название. Monotreme – по-гречески “одно отверстие”. У однопроходных, как и у рептилий и птиц, анус, мочевыводящий канал и репродуктивные пути открываются в единый проход – клоаку. Еще одно “рептильное” свойство однопроходных: из клоаки появляются не детеныши, а яйца. И не крошечные яйцеклетки, как у других млекопитающих, а настоящие двухсантиметровые яйца с прочной белой шершавой скорлупой. В яйцах содержатся питательные вещества, которыми пользуется детеныш до вылупления. Вылупление происходит точно так же, как у рептилий или птиц, – с помощью яйцевого зуба на конце клюва.
Возможно, наш предок выглядел так. Генкелотерий (Henkelotherium), представитель эупантотериев. Рис. Э. Гренинг.
У однопроходных есть и другие типичные для рептилий признаки: например межключичная кость, которая есть у рептилий, но не у зверей. Однако в скелете однопроходных есть и признаки, характерные для млекопитающих. Так, нижняя челюсть у них представлена одной костью. У рептилий же в нижней челюсти (рядом с сочленением с черепом) три дополнительных кости. В ходе эволюции у млекопитающих эти кости переместились из нижней челюсти в среднее ухо. Это молоточек, наковальня и стремечко, передающие звук от барабанной перепонки к внутреннему уху. Делается это хитрым способом, который физики называют согласованием по импедансу. По этому признаку однопроходные группируются с млекопитающими. Правда, само внутреннее ухо однопроходных больше похоже на ухо рептилии или птицы: улитка (трубка во внутреннем ухе, улавливающая звуки различной тональности) у них почти не изогнута – в отличие от млекопитающих, у которых улитка закручена в спираль (отсюда и ее название).
Однопроходных объединяет с млекопитающими и то, что они выделяют молоко для кормления детенышей: это самый известный признак млекопитающих. Впрочем, у однопроходных нет выраженных сосков, и молоко сочится из пор на обширном участке кожи на брюшной стороне тела. Там его и слизывают детеныши, цепляющиеся за волосы на животе матери. Наши предки, вероятно, делали то же самое. Конечности однопроходных расставлены немного шире, чем у типичных млекопитающих. Это заметно по необычной, вразвалку, походке ехидны: она ходит уже не как ящерица, но еще не как млекопитающее. В целом однопроходные кажутся переходными формами между рептилиями и млекопитающими.
Как выглядел сопредок № 15? Думать, что он был похож на утконоса или ехидну, нет оснований. Ведь это был наш предок в той же степени, что и их собственный, и с тех пор прошло очень много времени. Юрские ископаемые подходящего возраста принадлежат различным типам мелких животных, похожих на землероек или грызунов. Это, например, морганукодон (Morganucodon) и крупная группа многобугорчатых (Multituberculata).
Рассказ Утконоса
Старое латинское название утконоса – Ornithorhynchus paradoxus [“парадоксальный птицеклюв”]. Когда его обнаружили, он показался ученым настолько нелепым, что присланный в музей экземпляр сочли чучелом из сшитых вместе частей тела млекопитающего и птицы. Кое-кто решил, что у Бога, когда он сотворил утконоса, выдался паршивый день. Господь, видимо, нашел на полу мастерской лишние детали и решил их не выбрасывать, а слепить какое-нибудь животное. Есть и такие ученые (и эти уже не шутят), которые называют однопроходных “примитивными”: как будто быть примитивными – основное занятие этих существ. (В “Рассказе Утконоса” мы поставим под сомнение эту точку зрения.)
После сопредка № 15 утконос располагал ровно таким же количеством времени на развитие, что и остальные млекопитающие. Так зачем считать одну группу “примитивнее” другой (примитивный, напомню, означает “похожий на предка”)? Конечно, в некоторых отношениях однопроходные примитивнее нас – это касается, например, откладывания яиц. Но нет оснований полагать, что примитивность в одном отношении обусловливает примитивность во всех.
Нет “духа древности”, который проникал бы в кровь и впитывался в кости. Примитивная кость – это кость, мало изменившаяся за долгое время. Не существует правила, согласно которому соседняя кость тоже обязана быть примитивной. По крайней мере, сегодня на этот счет нет данных. И лучшая иллюстрация тому – нос самого утконоса: он менялся очень сильно, а другие части тела этого животного – слабо.
Клюв утконоса кажется смешным. Мало того, что он похож на утиный – он еще и непропорционально велик. Но смеяться над этим удивительным приспособлением не стоит. Если говорить о странных конструкциях, утки тут ни при чем. Более подходящая аналогия – нос старого самолета-разведчика “Нимрод”. Американский эквивалент – система дальнего радиолокационного обнаружения и управления (AWACS) – знаком нам лучше, однако в этом случае “трансплантат” сверху фюзеляжа, а не спереди.
