Популярная анатомия. Строение и функции человеческого тела

В результате работы нашей системы кондиционирования воздуха посредством потовых желез температура тела поддерживается с удивительным постоянством на уровне около 36,6 °C. Это среднестатистический показатель, а точная величина время от времени и от человека к человеку слегка варьируется. Подъем температуры тела выше 37,3 °C обычно возникает в ответ на инфекцию – это жар, или лихорадка. Жар возникает, даже если температура повышается всего на 1–2 градуса, и в результате – недомогание и ощущение усталости, апатии. Наш внутренний термостат так хорошо работает, что жар – это верный признак болезни, а медицинский термометр – это самый ценный диагностический инструмент каждой матери.

Потоотделение имеет также и неприятную сторону – связанный с ним запах. В этом отношении вина лежит не на обычных потовых железах. Есть специальная разновидность потовых желез, которые несколько больше обычных и сконцентрированы в относительно немногих местах тела, это – подмышки и область половых органов. Они также секретируют пот, который не пахнет, но содержит небольшое количество органических субстанций, легко разлагаемых бактериями, присутствующими на коже. Продукты распада отвечают за характерный запах человеческого тела. Поскольку эти потовые железы активизируются только в период половой зрелости, детское тело свободно от такого запаха (хотя, конечно, может иметь запах по многим другим причинам).

Несомненно, запах тела наверняка был полезен в примитивные дни, когда люди жили племенами. Он, возможно, помогал племени держаться вместе в лесах или по ночам, когда зрение не всегда эффективно. Не исключено, что запах мог служить способом отличить соплеменника от незнакомца, запах которого немного отличался, что более тонко развитый нюх древних людей легко мог отметить. Запах также мог служить в качестве сексуального стимулятора.

Однако в современном многолюдном обществе, где каждый из нас ежедневно вынужден контактировать с сотнями или даже тысячами незнакомых людей и где запах не требуется ни для опознавания своих, ни для определения чужих (хотя вопрос относительно сексуальной стимуляции остается спорным), запах стал источником дискомфорта. Отсюда наше современное зацикливание на частом мытье и использовании мыла, парфюма и химических дезодорантов в нескончаемой войне против этого явления природы.

Важным типом модифицированной потовой железы является выделяющая молоко молочная железа. Из этого следует, что молоко – это модификация пота, что кажется странным и даже отталкивающим, но это не страннее, чем рассматривать трахею как модификацию жабр или ногу как модификацию плавника. Молочные железы присутствуют только у млекопитающих и дали само название этому классу хордовых. В общем, они образуются вдоль двух линий молочных желез вниз по вентральной поверхности тела. Здесь несколько желез сливаются и вдоль этих линий образуют ряд бугорков, называемых сосками. (Самое примитивное из живых млекопитающих, утконос, не имеет сосков, и молоко, которое медленно вытекает из молочных желез, детеныши должны слизывать. У всех других млекопитающих наличие сосков дает возможность сосания, а это более эффективный способ «выдаивания» молока.)

У животных, у которых в помете несколько детенышей, вдоль каждой линии сохраняются несколько молочных желез. Это легко обнаружить у кошек, собак и свиней. У коровы, которая обычно рожает только одного теленка, сохранилось всего две пары сосков на абдоминальном конце линий молочных желез, и все четыре объединены в одно большое мешкообразное вымя. У людей, у которых также обычно одновременно рождается один ребенок, сохранилась всего пара сосков в торакальном направлении линии молочных желез, и они располагаются по отдельности.

У детей и взрослых мужчин соски остаются маленькими и нефункциональными, то есть рудиментарными (что по-латыни означает «начальный»). У девочек в период полового созревания молочные железы начинают изменяться. Соски увеличиваются, и отдельные железы (которых может быть от 15 до 20 с каждой стороны, каждая из которых обладает отдельным протоком, проходящим через сосок) окружаются и связываются вместе соединительной тканью и жиром, чтобы получилась пара мягких округлых грудей. Отдельная женская грудь проходит от второго до шестого ребер и от грудины к подмышке. Соски располагаются чуть ниже центра груди, сначала они розового цвета и окружены светло-розовым ареолом (что по-латыни означает «небольшая область»), или околососковым кружком. Сосок и околососковый кружок обычно темнее у брюнеток, чем у блондинок. После первой беременности меланин по какой-то причине откладывается в соске и околососковом кружке, которые в той или иной степени темнеют.

Молоко образуется только после рождения ребенка и далее остается на период, пока его не отнимут от груди. В процессе эволюции каждый вид млекопитающих вырабатывает молоко, специально адаптированное к нуждам его детенышей. Женское молоко состоит из 1,5 процента белка, 7,2 процента лактозы (молочного сахара), 3,6 процента жиров и 0,2 процента минеральных веществ. Остальное – вода.

У животных молоко – это питание только для детенышей, которое больше никогда не будет доступно, после того как их отнимут от груди (если только взрослому животному его не дает человек). Еще в доисторические времена человек считал молоко ценной пищей для взрослых и держал коров, коз, овец и даже лошадей, чтобы доить их в период лактации, когда они дают молоко.

Само молоко было трудно сохранить в свежем виде продолжительное время, до того как замораживание стало распространенным явлением, и обнаружилось, что его способность к прокисанию лучше всего направить в полезное русло и получать простоквашу, сметану или сотни видов сыров. Жир, извлекаемый из молока, – это масло. Сегодня конечно же мы используем само молоко, сохраняемое не загрязненным вызывающими болезни бактериями посредством предварительного нагревания. Этот процесс называется пастеризация в честь Луи Пастера, который ввел в обиход эту процедуру (между прочим, для вина, а не для молока).

