Люди не утратили эту способность. Млекопитающие сделали еще один шаг вперед, развив вторичное нёбо, разделяющее носовую и ротовую полости. Если лягушка держит рот под водой и хочет дышать через нос, ей приходится держать рот закрытым. Имея вторичное нёбо, млекопитающее может наполнять рот водой и продолжать дышать носом. Возьмите чашку воды и попробуйте. Дыхание носом имеет анатомический эффект, заключающийся в том, что дыхательные пути начинаются позади пищеварительного тракта. Такое расположение было бы кстати, если бы легкие тоже находились сзади, но это не так: легкие расположены спереди. Следовательно, дыхательные пути должны пересечь пищеварительный тракт так, чтобы оказаться спереди и в итоге привести воздух к легким.
Проблемы не существовало бы, если бы тетраподы, или четырехлапые позвоночные, произошли от животных, чьи наполненные воздухом органы располагались дорсально (от лат. dorsum – «спина»). Воздух мог бы поступать в трубку, расположенную сзади, и оттуда направляться в также находящиеся сзади легкие. У таких рыб, как карп и окунь, плавательный пузырь ориентирован подобным образом, и, если бы лягушки произошли от карпа, риска удушья не возникало бы. Увы, предками наземных позвоночных были лопастеперые рыбы с передним расположением легких[61].
Перекресток – это сложная ситуация. Представьте, что вы едете по шоссе. Если вы следите за скоростью и соблюдаете разумную дистанцию до других автомобилей, то это относительно безопасный способ передвижения. Теперь представьте себе дорогу, вдоль которой проходят железнодорожные пути. Опять же, проблем быть не должно. Никаких ужасающих столкновений не произойдет, пока поезд остается сбоку и автомобили отделены от него ограждениями. А сейчас представьте, что шоссе и железнодорожные пути без знаков предупреждения пересекаются. Подобное расположение не всегда приводит к аварии: иногда по счастливой случайности поезда и автомобили могут проезжать в разное время, тогда все продолжают свой путь без происшествий. Но когда они едут одновременно, последствия оказываются разрушительными. Столкновение вагонов поезда и минивэна на скорости 100 км/ч – зрелище не из приятных. Аналогично в большинстве случаев, когда маленький ребенок ест хот-дог, тот попадает ему в пищевод и опускается в желудок. Но иногда хот-дог совершает на перекрестке неверный поворот и попадает в дыхательное горло. Тогда анатомия напоминает нам об истории нашей эволюции.
Продолжая метафору, отметим, что бывают случаи, когда дороги и рельсы должны пересекаться. И я уверен, что вскоре кто-то поймет, что было бы неплохо регулировать эти перекрестки. Для начала хорошо бы просто установить пару дорожных знаков. При установке ворот и светофоров железнодорожные переезды станут намного более организованными. Подобное произошло и с пересечением пищеварительного и дыхательного путей. Управляющими структурами респираторного тракта являются компоненты гортани, известные также как голосовой аппарат. Гортань – это переход между верхними и нижними дыхательными путями. Рудиментарная гортань уже присутствовала у лопастеперых рыб в виде простого сфинктера, закрывающего мешкообразное легкое[62].
Сфинктер, обеспечивающий закрытие примитивных легких, развился у рыб из жаберной дуги[63]. Жаберные дуги – это петлеобразные костные элементы у рыб, также часто называемые глоточными дугами, которые обеспечивают структурную поддержку жабр. Взрослые земноводные не имеют жабр и, следовательно, не нуждаются в поддерживающих их дугах. Вместо того, чтобы отправиться на свалку эволюции, жаберные дуги у наземных животных получили новую функцию: многие из них стали структурами головы и шеи четвероногих. Крошечные кости внутреннего уха – хороший пример структур со скромным происхождением от жаберных дуг.
Помимо более жестких структур, гортань также содержит более мягкие хрящи и перепончатые ткани, способные расширяться и сжиматься. Некоторые из этих мягких тканей могут смыкаться и перекрывать дыхательные пути. Для перекрестка, вынужденного теперь иметь дело не только с пищей, но и с воздухом, это была критическая адаптация. Когда человек не глотает, голосовая щель остается открытой и воздух свободно проходит вниз в трахею и в легкие. При глотании щель закрывается, что препятствует чему-либо, кроме воздуха, попадать в дыхательные пути. Система явно неидеальна, поскольку иногда арахис или виноградина могут проскользнуть через голосовую щель. Это ничем не отличается от аварии, произошедшей на регулируемом перекрестке. Время от времени какой-нибудь идиот решается попытать удачу, когда светофор уже мигает, а железнодорожная охрана расслабилась.
