Одонтоды представляли собой либо плоские структуры, называемые кожными зубчиками (или плакоидными чешуйками), которые укрепляли кожу древних рыб, либо глоточные зубы в горле примитивных обитателей океана. Такие чешуйки сохранились до наших дней и встречаются в виде чешуи у хрящевых рыб, включая акул и скатов. Не нужно далеко ходить за доказательствами наличия глоточных зубов у современных живых организмов. Собственно говоря, глоточные зубы присутствуют в миллионах домов по всему миру – повсеместно распространенная аквариумная золотая рыбка является хорошим примером современного организма с зубами в глотке.
Реальная дискуссия здесь заключается в том, от какого набора примитивных зубов (кожных или глоточных) произошли зубы в ротовой полости. В одном углу скалят свои зубы сторонники гипотезы «снаружи – внутрь». Как подсказывает название, эта группа ученых аргументирует, что плакоидные чешуйки, или кожные зубы, со временем мигрировали в область вокруг ротовой полости и внутрь нее. А сторонники гипотезы «изнутри – наружу», наоборот, утверждают, что зубы возникли в полости глотки и в конце концов мигрировали в полость рта.
Вне зависимости от того, возникли они в коже или в глотке, зубы в конце концов оказались во рту. Бесчелюстные рыбы с зубами полости рта, называемые агнатанами, широко представлены в палеонтологической летописи. Вымершие ныне угреобразные конодонты плавали в океанских водах начиная примерно с зари палеозойской эры (542 миллиона лет назад). Они прошли долгий путь к успеху, прежде чем столкнулись с проблемами спустя несколько сотен миллионов лет.
Быть бесчелюстной рыбой с зубами весьма приятно в мире, населенном исключительно другими бесчелюстными рыбами, трилобитами и мягкими морскими червями. Это даже приемлемо в мире, где у рыб есть челюсти, но нет зубов в ротовой полости[5]. Однако отнюдь не приятно существовать в мире, наполненном акулами. Когда наступил девонский период палеозойской эры (или эпоха рыб, которая была около 400 миллионов лет назад), жизнь бесчелюстных рыб стала все сильнее походить на борьбу за выживание. Большинство из них не пережили девонское массовое вымирание. До наших дней дожили около 120 видов упрямых и стойких бесчелюстных миксин и миног.
Это была непростая эволюционная ситуация для такого ничем не выдающегося переходного организма, как миксина. Появление более причудливых, пронырливых и в целом более высокоразвитых форм жизни обычно означает конец переходных видов. Миксине же удалось переломить эту тенденцию. Увидев одну из них вблизи, можно понять, почему они преодолели эволюционный вызов. Миксины – одни из самых гадких, скользких и наименее привлекательных животных, когда-либо плававших в океане. Несмотря на отсутствие челюстей, они смогли выжить именно потому, что крайне неаппетитны.
По несчастному стечению обстоятельств миксина оказалась недостаточно отталкивающей для людей с ненасытной тягой ко всему экзотическому. В некоторых культурах этот вид считается деликатесом, а также используется в производстве изделий из кожи. Видимо, где-то есть люди, которые не могут жить без ботинок из кожи этого бесчелюстного. В результате многие виды миксин сейчас находятся под угрозой исчезновения из-за чрезмерного морского промысла[6].
Как бы мне ни хотелось думать об ученых, сражающихся за истинность гипотез «снаружи – внутрь» или «изнутри – наружу» на неофициальных приемах и конференциях, посвященных эволюции зубочелюстной системы позвоночных, важнее понять, что челюсти и зубы имеют независимое эволюционное происхождение. Осознание эволюционной независимости челюстей и зубов имеет решающее значение для ответа на вопрос «почему наши зубы нам не подходят?». Когда одна из структур претерпела заметное изменение (например, челюсть стала меньше), зубы не последовали этому примеру автоматически. Мутация гена, контролирующего размер челюсти, не может чудесным образом вызвать мутацию гена, контролирующего размер зубов. Если бы клетки могли точно связывать мутации вместе подобным образом, мы бы все имели идеальные зубы, и ортодонтам пришлось бы подыскивать себе новую работу.
Теперь, когда мы заложили фундамент знаний о происхождении челюсти и зубов, пришла пора вылезти из воды на поверхность. В любом случае конечная цель первой главы в том, чтобы понять, почему столь многим из нас уже в средней школе понадобились брекеты, а обучение в школе определенно проходило на суше.
Примерно в то время, когда океан стал наполняться зубастыми и челюстноротыми тварями, некоторые его инициативные обитатели предприняли попытку жить на суше. Разумеется, это происходило на протяжении несчитаного числа поколений, и мы никогда не узнаем, сделали ли они это для того, чтобы не стать приманкой для акул, или чтобы найти лучшие возможности для добычи пищи. А может, по причинам, о которых мы даже не подозреваем. Как бы то ни было, некоторые животные, проводившие бо́льшую часть своего существования на мелководье, периодически начали выходить на берег. Этот переход был хорошо описан в последние годы благодаря открытию невероятных переходных окаменелостей, таких как доисторическая рыба тиктаалик[7].
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.