Коровье молоко по составу совсем не такое, как женское. Оно содержит наполовину меньше лактозы и в два раза больше белка. (Телята растут быстрее, чем младенцы, и им требуется больше белка в рационе.) Взрослые легко могут переносить эти отличия, чего нельзя сказать о младенцах. По этой причине, когда мать не может кормить своих малышей грудью (или предпочитает этого не делать), коровье молоко, используемое вместо женского, должно быть видоизменено надлежащим образом. Его следует развести, чтобы уменьшить концентрацию белка, а кроме того, поскольку содержание углеводов в результате этого снижается, необходимо добавить дополнительный сахар. Сахар обычно добавляют в форме декстринов (продуктов распада крахмала), которые энергетически соответствуют сахарам, но, подобно лактозе, относительно безвкусные.

Волосяной покров

Волосяной покров, как я упоминал ранее, способствует теплорегуляции большинства млекопитающих. Кроме изначальной функции теплоизоляции, волосяной покров может использоваться по другому назначению. Завивающиеся волоски, уложенные волнами, набегающими друг на друга, образуют сплошной коврик, обычно называемый шерстью. Овецс такой разновидностью шерсти специально выращивают.

Короткие, жесткие, необычно густые волоски, такие, как на хребте у свиньи, – это щетина. Щетинки на усах моржа могут иметь диаметр до 1/₄ дюйма. Иголки ежа и иглы дикобраза – это тоже волоски, но затвердевшие, острые и даже ядовитые, они служат оружием защиты и нападения. Еще более экстремальным органом защиты волосяного происхождения является рогоподобный выступ на морде носорога, который образовался путем слияния большого количества волосков. Еще есть длинные, довольно жесткие волоски, в изобилии оснащенные нервными окончаниями у основания, которые могут использоваться в качестве тонкого органа осязания. Пример тому длинные волоски кошачьих усов.

Такой специализации у человека нет, и наш волосяной покров к тому же не слишком обильный. Частично это общая характерная черта приматов, поскольку приматы как группа менее волосаты, чем большинство неприматов. На самом деле это неудивительно, поскольку приматы – животные тропические, для которых волосяной покров не особенно важен как изолятор. К тому же чем больше животное, тем меньше поверхность по отношению к объему. По этой причине большому животному легче поддерживать тепло, потому что для выделения тепла объем большой, но сравнительно небольшая поверхность излучает его. Именно по этой причине полярные животные (такие, как полярный медведь, овцебык, морж) имеют большие размеры. Тропические животные, когда они большие по размеру, вынуждены каким-то образом усовершенствовать способность кожи излучать тепло, и простейшее решение – сократить волосяной покров или вообще его лишиться. Слоны, бегемоты и носороги, например, явно лишены шерсти (хотя в ледниковый период покрытые шерстью слоны и носороги бродили на севере). Слон, особенно африканский, обзавелся большими ушами, которые служат тепловыми радиаторами.

Похожая тенденция к снижению волосяного покрова наблюдается у больших приматов. К примеру, у гориллы морда и грудь без волос. У человека эта тенденция развивалась дальше, хотя он и меньше, чем горилла. Но она не шла в направлении полной потери волосяного покрова. Есть только ограниченные области человеческого тела, такие, как ладони рук и ступни ног, которые вообще лишены какого-то ни было волосяного покрова. Что же касается остальной кожи, волоски на ней многочисленны – столь же многочисленны на единицу площади, как у других приматов. Однако у человека волосы по большей части остаются короткими и тонкими и не отрастают до такой длины и густоты, чтобы образовать сплошной волосяной покров или чтобы улавливать изолирующий слой спокойного воздуха рядом с кожей.

Тем не менее мы обладаем одной способностью, которая напоминает о прошедших веках, когда паши предки действительно имели кожу, покрытую густым мехом. Животные под действием холода могут приподнимать волоски, в результате чего шерсть дальше отстает от кожи. Таким образом захватывается более толстый слой воздуха и изоляция, препятствующая потере тепла, улучшается. У нас до сих пор сохранились небольшие пучки гладких мышц – arrectores pilorum, то есть выпрямляющие мышцы волоса, которые могут натягивать кожу и приподнимать волосы. Но все, что нам остается, – это приподнимать крошечные бесполезные волоски, в то время как кожа покрывается мурашками или гусиной кожей. Шерсть, встающую дыбом в ответ на испуг, может наглядно продемонстрировать кошка, когда неожиданно встречается мордой к морде с собакой. Чем гуще мех, тем животное кажется больше и внушительнее. Мы таким же образом отвечаем на испуг и покрываемся гусиной кожей.

У человека сохранилась настоящая шерсть, или, по крайней мере, островки волосяного покрова в тех местах, где она должна нести защитную функцию. Наиболее это заметно на верхней части головы. Цель волосяного покрова в этом месте – служить изолятором, но не столько противодействующим потерям организмом тепла, сколько защищающим от тепла солнечного. Существуют протеины мозга, которые необычайно нестабильны даже при относительно мягкой степени жары, а непосредственный жар солнца, направленный на обнаженную голову, может вызвать потерю сознания – состояние, называемое солнечный удар. Волосяное покрытие снижает вероятность этого, и жесткая ровная шапка вьющихся, похожих на шерсть волос у многих африканских народностей особенно эффективна в этом отношении. Даже людям с шикарной шевелюрой, но не привыкшим к тропическому солнцу лучше, пожалуй, порекомендовать носить головной убор для более надежной защиты.

Разнообразные отверстия, ведущие внутрь организма, обычно защищены волосами. Кроме волосков в ноздрях, волосы обычно растут вокруг наружного слухового прохода и ануса. Глаз окаймлен ресницами, а несколько выше – бровями. Ресницы защищают глаз от инородных частиц, а брови – от ослепительного солнечного света.

Обычай, бытующий в нашем обществе, который принуждает мужчин и мальчиков коротко подстригать волосы на голове, создает иллюзию, что волосы у женщин длиннее, чем волосы у мужчин. В действительности это не так, и в эпохи, когда мужчинам дозволялось отращивать волосы, они делали это с таким же успехом, что и женщины.

