному з копролітів другого типу виявилися витягнуті порожні структури довжиною до 5 мм, будовою схожі на волосся! У тих же копролітах знаходилися фрагменти кісток якихось звірочних, можливо, рослинноїдних дицинодонтів. Гіпотетично хижак закусив тваринам, вкритим вовною, і сталося це 252 млн років тому. Якщо дослідники мають рацію і довгі об'єкти дійсно є вовнами, це відсуває появу волосяного покриву в пермський період.
І все-таки, що передувало волоссю? Що спільного в походженні луски, пір "я та вовни? Ці шкірні утворення сильно розрізняються і будовою, і складом. Палеонтологам не вдалося знайти ніяких проміжних форм між лускою і волоссям, та й важко собі уявити подібне. Аналіз геному рептилій показав, що у ящірок зустрічаються гени деяких кератинів волосся, які відіграють роль, правда, у зростанні кігтів. Головне, що формування волосся у ссавців і пір'я у птахів починається з плакоди - особливого утовщення епідермісу. Ніяких плакод при розвитку луски плазунів виявити довго не вдавалося. Немає плакод - немає і загального походження! Логічно, що чешуя сформувалася у давніх рептилій сама по собі, вже після того як їхні предки пішли своїм шляхом, а предки звірів - своїм. У рептилій - предків птахів плакоди потім виникли паралельно з плакодами в шкірі звірочних.
Однак у 2016 році плакоди знайшли і в плазунів. Виявляється, вони залишалися невловимими, так як дуже швидко виникали і зникали у ембріона, і до того ж на різних частинах його тіла цей процес відбувався в різний час. Однак скрупульозний аналіз ембріонів крокодилів, агам і змій увінчався успіхом: дослідники не тільки зафіксували розвиток чешуй з плакод, але і показали, що в них працюють ті ж характерні гени, що і в шкірних плакодах ссавців і птахів. У дослідженні вченим допоміг чудовий організм - бородаті агами-мутанти без луски. Дивно, що безчешуйні ящірки виходять при мутації гена EDAR * - того ж, мутації в якому викликають ектодермальну дисплазію у людини. У ссавців поломки в цьому гені призводять до відсутності волосся, недорозвинення нігтів, зубів і потових залоз. А у рептилій, плюс до недорозвинених зубів, не росте чешуя! (Зате, парадоксально, відростають більш довгі кігті.) Уявіть собі, дивовижних нелюдських агам продають у зоомагазинах для любителів особливих вихованців. Як з'ясувалося, порушення роботи гена EDAR призводить до того, що в шкірі ящірки не утворюються ці самі плакоди. Можна зробити висновок, що і чешуючи, і волосся, і пір'я - по суті, результат еволюції якихось рогових придатків, що вже були на шкірі загального земноводного предка рептилій і ссавців. Можливо, це було щось на зразок бородавок біля жаби?
* EDAR - ще один ектодисплазиновий рецептор А, який бере участь в ембріональному формуванні зубів, волосяних фолікулів і шкірних залоз.
Детальніше читайте: . Дивна мавпа: Куди поділася шерсть і чому люди різного кольору/Олександр Соколов. - М.: Альпіна нон-фікшн, 2020. - 574 с.