Несмотря на то что мы ближайшие родственники современных человекообразных обезьян, наш позвоночник и таз выглядят совершенно по-другому. У нас длинный поясничный отдел позвоночника, не окруженный тазовыми костями. Наши поясничные позвонки сильно отличаются от поясничных позвонков обезьян также и формой своих тел. Если посмотреть сбоку на поясничный позвонок человека, то становится видно, что он имеет клиновидную форму – спереди тело позвонка выше, чем сзади.
Это означает, что сама конструкция этих позвонков предполагает наличие изгиба, направленного выпуклостью вперед. Такой изгиб вперед называют лордозом, и в данном случае мы имеем дело с поясничным лордозом. Этого изгиба, которым обладают люди, нет у высших обезьян. Клиновидной формой обладали поясничные позвонки некоторых очень древних представителей родословного древа гоминид. Хорошо сохранившиеся остатки позвоночника и таза африканского австралопитека (известного также под поэтичным инвентарным номером STS 14), вида, жившего 2–3 миллиона лет назад, указывают на то, что его поясничные позвонки имели клиновидную форму. Это служит доказательством того, что у ранних гоминид тоже был длинный поясничный отдел позвоночника, состоявший из пяти или даже шести позвонков.
Поясничный отдел позвоночника человека состоит из пяти позвонков, а аналогичный отдел позвоночника шимпанзе – из четырех. Нижние поясничные позвонки шимпанзе зажаты между высокими подвздошными костями – частями тазовых костей
Наверное, вы думаете: ну и что такого особенного в этом самом поясничном лордозе? Однако направленный выпуклостью вперед изгиб поясничного отдела позвоночника означает, что его обладатель мог держать туловище при ходьбе вертикально, сохранять равновесие грудной клетки над тазом, а таз поддерживать в равновесии относительно пары нижних конечностей. Шимпанзе и гориллам, вероятно, трудно отклонять туловище назад, чтобы расположить основную часть массы тела над тазовой областью, и поэтому когда они встают на две ноги, то при этом сильно сгибают их в коленных и тазобедренных суставах. Да, эти обезьяны могут передвигаться на двух ногах, но не так эффективно, как мы. Попробуйте походить немного с согнутыми коленными и тазобедренными суставами, и вы очень скоро ощутите сильное утомление мышц бедра. Если же вы прямоходящее двуногое (как я, вы и все остальные люди и наши предки гоминиды), то направленный вперед поясничный изгиб является важнейшим признаком, позволяющим нам свободно, без напряжения, стоять и ходить на двух ногах. Наличие поясничного лордоза у австралопитека убедительно показывает, что эти наши предки уже регулярно ходили на двух ногах, поддерживая при ходьбе вертикальное положение тела. У этой медали есть и оборотная сторона: ученые утверждают, что, если короткий ригидный поясничный отдел позвоночника снижает риск его травмы и помогает передвигаться среди деревьев, то длинный, гибкий поясничный отдел позвоночника Australopithecus africanus позволяет предполагать, что эти гоминиды сменили древесный образ жизни на наземный.
Мы не рождаемся с поясничным лордозом. Весь позвоночник новорожденного ребенка изогнут большой дугой выпуклостью назад. Когда возраст ребенка приближается к одному году, начинает формироваться лордоз (направленный выпуклостью вперед изгиб) поясничного отдела позвоночника. Другой подобный лордоз формируется в шейном отделе позвоночного столба – для того, чтобы обеспечить уравновешенное положение головы над туловищем. В конечном счете человеческий позвоночник приобретает красивую форму двойной буквы S, с лордозами в шейном и поясничном отделах и с кифозами (изгибами, направленными выпуклостью назад) в грудном отделе позвоночника и в области крестца.
Изгибы позвоночника человека
Наш кузен с прямой спиной
История о поясничном отделе позвоночника приобретает весьма неожиданный поворот, если мы присмотримся к позвоночному столбу нашего ближайшего родственника – неандертальца.
Эти коренастые, приземистые люди жили в Европе и Азии в период от 300 000 до 30 000 лет назад. В нашем распоряжении очень много костных останков неандертальцев – было обнаружено более 275 скелетов разной степени сохранности – и, несмотря на то что так и не удалось пока обнаружить ни одного полного скелета, его удалось сконструировать на основании имеющихся костей, найденных в разных местах. Среди костных останков неандертальцев, обнаруженных в Шанидаре (Ирак), Кебаре (Израиль) и в Ла-Шапель-о-Сен (Франция), очень хорошо сохранились поясничные позвонки. В ходе недавно проведенного исследования, к материалу которого добавили и другие позвонки, принадлежавшие другим, более древним гоминидам, а также – для сравнения – позвонки современных людей, были измерены величины лордоза у представителей всех исследованных видов. Результаты оказались удивительными. Средний угол поясничного лордоза у современного человека равен 51°. У нечеловекообразных обезьян угол лордоза равен 22°. У африканского австралопитека угол был уже ближе к человеческому – 41°, у человека прямоходящего (Homo erectus) и вовсе 45°, а вот у неандертальцев он оказался совсем небольшим – всего 29°.