Волосатость меняется с возрастом. В некотором роде это относится и к женскому и к мужскому полу. Например, в период полового созревания как у юношей, так и у девушек начинают расти волосы под мышками и вокруг гениталий. Первые – это подмышечные волосы; последние – лобковые волосы. Поскольку волосы появляются одновременно с началом функционирования специальных вырабатывающих запах желез, естественно будет предположить, что функцией волос является усиление образования запаха, так как они служат местом скопления бактерий, вызывающих запах. Это представляет проблему для нашего общества, столь чувствительного к запахам.

Усиление волосатости с возрастом – это явление, присущее исключительно мужчинам. В позднем подростковом возрасте волосы вырастают вдоль щек, подбородка и верхней губы, образуя бороду и усы. Они не выполняют какую-либо жизненно важную функцию (хотя способны служить защитой для рта), поскольку женщины прекрасно без них обходятся. Следовательно, их можно классифицировать как вторичный половой признак. Он свидетельствует о половой зрелости мужчины и воздействует как стимулятор на женскую чувствительность, подобно гриве льва или красивому оперению большинства мужских особей птиц. Кроме того, у мужчин волос больше и они длиннее на плечах и груди. Этот признак радикально меняется от группы к группе. Так, мужчины европейского происхождения значительно волосатее, в общем и целом, чем представители других групп. Это к тому же индивидуальный признак, поскольку у некоторых мужчин вообще нет волос на груди, а у других мужчин того же происхождения грудь покрыта шерстью.

Имеется также обратная тенденция, которая также радикально изменяется от индивидуума к индивидууму, а именно потеря волос на голове (однако при сохранении волос в других местах) в среднем возрасте и далее. В некоторых случаях признаки выпадения волос появляются даже в двадцать лет. Такая тенденция – облысение, или алопеция (от греческого слова «плешивость»), по-видимому, передается по наследству и является в некотором роде признаком мужественности, поскольку эта тенденция не проявляется, даже будучи наследственной, до тех пор, пока концентрация мужских половых гормонов в крови не достигнет определенной критической точки. Следовательно, женщины лысеют редко, а мужчины, кастрированные до достижения пубертатного возраста, вероятно, вообще никогда не лысеют.

С возрастом проявляется также тенденция к усиленной потере пигмента волос. По прошествии лет волосы становятся седыми все заметнее и заметнее, этот процесс часто начинается на висках. В конце концов волосы могут сделаться совершенно седыми. Как и в случае облысения, этот процесс может начаться в довольно раннем возрасте у определенных людей, а тенденция к преждевременной седине также наследственная.

Волосы – это продукт эпидермиса, который западает глубоко в дерму в месте, откуда растет волос. Это глубокое западение топкого слоя эпидермиса – волосяной фолликул (что по-латыни значит «маленький мешочек»). Каждый фолликул содержит один волос. Внутри выпуклости на дне фолликула находится волосяной корень. Он живой. Поскольку волос вырастает из корня, он пробивается на поверхность в виде волосяного стержня, покрытого крошечными, равномерно распределенными чешуйками, и достигает поверхности кожи. Волос над корнем – это неживая структура, состоящая в основном из кератина.

Человеческий волос растет со скоростью около 0,3 миллиметра в день. Волосы периодически выпадают, а на их месте вырастают новые. Частота, с которой это происходит, будет контролировать максимальную длину волос. У животных есть определенное время линьки. Она обычно предшествует смене сезона, поэтому для зимы шерсть вырастает длиннее и гуще. Новая шерсть может даже быть иного цвета: животное становится белым для зимы – условие, которое повышает его шансы на выживание, поскольку его труднее заметить на снегу.

У человека каждый волос имеет собственный жизненный цикл, независимый от цикла соседнего волоса. Волосы выпадают, и на их месте вырастают новые.

Волосы могут быть прямыми, волнистыми или вьющимися, по точная причина этих различий пока неизвестна. Но обладательницы прямых волос могут обзавестись кудрями. Дело в том, что молекулы кератина волос связаны друг с другом цепочками атомов, которые могут разрываться под действием влажного тепла и определенных химических веществ. Если при этих условиях завить волосы и оставить в таком положении на определенный период времени, образуются новые цепочки атомов, выстроенные в ином положении. Тогда волосы будут перманентно (постоянно) завитыми – «перманентная завивка» в действительности рассчитана на тот период времени, пока остается на голове. Волосы, растущие от корня, будут прямыми, а после того, как искусственно завитые волосы выпадут, они заменятся на прямые. Следовательно, перманент – это все-таки лишь временное явление, вопреки его названию.

Каждый волос снабжен маленькой сальной железой, которая выделяет похожий на воск секрет, или кожное сало. Она протоком соединяется с волосяным фолликулом. Волосы и окружающая их кожа постоянно покрываются этим салом, если только его усердно не смывают водой с мылом. Секрет сальных желез усиливает блеск волос и служит защитным и водонепроницаемым покрытием как для волос, так и для кожи. С волос, защищенных таким образом, вода скатывается, не увлажняя их. Естественное направление, в котором располагается волосяной покров на человеческом теле, таково, что, если человек присядет на корточки так, чтобы колени упирались ему в подбородок, а шею обнимет руками, выставив локти наружу и опустив вниз (положение, которое примитивный человек вполне мог принимать в отчаянной попытке не слишком намокнуть под проливным дождем), все волосы на теле будут направлены вниз, чтобы дождь легче с них стекал.

Женский нос особенно обильно снабжен сальными железами. Именно скопление секрета сальных желез образует ушную серу и вещество, которое собирается в уголках глаз после сна. К тому же этот секрет скорее, чем пот, делает волосы и кожу человека заметно жирными, если долго не мыться.

С другой стороны, мытье, если пристрастие к нему доводится до абсурда, может лишить волосы и кожу полезного защитного покрытия, и пользы от этого будет немного. Следует упомянуть, что ланолин, столь широко рекламируемый в качестве компонента различных препаратов, предназначенных помочь волосам и коже возмещать потерянный секрет сальных желез, вследствие чрезмерного употребления различных других препаратов, столь же широко рекламируемых, сам по себе является секретом сальных желез овцы.