Клюв утконоса – это не просто пара челюстей для еды и питья. Конечно, он годится и для этого (хотя, в отличие от утиного клюва, он не роговой, а эластичный). Клюв – это разведывательное устройство. Утконосы охотятся на ракообразных, личинок насекомых и других мелких животных в тине на дне ручьев. От глаз в мутной воде мало проку, и утконосы во время охоты зажмуриваются. Более того, они закрывают ноздри и уши. Они не видят добычу, не слышат ее, не чувствуют запаха добычи – и тем не менее съедают в день корм весом в половину своего собственного.
Как бы вы поступили, если бы пришлось проводить эксперименты с человеком, утверждающим, что он обладает “шестым чувством”? Завязали бы ему глаза, закрыли уши, ноздри и предъявили задание на сенсорное восприятие. Утконосы приложили все усилия, чтобы помочь провести подобный эксперимент. Они отключили три наиболее важных для нас (и, возможно, для них тоже – на суше) чувства и сконцентрировались на чем-то ином. Ключ к разгадке – в одной из особенностей их охотничьего поведения. Во время плавания утконосы поворачивают клюв из стороны в сторону, осуществляя так называемые саккадические движения. Очень похоже на рефлектор радиолокационной антенны.
Карта человеческого мозга. Penfield and Rasmussen [222].
Одно из первых научных описаний утконоса принадлежит сэру Эверарду Гому (Хому). Оно опубликовано в “Философских трудах Королевского ощества” за 1802 год. Гом, словно глядя в будущее, заметил, что ветвь тройничного нерва, иннервирующая лицо,
необычно велика. Это обстоятельство наводит на мысль о том, что чувствительность различных участков клюва очень велика, что он выполняет функции руки и способен тонко улавливать эти ощущения.
Но сэр Эверард Гом не знал главного. Великий канадский нейрохирург Уайлдер Пенфилд опубликовал карту человеческого мозга, на которой отображено представительство в нем различных частей тела. Здесь вы видите карту участка мозга, который обеспечивает управление мышцами в различных частях тела. Подобную карту Пенфилд составил для участков мозга, отвечающих за осязание. Самое замечательное в обеих картах – огромные руки. Очень крупным выглядит и лицо, особенно его участки, управляющие челюстями.
Но при взгляде на гомункула Пенфилда мы в первую очередь обращаем внимание на руку. Ниже схема представлена в ином виде.
Части тела гротескного человечка пропорциональны их представительству в мозге.
К чему я веду? “Рассказ Утконоса” не был бы написан, если бы не работа австралийского нейробиолога Джека Петтигрю и его коллег, например Пола Мэнгера. Один из их интереснейших экспериментов – это модель “утконункула”, аналог гомункула Пенфилда. Утконункул выполнен гораздо тщательнее гомункула, реконструированного на основе очень скудных данных. Утконункул – результат обстоятельной работы. В верхней части мозга – три маленьких карты: это представительства сенсорной информации, получаемых различными областями мозга. Для животного важна упорядоченность пространственного соответствия между частью тела и участком мозга.
Обратите внимание: размер лап, окрашенных на всех трех картах в черный цвет, примерно соответствует их реальному размеру, в отличие от Пенфилдова гомункула с его непропорционально большими руками. У утконункула непропорционально велики не лапы, а клюв. Клюв на схемах представлен обширными областями. Если в человеческом мозге больше всего места занимают руки, то в мозге утконоса – клюв. Похоже, сэр Эверард Гом высказал верное предположение. Но, как мы сейчас увидим, кое в чем клюв даже лучше рук: он может “ощупывать” предметы, не прикасаясь к ним. Делает он это с помощью электричества.
Когда животное, например пресноводный рачок (обычная пища утконоса), задействует мышцы, его тело неизбежно генерирует слабое электрическое поле. При наличии чувствительной аппаратуры эти поля можно обнаружить, особенно в воде. А при наличии вычислительной мощности для обработки сигналов от множества датчиков можно найти и источник. Утконос, конечно, делает это не так, как сделал бы математик или компьютер. Но все же некий участок его мозга выполняет необходимые вычисления, так что утконосу в результате добыча обеспечена.
Электросенсорный мир утконоса. Manger and Pettigrew [181].
По обеим поверхностям клюва утконоса расположено около 40 тыс. электрических датчиков, и значительная часть мозга занимается обработкой данных этих сенсоров. Однако кроме этих электрических датчиков, у утконоса около 60 тыс. механических сенсоров. Эти рецепторы давления (push rods) распределены по поверхности клюва. Петтигрю и его коллеги обнаружили в мозге утконоса нейроны, принимающие сигналы от этих сенсоров. Кроме того, они нашли клетки мозга, отвечающие одновременно на электрические и механические сигналы (клеток, которые бы принимали лишь электрические сигналы, пока не обнаружено). Сенсорные клетки обоих видов занимают определенное положение на пространственной карте клюва. Они накладываются друг на друга и образуют аналог зрительной коры мозга человека, слоистость в которой обеспечивает бинокулярное зрение. Петтигрю предполагает, что утконос комбинирует информацию от электрических и механических сенсоров примерно так же, как наш мозг сочетает данные от двух глаз для построения стереоскопической картинки. Как это происходит?