Это означает, что по сравнению с нами неандерталец обладал очень прямым поясничным отделом позвоночника. В противоположность тенденции к увеличению изгибов позвоночника в эволюции человека, у наших ближайших родственников позвоночник был более прямым, чем у их предков.
Лордоз поясничного отдела позвоночника помогает свободно поддерживать вертикальное положение тела, но это еще не все: добавление пружинящих изгибов помогает позвоночнику играть роль амортизатора. Вполне возможно, что лишенные поясничного лордоза неандертальцы ходили медленно, короткими шагами и слегка наклонившись вперед. Это кажется регрессом, но у прямого позвоночника все же есть свои преимущества, и одно из них – устойчивость.
Угол поясничного лордоза (ПЛ) (Been et al. 2012)
Прочный прямой позвоночник, возможно, уменьшал напряжение в межпозвоночных суставах, что позволяло неандертальцам выполнять более тяжелую работу и носить большие тяжести, чем их более хрупким сородичам, предкам современного человека. Кто знает, если бы мы произошли от неандертальцев (у некоторых из нас, включая и меня, в геноме есть небольшой процент неандертальской ДНК, но, очевидно, недостаточный для того, чтобы снабдить нас прямым позвоночником), то, возможно, не страдали бы так сильно от боли в спине.
Несмотря на то что скелеты неандертальцев во многих отношениях были похожи на наши, между ними были и важные различия, отражавшие, вероятно, разницу в образе жизни между нами и нашими предками. Помимо более прямого поясничного отдела позвоночника, неандертальцы отличались от нас большой бочкообразной грудной клеткой. Впрочем, у нас грудная клетка тоже имеет необычную форму – она отличается от грудных клеток остальных млекопитающих, включая и других человекообразных обезьян.
Ребра, легкие и сердцеРебра наших предков, а также сердце и легкие рыб
Ведомо ль тебе, как кровь, что споро к сердцу притекает,
Из одного желудочка в другой без затруднений проникает?
Грудная клетка и диафрагма
Начиная изучать человеческий скелет, обнаруженный во время археологических раскопок, я первым делом раскладываю в надлежащем порядке его кости. Скелет лежит на спине с вытянутыми вдоль тела руками, ладонями кверху. После этого я определяю полноту комплекта костей и только потом начинаю описывать каждую кость, обращая внимание на признаки, позволяющие определить возраст и пол изучаемого индивида и выяснить, какими болезнями он страдал при жизни.
Ребра – очень сложный объект для изучения: часто они бывают сломаны и представляют собой мелкие фрагменты, однако, приложив некоторые усилия, эту головоломку все же удается сложить в нечто цельное. Человеческая грудная клетка напоминает формой бочонок, сплюснутый в направлении спереди назад. Форма каждого отдельного ребра определяется его положением в грудной клетке. Суставные поверхности на головке и шейке ребра позволяют понять, с каким ребром имеешь дело – с правым или левым. Сильно отличаются друг от друга верхнее и нижнее ребра. Первое (самое верхнее) ребро – это маленькая С-образная кость, уплощенная в верхне-нижнем направлении, в то время как все остальные ребра уплощены с боков.
Подобно многим другим костям нашего тела, ребра образуются из хрящевых «моделей», которые, в свою очередь, развиваются из эмбриональной соединительной ткани – мезенхимы. Клетки, образующие ребра, происходят из того же источника, что и грудные позвонки: из сомитов (ряда бугорков, расположенных вдоль продольной оси тела на спине эмбриона) грудной области плода. Точно так же, как существуют 12 грудных позвонков, есть и 12 пар ребер (их число одинаково у представителей обоих полов, вопреки мнению некоторых креационистов). Грудина образуется из мезенхимы, возникающей по краям эмбриона в тот период, когда он представляет собой зародышевый диск. Когда эмбрион сворачивается в трубку (это происходит на четвертой неделе беременности), эти края сходятся впереди, на срединной линии. Сначала в этом месте образуется хрящевая модель грудины, а затем она окостеневает, то есть превращается в кость.
Ребра верхних семи пар начинаются от семи верхних грудных позвонков и, охватывая полукругом органы грудной полости, прикрепляются, на передней поверхности тела, к грудине. На самом деле это не совсем так, потому что костная часть каждого ребра заканчивается, не доходя до грудины, и реберную дугу, соединяющуюся с грудиной, завершает реберный хрящ. Однако, поскольку все ребра первоначально целиком состоят из хряща, который затем превращается в кость, реберный хрящ является, по сути, всего лишь неокостеневшей передней частью ребра. Реберные хрящи придают грудной клетке известную подвижность и гибкость, и это свойство спасает нас в тесной толпе, например на рок-концертах. Кроме того, податливость грудной клетки делает возможной сердечно-легочную реанимацию: грудину можно ритмично отжимать вниз у лежащего человека на 5 см и отпускать, что выдавливает кровь из сердца и позволяет поддерживать кровообращение до тех пор, пока не подоспеют медики с дефибриллятором.