Несмотря на все естественные защитные механизмы, кожа, особенно если позволить ей сделаться чрезмерно грязной, подвержена инфекциям. Отверстия, представленные порами и волосяными фолликулами, в одном отношении являются слабым местом. Немытая кожа имеет тенденцию собирать грязь, которая, смешиваясь с секретом сальных желез и высохшим потом, заполняет поры, образуя неприглядные черные головки. Обильная концентрация бактерий на грязной коже склонна вызывать инфекцию в месте черной головки или волосяного фолликула, образуя воспаление, которое мы называем прыщ и фурункул.

Активность некоторых микроорганизмов способна вызывать защитный ответ в форме избыточного выделения секрета сальными железами, или себорею (по-латыни «поток сала»). Себорея, в свою очередь, вызывает воспаление кожи (дерматит) и зуд. Секрет сальных желез накапливается и образует чешуйки грязи, которые наиболее заметны в волосах. Мы называем их перхоть, которая помимо неприглядного вида вызывает чувство дискомфорта из-за кожного зуда, а в исключительных случаях может повлечь за собой потерю волос.

Себорея, по-видимому, повышает вероятность хронического образования прыщей, или акне – угревой сыпи. При этом, вероятно, не обходится без нарушения гормонального баланса, поскольку такое явление наиболее часто возникает в период полового созревания, когда гормональный баланс организма радикально смещается, а у девушек это наиболее заметно в менструальный период. Возможно, ни одна другая болезнь столь незначительного характера не имеет столь серьезных психологических последствий, потому что молодой человек или девушка обычно бывают обезображены прыщами как раз в тот момент жизни, когда он или она открыли наличие противоположного пола и наиболее уязвимы и застенчивы в этом вопросе. Более того, хотя акне обычно явление проходящее и имеет тенденцию исчезать с возрастом, оно оставляет шрамы как на лице, так и на личности.

Кожа также подвергается грибковым инфекциям, наиболее известная из которых эпидермофития стопы, а также вызывающим зуд и шелушение болезням, которые не всегда имеют признанную причину или гарантированного лечения, – таким, как экзема (что по-гречески означает «сыпь»), псориаз (по-гречески «зуд, чесотка») и импетиго (что по-латыни значит «поражать»). Образование сыпи и пустул (гнойничков) – обычное явление при многих болезнях, таких, как корь и ветряная оспа. Наряду с медицинским термометром, лучший диагностический прибор мамаш – это глаз, с помощью которого она осматривает тельце своего ребенка на предмет какой-нибудь предательской сыпи.

После ветряной оспы могут оставаться шрамы, но настоящий злодей в этом отношении – натуральная оспа – теперь, к счастью, побеждена. Ужас перед натуральной оспой во времена, предшествующие изобретению вакцинации, объяснялся во многом не столько возможностью умереть, которой в конце концов сопровождалась почти любая другая болезнь в те невежественные в медицине времена, сколько возможностью влачить жизнь с таким изуродованным оспинами лицом, что оно было лишено какого бы то ни было намека на красоту и человеческий образ.

Кожа может обладать некой локальной гетерогенностью – разнородностью. Если эти пигментированные пятна темнее окружающей кожи, то они – родинки. Иногда лицо обезображено небольшим узелком расширенных кровеносных сосудов на коже, и из-за цвета и внешнего вида этот дефект называют «клубничная метка». Когда родинки появляются при рождении, особенно если они имеют неправильную форму, их называют родимые пятна. У большинства людей имеются небольшие родинки, и они настолько к ним привыкли, что совершенно их не замечают. Родинки, однако, могут изредка перерождаться в злокачественные опухоли, и, хотя подобное встречается нечасто, наличие такой возможности предписывает людям отмечать любые внешние изменения родинки и в этой связи немедленно обращаться к врачу. Бородавки – это не только разросшиеся родинки, но, очевидно, результат вирусной инфекции. Несмотря на неприглядный вид, они не опасны.

И все-таки, хотя перечень кожных болезней длинный и человек более осведомлен о них, нежели о болезнях каких-либо других органов, просто потому, что кожа всегда на виду, следует отметить, что в целом кожа – это чрезвычайно эффективный щит. Она хорошо выполняет свои охранные обязанности, и чудо не в том, что время от времени она несколько уступает ударам окружающей среды, по в том, что уступает столь нечасто и обладает такой замечательной способностью к регенерации.

Глава 11

Половые органы

Репродукция

Несмотря на прекрасную и вызывающую благоговейный страх приспособленность человеческого тела к его функциям, оно, в лучшем случае, не что иное, как временная структура. Человеческая жизнь не может длиться бесконечно даже при счастливом стечении обстоятельств, благодаря хорошему здоровью, которое досталось ему от рождения, и стремлению следить за собой, избегая инфекционных болезней и недомоганий, о которых я то тут, то там упоминал в этой книге. Существуют неизбежные изменения, которые появляются с возрастом, – затвердевание и утрата эластичности соединительных тканей и стенок артерий; медленное изнашивание и гибель нервных клеток; незначительные потери жизненно важных веществ и незначительные скопления отходов. Мы не уверены, какова точная природа фундаментальных изменений, которые могут произойти с возрастом, по, взятые вместе, они составляют процесс старения организма.

Результат – старость. Это не обязательно вопрос строго хронологический, поскольку некоторые люди сохраняют живость и до некоторой степени энергию в девяносто лет, а другие начинают ходить с палочкой, едва им исполнится шестьдесят. Медицинской науке еще неизвестно, как предотвратить или хотя бы замедлить основные процессы старения; и хотя победа над многими инфекционными болезнями и удачное лечение некоторых неполадок в метаболизме позволили увеличить среднюю продолжительность жизни за последние века от тридцати до семидесяти лет, максимальный возраст, которого можно достичь, остается чуть большим ста лет.

И в конце неизбежно наступает смерть.