Ткани, которые смыкаются во время глотания и создают герметичность дыхательных путей, имеют в рукаве еще один серьезный козырь: они могут хлопать или вибрировать, когда через них проходит воздух. Если гибкость тканей оптимальна, это может привести к возникновению звука. Как и в случае со многими анатомическими особенностями, вскоре эти голосовые складки (или голосовые связки, как их чаще называют) стали использоваться для произведения впечатления на противоположный пол. Любой, кто жил рядом с благоденствующей популяцией лягушек, знает, что они обладают неслабыми вокальными данными. Их способности особенно заметны весной, когда самцы постоянно квакают, добиваясь расположения самок. Их пение может быть совершенно оглушительным в теплые весенние ночи: несколько видов создают такую какофонию, что трудно представить, как самки способны в ней разобраться. Поднимитесь вверх по эволюционному древу от лягушки к человеку, и вы увидите, что представители обоих полов используют свои голосовые способности для привлечения партнеров. На самом деле, как мы вскоре увидим, уникальные вокальные способности людей – это значительная часть истории с удушьем.
Еще одним элементом голосового аппарата, появившимся у млекопитающих, является хрящевой клапанообразный надгортанник. Он служит последним мигающим знаком на железнодорожном переезде. Действует он, как сиденье унитаза, закрывающее гортань во время глотания. У подавляющего большинства млекопитающих надгортанник примыкает к мягкому нёбу (задней части нёба) и позволяет разделять воздухоносные и пищеварительные пути. Он делает воздушный проход независимой трубкой, которая позволяет воздуху поступать в легкие и миновать место пересечения с пищеводом. Это был невероятно важный шаг вперед для млекопитающих. Благодаря надгортаннику млекопитающие, кроме человека, вряд ли подавятся пищей. Удушье может случиться, но оно не происходит с такой регулярностью, как у людей.
Надгортанное уплотнение с мягким нёбом также обеспечивает нечеловекоподобным млекопитающим возможность есть и дышать одновременно. Это очень выгодно для пушистых животных, поскольку многие млекопитающие тратят на питание значительную часть дня. В частности, травоядные животные часто потребляют пищу с низким содержанием питательных веществ, что вынуждает их съедать тонны растительного сырья для удовлетворения своих пищевых потребностей. В следующий раз, когда будете проезжать мимо коров или овец, обратите внимание на то, что большинство животных жуют, опустив головы. Если травоядное животное весь день стоит с опущенной головой, оно не может постоянно просматривать горизонт на предмет появления хищников. Надгортанник позволяет травоядным кормиться весь день и постоянно нюхать воздух для обнаружения волков, львов и тигров, которым больше всего нравится внезапное нападение на ничего не подозревающих травоядных.
Надгортанник, прижимающийся к нёбу, также позволяет млекопитающим быть по-настоящему млекопитающими, то есть дает возможность пить молоко из молочных желез. Детеныши могут в полной мере воспользоваться преимуществами материнских молочных желез за счет уникального анатомического устройства гортани. Благодаря надгортаннику детеныши млекопитающих, включая человеческих младенцев, могут питаться молоком матери, постоянно дыша через нос. Когда все идет правильно, ребенок может скоординировано сосать, дышать и глотать, не отрываясь от соска. У одних детей эта координация работает лучше, у других – хуже, а если у ребенка начинается насморк или он начинает задыхаться, как это нередко бывает с младенцами, то все потеряно. В итоге у вас на руках захлебывающийся ребенок, который пытается получить воздух и еду через одно и то же отверстие, принося дискомфорт для всех.
Итак, если надгортанник образует аккуратное маленькое уплотнение с нёбом, создавая фактически отдельные пути для воздуха и пищи, в чем же состоит проблема? Почему удушье является основной причиной несчастных случаев со смертельным исходом? Ответ в том, что у взрослых людей голосовые связки сдвинулись с места. Это возвращает нас к журналу Dysphagia для сравнения положения гортани у различных видов млекопитающих, включая человека[64]. Я сократил для вас статью до пяти слов: у людей гортань расположена ниже. Гортань и все сопутствующие структуры у взрослого человека расположены глубоко в горле. У нечеловекоподобных млекопитающих (и у человеческих младенцев) гортань в основном расположена сразу за языком.
Опущенная гортань по-прежнему эффективно защищает вход в нижние дыхательные пути. Однако при ее опущении незащищенная верхняя часть дыхательных путей может закупориться. Большинство случаев удушья происходит, когда что-нибудь застревает в верхних дыхательных путях, над защитными элементами гортани. Вроде бы светофор и железнодорожная охрана по-прежнему присутствуют, но они больше не расположены там, где это было бы наиболее целесообразно для предотвращения аварий.
Низкое расположение гортани взрослого человека имеет довольно большое преимущество: оно позволяет людям говорить. Когда воздух проходит через голосовые связки животного, он генерирует звук.