Человеческий организм должен все-таки содержать некоторые не описанные нами органы. Ведь если человеческая жизнь должна продолжаться до тех пор, пока человеческое тело не перестанет функционировать, необходимо позаботиться о возможности образования новых тел со скоростью, по крайней мере равной той, с которой старые тела умирают. Этот процесс репродукции, или воспроизведения рода, основной для всех живых существ.

Одноклеточные организмы могут воспроизводиться простым делением на два, то есть надвое. Среди простейших многоклеточных организмов деление надвое иногда сохраняется как способ репродукции. Некоторые кишечнополостные делятся в продольной плоскости («с головы до ног») и образовывают двух себе подобных особей. Некоторые простые черви делятся в поперечной плоскости («с боку на бок») и образуют своего двойника; или же способны фрагментироваться (множественное деление), когда каждый кусочек дает отдельный целый организм.

Подобное деление – надвое или множественное – требует, чтобы каждый фрагмент был способен к регенерации недостающих частей тела. Это может осуществляться, когда организм представляет собой одну клетку или состоит из относительно немногих и неспециализированных клеток. Однако, кажется, правило таково: чем более специализирована ткань, тем менее она становится регенеративной. У человека специализированные ткани, такие, как нервы и мышцы, могут регенерировать совсем немного, если вообще регенерируют. Тогда вполне разумно ожидать, что по мере того, как клетки данного организма становятся все многочисленнее и специализированнее, воспроизводство путем деления надвое становится все более непрактичным. Следовательно, деление должно уступить место более сложным методам репродукции, или быстро будет положен предел допустимой сложности многоклеточной жизни[11].

Выход из этого положения – ограничить репродуктивный процесс небольшой областью организма, который остается относительно неспециализированным и, следовательно, способен регенерировать оставшуюся часть организма. Начало такого процесса можно проследить от одноклеточных форм жизни, поскольку дрожжевые клетки не размножаются делением ровно на две, а образуют небольшие выросты протоплазмы в ограниченных областях на границе клетки. Эти выросты увеличиваются и в конце концов всегда отпочковываются как полные клетки. Это – почкование. Кажется, у клеток дрожжей с трудом можно отличить этот способ размножения делением надвое, но у многоклеточных животных аналогичный процесс представляет собой ясную специализацию. Пресноводная гидра, кишечнополостное, вырастит небольшую группу клеток на одном конце своей поверхности, и они будут размножаться и образуют новую гидру, которая рано или поздно отвалится. Только некоторые клетки, а не все участвуют в этом процессе.

Цель, к которой стремится такая специализация, кажется неизбежной. Логический вывод для организма – произвести одну клетку, чрезвычайно специализированную, посредством отсутствия той самой обычной специализации, предназначенную для единственной цели регенерации целого организма, подобного тому, который произвел ее с самого начала. Такой клеткой является яйцеклетка.

До сих пор репродукция, как я описал ее, похоже, функция одного организма, но это верно лишь для простейших форм жизни. Среди организмов, наиболее знакомых нам, каждый вид подразделяется на две группы полов, и именно в результате взаимодействия представителя каждого пола получаются новые организмы. Размножение, основанное на участии двух отдельных особей, является, следовательно, половым размножением, в то время как деление и почкование – примеры бесполого размножения.

Половое размножение можно проследить, оглядываясь назад к более сложным одноклеточным организмам. У них репродуктивный период посредством деления надвое, похоже, медленно снижал силу отдельной особи.

Когда это происходит, два крошечных существа, не имеющие близких родственных связей (то есть они образовались не из одной клетки-предка относительно небольшое число поколений до этого), встречаются. Клеточная мембрана между ними разрывается на ограниченном участке, и эти двое обмениваются частями своего ядра. Это – конъюгация (по-латыни «сопряжение»), и этот процесс восстанавливает клеточную силу.

Почему это происходит, точно неизвестно, но можно сделать предположение, что после некоторого периода бесполого размножения накапливаются крошечные ошибки в репликации хромосомного материала, и именно это может медленно снизить эффективность химического механизма клетки. Посредством конъюгации каждая особь получает часть ДНК другой особи, и это «разбавляет» изменения к худшему. Велика вероятность, что одна особь не будет страдать специфическими пороками другой, и сила каждой сводит на нет слабость другой. Более того, любое случайное изменение хромосомного материала, которое может быть к лучшему, распространяется посредством конъюгации от одной группы особей к остальным.

В общем, это служит примером, иллюстрирующим цель полового размножения. Посредством этого процесса происходит смешение механизмов наследственности двух особей, позволяющее развиваться новым комбинациям в каждом поколении и передавать эти развившиеся изменения от одной к другим особям вида. Это, очевидно, ускоряет механизм эволюции, и в конечном итоге, видимо, он работает на благо вида.

Элементарное доказательство этому заключается в изменениях, которые мы наблюдаем в процессе эволюции. Только простейшие организмы воспроизводятся с помощью бесполого размножения. Более специализированные одноклеточные организмы воспроизводятся с помощью бесполого размножения с введением случайного полового этапа (конъюгации). У многих простых многоклеточных животных имеется чередование поколений. То есть сначала происходит неполовое размножение, воспроизводящее особи, способные к половому размножению; они, в свою очередь, с помощью механизма полового размножения производят особей, которые воспроизводятся только неполовым путем. У более сложных многоклеточных животных, включая и нас с вами, бесполое размножение, однако, целиком и полностью исключается, а половое становится нормой.

Как только организм достигает стадии развития, когда может вырабатывать яйцеклетку, он почти неизбежно участвует в половом размножении. Наверняка у яйцеклетки есть возможность самой и без вмешательства какой-либо другой клетки образовывать организм. Это называется партеногенез («девственное размножение»), и он имеет место у многих беспозвоночных. Например, у пчел это в порядке вещей. Однако, если рассматривать жизнь в целом, такой феномен никогда не встречается у позвоночных.

В общем, яйцеклетка не может воспроизвести организм до тех пор, пока не сольется с клеткой другого типа, называемой клетка спермы (что по-гречески значит «семя»), или сперматозоид (что по-гречески значит «животное семя»).

Процесс слияния яйцеклетки и клетки спермы есть оплодотворение, и получившаяся комбинированная клетка, теперь способная образовать целый организм, является оплодотворенной яйцеклеткой. У ряда простых животных форм одна и та же особь способна вырабатывать как яйцеклетки, так и клетки спермы. Теоретически тогда кажется возможным, чтобы клетка спермы одной особи оплодотворяла свою же яйцеклетку. Но это уничтожает всю цель полового размножения, и такое животное обычно устроено так, что подобной формы оплодотворения происходить не может. Земляной червь, например, вырабатывает как яйцеклетки, так и клетки спермы. Но размножение происходит только тогда, когда два земляных червя вступают в контакт таким образом, что область, вырабатывающая сперму одного, располагается рядом с областью, вырабатывающей яйцеклетку другого. Каждый земляной червь оплодотворяет другого, а не себя самого.

Естественным этапом, который бы устранил всякую возможность самооплодотворения и удостоверял бы, что цель полового контакта достигнута, является такое положение дел, при котором особи вырабатывают только яйцеклетки или только клетки спермы, но никак не то и другое вместе. Яйцеклетки вырабатывают особи женского пола, а сперму – особи мужского пола. Все позвоночные, включая конечно же и человека, разделяются таким образом по половому признаку.

Яйцеклетка

Когда одноклеточное разделяется, каждая дочерняя клетка уже достаточно большая и достаточно сложная, чтобы продолжать жить своей отдельной жизнью. Очевидно, она рождается уже зрелой. Оплодотворенная яйцеклетка даже самого простейшего многоклеточного животного должна подвергнуться ряду клеточных делений, прежде чем станет достаточно большой и достаточно специализированной, чтобы существовать независимо. В период развития клеточной массе требуется энергия, а поскольку она не может питаться, то должна иметь предварительный запас питания. Яйцеклетка, следовательно, содержит в себе питательное вещество, или желток (из названия следует, что обычный его цвет желтый), в достаточном количестве, чтобы заполнить пробел между оплодотворенным яйцом и организмом, достаточно сложным, чтобы кормиться независимо. Из-за наличия желтка яйцеклетка больше, чем обычная клетка, и еще гораздо более неподвижна, благодаря этому.

Если процесс оплодотворения, в котором участвуют клетка спермы и яйцеклетка, должен состояться, вся ответственность за то, что они все-таки встретятся, должна лежать на клетке спермы. Следовательно, клетка спермы должна быть подвижной. Для достижения этого клетка спермы довольно легкая, поскольку не содержит никакого запаса питательных веществ. Ей нужно всего лишь прожить достаточно времени, чтобы проделать путь от места высвобождения до места, где находится яйцеклетка. Если ей не удается этого сделать, то смысла своего существования она не оправдала и, следовательно, нет причины кормить ее дальше. Ей также не нужно иметь цитоплазму, поскольку у яйцеклетки ее достаточно для двоих.

Короче говоря, клетка спермы не нуждается ни в чем, кроме ядерного вещества внутри, которое лежит в основе механизма наследственности. По этой причине сперматозоид гораздо меньше, чем среднестатистическая клетка, настоящий пигмей в сравнении с раздутой от желтка яйцеклеткой. Тем не менее обе клетки, крошечная клетка спермы и гигантская яйцеклетка, содержат равное количество ядерного вещества и обе делают равный вклад в наследственность нового организма.

Для приведения в движение крошечной клетки спермы достаточно всего лишь жгутика. С помощью его сперматозоид, по виду напоминающий микроскопического головастика, устремляется по воде к яйцеклетке – при условии конечно же, что она находится в водной среде.

Оплодотворение морских существ, поскольку они находятся в водной среде, довольно несложное. Самка откладывает икру в каком-нибудь укромном местечке, затем поджидающий самец подплывает к икринкам и извергает поток клеток спермы. Сперматозоиды движутся по направлению к яйцеклеткам, а оба родителя преспокойно уплывают прочь – они выполнили свою работу.

У наземных животных все гораздо сложнее, поскольку сперма не может перемещаться по воздуху или по земле. Следовательно, необходимо, чтобы самец выделял не только сперму, но и жидкость внутри прохода, через который в конечном итоге будут отложены яйца. Клетки спермы доберутся до яйцеклеток внутри тела самки, и, когда позднее будут отложены икринки, они окажутся уже оплодотворенными. Этот процесс оплодотворения внутри тела называется копуляция (спаривание), и для этой цели у самца развился орган копуляции, который он может ввести в организм самки[12].

Беспомощность икринки (или яйцеклетки) на протяжении всего времени, пока она не разовьется в отдельный организм, обусловливает необходимость с точки зрения выживания достичь стадии независимого организма как можно быстрее. Но чем сложнее тип, тем больше времени требуется для развития до того момента, когда организм разовьется полностью. Во многих случаях достигается компромисс: яйцеклетка поспешно устремляется к стадии независимого организма до того, как достигается полное развитие организма. Такой упрощенный, но самостоятельный организм – личинка. Личинка питается и растет до тех пор, пока не будет готова заново родиться и стать взрослой особью. (Иногда стадия личинки становится все более и более важной и фактически подменяет собой стадию взрослой особи.)

Лучше всего нам знаком этот феномен на примере определенных насекомых, поскольку всем известно, что гусеница на определенной стадии жизненного цикла становится почти снова яйцом, только в форме кокона, и появляется из него уже взрослой бабочкой. У позвоночных самым известным примером может служить лягушка, поскольку появляется из икринки в личиночной стадии в виде головастика и позднее постепенно превращается в лягушку, однако без обездвиживания себя на стадии кокона в процессе этого превращения.

Несмотря на это, смертность на стадии личинки очень высока, ведь личинки слишком малы и слишком примитивны, чтобы быть столь же удачливыми при самозащите, как взрослые особи. Поэтому для обеспечения выживаемости вида наиболее общим приемом служит откладывание икры в большом количестве, в надежде, что из всего этого большого количества по крайней мере несколько выживут и достигнут зрелости при стечении благоприятных обстоятельств. Такое действительно происходит, иначе большая часть видов рыб исчезла бы к настоящему времени.

Альтернатива этому – позаимствовать какую-нибудь форму защиты для икры (яиц) и личинок до тех пор, пока они не смогут сами о себе позаботиться. Так, некоторые рыбы строят гнезда или держат икру в карманах своего тела или во рту до тех пор, пока мальки не достигнут определенной стадии развития. Есть даже случаи, когда оплодотворенные яйцеклетки остаются внутри полостей организма самки до стадии личинки.

Однако у морских животных такие защитные способности развиты слабо.

У наземных позвоночных забота о яйцах становится более важной по нескольким причинам. Прежде всего, на земле стадия личинки должна быть упразднена. Земля как среда обитания невероятно сурова и жестока по сравнению с ласковым морем, в котором изначально и возникла жизнь. С силой притяжения нельзя справиться одной лишь способностью держаться на поверхности суши, ее приходится преодолевать с помощью хорошо развитых мышц; атмосферу можно вдыхать лишь хорошо развитыми легкими, а воду сохранять в хорошо развитых почках. Молодые рептилии, следовательно, должны появляться из яиц меньшими, чем взрослые особи, и, по-видимому, более слабыми, но никоим образом не более простыми по строению. Они всегда похожи на взрослые особи и способны вести самостоятельный образ жизни, ничем не отличающийся от образа жизни их родителей.

Опустить стадию личинки означает продолжить стадию развития внутри яйца, что, в свою очередь, означает, что яйцо должно содержать большое количество желтка. Следовательно, каждое яйцо представляет собой огромное хранилище пищевых запасов, и из-за его размеров существует строгий лимит количества откладываемых яиц. В то время как рыбы и лягушки могут откладывать огромное количество икринок и полагаться на случай, что некоторым из них удастся выжить, рептилии и птицы должны откладывать небольшое количество яиц и, следовательно, заботиться о них. Рептилии могут прятать свои яйца в песке и даже оставаться поблизости до тех пор, пока малыши не начнут вылупляться, но птицы – вот классический пример существ, которые заботятся о своих яйцах.

Забота о яйцах стала большей необходимостью в связи с тем фактом, что птицы – теплокровные. Это очень большое преимущество для выживания, поскольку механизм организма работает с одинаковой скоростью при любых изменениях внешней температуры. Птицы столь же энергичны прохладным утром, сколь и жарким полуднем, им не нужно, как рептилиям, ждать, когда солнце разогреет их вялые, скованные холодом мышцы. Птицы смогут пережить зимние холода без особых усилий, если только найдут пищу.

Но тепло нужно как-то поддерживать. Ткани птиц могут выдерживать холод ничуть не дольше, чем ткани рептилий. Птица, достигнув зрелости, должна поддерживать температуру до тех пор, пока жива, но как быть птенцу, развивающемуся внутри яйца? Он слишком мал, чтобы производить тепло со скоростью, достаточной для компенсирования излучения тепла с поверхности яйца. Из оставленного без присмотра яйца птенец никогда не вылупится. Вот почему родитель (обычно мать, хотя иногда и отец) должен высиживать яйца, согревая их теплом своего тела. Это утомительное занятие, но оно обеспечивает выживание всех, или почти всех, яиц. Даже после рождения птенцов птицы-родители зачастую вынуждены переносить продолжительные и тяжкие испытания, поскольку должны вкладывать пищу в постоянно разинутые клювики своих еще беспомощных малышей.

Альтернатива сложной заботе о яйце и птенце, которую проявляют птицы, возникает по причине тенденций, наблюдаемых у рептилий и даже у некоторых акул. Иногда оплодотворенное яйцо удерживается внутри прохода, который обычно служит ему дорогой во внешний мир, и хранится там до выхода из него детенышей. Такие животные откладывают скорее детенышей, а не яйца. Поскольку животные, откладывающие яйца, называются яйцекладущими, то те, которые удерживают яйца в себе и выдают уже готовый «результат», – яйцеживородящими. Яйцам яйцеживородящих животных обеспечено выживание до тех пор, пока жива мать, а это само по себе важно. Но для нас еще важнее тот факт, что яйцеживорождение стало выполнять еще и дополнительную функцию. Когда особая группа рептилий обзавелась теплой кровью и представители ее стали первыми примитивными млекопитающими, сохранение яиц внутри прохода служило не только защитой, но и средством поддержания в них определенной температуры. Таким образом, яйцеживородящие заимели нечто вроде внутреннего инкубатора.

Плацента

Первые млекопитающие имели не полностью развитой механизм яйцеживорождения. Мы знаем об этом, потому что некоторые из них сохранились до наших дней, правда только в Австралии и Новой Гвинее. Эти страны отделились от Азии еще до того, как появились высшие и более эффективные виды млекопитающих. Избежав конкуренции с появившимися позднее, первые млекопитающие выжили на этом отдаленном континенте. В других местах им выжить не удалось. Когда первые исследователи Австралии вернулись с отчетами о животных с волосяным покровом (и, следовательно, млекопитающих), которые, тем не менее, откладывают яйца, их подняли на смех, но оказалось, что они говорили правду. Эти яйцекладущие млекопитающие помещены в отдельный подкласс – яйцекладущие млекопитающие, лишенные плаценты (prototheria, что по-гречески значит «первые животные»). Их яйца не совсем заканчивают свое развитие к тому времени, как появляются из материнского тела, и поэтому их нужно высиживать на последних стадиях развития.

Яйцекладущие млекопитающие, лишенные плаценты, ко всему прочему проявляют и другие примитивные характерные черты. Они являются несовершенными теплокровными, и, хотя и выделяют молоко, один из видов таких животных, утконос, не имеет сосков. Более того, мочеиспускательный канал, прямая кишка и родовой канал этих самых яйцекладущих, лишенных плаценты, вливаются в один общий канал с одним отверстием во внешний мир. Этот единственный канал называется клоака (что по-латыни значит «сточная труба»). Клоака вообще-то существует и у других классов позвоночных, но то, что она имеется у млекопитающего, явление необычное. Все млекопитающие, за исключением яйцекладущих, лишенных плаценты, имеют более одного отверстия из таза во внешний мир. Разнообразные выжившие члены этого семейства поэтому были все сразу отнесены к одноапертурным, или monotremata (что по-гречески означает «одно отверстие»).

Представителями второго подкласса млекопитающих являются metatheria (что по-гречески означает «промежуточное животное»), и они яйцеживородящие. Яйцо уменьшилось в размерах, и период развития внутри яйца, следовательно, тоже сократился. Детеныш выходит из яйца до того, как яйцо откладывается, поэтому живой детеныш появляется из родового канала. Однако сокращение срока развития привело к тому, что детеныш рождается слишком недоразвитым, чтобы мог существовать самостоятельно. У него хватает сил только на то, чтобы проделать путь по шерсти матери в сумку на животе и забраться внутрь. Там он прикрепляется к соску и остается в таком состоянии до тех пор, пока не разовьется полностью. То, что не закончилось в яйце, завершается в сумке, и это почти возвращение к стадии личинки. Из-за наличия сумки все виды этого подкласса отнесены к сумчатым.

Хотя сумчатым повезло больше, чем одноапертурным, и они сохранились до сегодняшнего дня в большом разнообразии видов, устройство сумки было хуже, чем то, которое последует за этим, так что почти все сумчатые (кенгуру наиболее наглядный пример), подобно одноапертурным, ограничиваются Австралией и близлежащими островами. Единственным сумчатым, обитающим вне данной местности, является американский опоссум, и он выжил только благодаря плодовитости.

Хотя млекопитающие впервые появились относительно рано – в период расцвета рептилий, – они оставались ничем не выдающимися маленькими животными десятки миллионов лет, на протяжении которых повсюду доминировали рептилии. Суетливые млекопитающие не давали никакого повода предполагать, что в будущем станут хозяевами планеты, и одной из причин, возможно, было то, что они все являлись представителями или prototheria, или metatheria, или же третьей непримечательной и примитивной группы, которая сейчас вымерла.

Только после климатических изменений, возвестивших конец мезозоя, возникла последняя группа млекопитающих, единственная, которая на протяжении долгого времени оказалась действительно преуспевающей. Эти млекопитающие входили в подкласс eutheria (что по-гречески означает «истинное животное»). Входящими в подкласс истинных животных прогресс metatheria был доведен до конца. Яйцо становилось еще меньше, пока не достигло размера булавочной головки, что даже меньше, чем икринки большинства рыб. Для любого животного, столь сложного, как млекопитающее, было невозможно образовать такое яйцо с запасом жизненных сил, которых хватит хотя бы для того, чтобы добраться до сумки. Поэтому решением было оставить его внутри тела и кормить там. Другими словами, развивающееся яйцо eutheria прикрепляется к стенке родового канала, который образовался в форме растяжимой сумки, или матки, предназначенной для размещения развивающегося яйца или яиц, а также для роста в нем развивающегося детеныша.

Оболочки, которые окружают все амниотические яйца у eutherians, модифицировались в орган, который облегает внутреннюю поверхность матки. Это – плацента (что по-гречески значит «лепешка», потому что она плоская и широкая, как блин). У сумчатых, некоторых рептилий и акул и даже у некоторых беспозвоночных образовался орган с функциями, подобными тем, которые выполняет плацента в процессе развития яиц, но только у истинных животных он действительно достиг полного развития, и мы сами конечно же пополнили ряды истинных животных. Плацента богато снабжена кровеносными сосудами, образовавшимися у эмбриона[13], в то время как стенки родового канала в равной степени хорошо снабжены кровеносными сосудами, образовавшимися у матери. Определенно, здесь нет безусловно прямой связи. Кровь не перетекает от матери к эмбриону или наоборот. Однако глюкоза, кислород, аминокислоты – все составляющие жизни – поступают из кровеносных сосудов матери в сосуды эмбриона, а двуокись углерода, мочевина и все отходы, образуемые эмбрионом, просачиваются через кровоток матери.

Две артерии ведут от эмбриона по узкому пупочному канатику, или пуповине, к плаценте, где разделяются на многочисленные капилляры. Они снова собираются в вену, которая отводит кровь назад через пуповину. Естественно, именно эта вена песет артериальную кровь, обогащенную кислородом, взятым из кровотока матери.

Артерии пуповины несут венозную кровь. (Это аналогично ситуации с легочной артерией и венами у способного к самостоятельной жизни человека (см. главу 6), а также логично, поскольку у эмбриона плацента выполняет ту же функцию, что и легкие у независимо существующего человека.)

Развивающийся детеныш обладает формой гемоглобина, несколько отличающейся от обычного. Такой гемоглобин образует более тесную связь с кислородом, чем гемоглобин взрослого человека, ведь кислород, так сказать, отрывается от гемоглобина матери гемоглобином плода и легко проникает через оболочки от матери к плоду, но не наоборот. Гемоглобин плода начинает заменяться гемоглобином взрослого еще до рождения, и этот процесс завершается через четыре месяца после рождения.

Когда детеныш появляется из матки, плацента и другие оболочки выходят как послед, или детское место. Пуповина отрывается, но место, к которому она когда-то была прикреплена, у человека ясно видно. Это – пупок, или пуп.

Имеющих плаценту истинных животных иногда называют плацентарными млекопитающими. Иногда также eutherians и metatherians объединены в один подкласс theria (по-гречески «животные») и считаются отдельными группами этого подкласса, но подобные усовершенствования классификации нас с вами не касаются.