Книги
Книги

Слідуй за розбитим черепом: історія еволюції скелета

Людям подобаються скелети. Як інакше пояснити ту нашу тягу зображати скелет, зокрема череп, на одязі, логотипах, аксесуарах та інших буденних речах? Але водночас про кістки ми згадуємо рідше, ніж про серце, кишківник чи інші органи, можливо, через їхню відносно пасивну функцію. Здавалося б, ну чинять нам оті кістки опору, то й годі про них думати, хіба що коли зламані. Та як показує нам книга Леоніда Горобця «Слідуй за розбитим черепом: історія еволюції скелета», яку надрукувало видавництво «Віхола», скелет може розповісти багато цікавого. Рекомендуємо ознайомитися із фрагментом книги, де автор пояснює, як скелет захищає свого власника, робить його швидшим та навіть розумнішим.

«Віхола»

«Віхола»

Як хордові опанували світ

За мільярди років еволюції в природі виникло безліч різноманітних створінь. Більшість із них назавжди зникли, деякі цілком добре пристосувалися та існують досі. В усі часи всі тварини намагалися вирішити дві життєві проблеми: 1) як щось з’їсти? 2) як не бути з’їденими?

У цьому хребетні обійшли решту сусідів на планеті. Попри те що круглі черви опанували найрізноманітніші середовища, а комахи мають найбільше різноманіття видів, саме хребетні тварини замовляють у ресторані омарів, а не омари просять подати хребетних.

Як склалося, що у вирішені двох базових завдань тварини з внутрішнім скелетом обійшли решту? Для відповіді розгляньмо ситуації, у яких скелет (чи то внутрішній, чи то зовнішній) стає в пригоді.

Скелет і захист

Очевидно, що скелет покращує захист свого власника. Це стосується не лише товстих мушель равликів або колючок морських їжаків. Внутрішній скелет також може відбити охоту пообідати. Яскравим прикладом цього є череп диплокаулюсів — саламандр, що мешкали близько 300‒250 мільйоноліть років тому. З боків череп мав чималенькі вирости, які могли стати впоперек пельки навіть доволі великому хижаку.

Бувають ще витонченіші засоби використання скелета для захисту. Деякі амфібії ламають собі кісточки під час захисту від нападників. Наприклад, африканська волохата жаба відома не лише тим, що самці цього виду в шлюбний сезон відрощують схожі на волосини вирости шкіри. Цікаво й те, що, захищаючись, волохаті жаби ламають собі кінцеві фаланги пальців задніх кінцівок. Гострі уламки кісток вистромлюються назовні й виконують функцію кігтів. Супергерой із властивостями волохатої жаби виглядав би крутіше від Росомахи з «Людей Ікс»!

Хоч ці приклади і вражають, та найдивовижнішим є факт, що тварини зі внутрішнім скелетом мають кращий захист, ніж тварини із зовнішнім скелетом. Щоб зрозуміти, як так сталося, нагадаємо: при збільшенні розмірів удвічі об’єм (отже, і маса) зросте увосьмеро. Коли тварина із зовнішнім скелето зростає, у неї з’являється проблема. Маса буде такою великою, що зовнішній скелет лусне від тиску тіла. Або ж скелет буде такий потужний, що подальший ріст стане неможливим. Тому тварини із зовнішнім скелетом мають обмеження в рості: їхні розміри не можуть перевищувати трьох метрів, та й то лише у водних істот, які вплив сили земного тяжіння частково компенсують архімедовою силою. До цього рекордного показника наблизилися деякі представники ракоскорпіонів — вимерлі родичі павуків, що існували в часи палеозойської ери.

Членистоногих завбільшки три метри не було в минулому і не може існувати в майбутньому. Зовнішній скелет поклав край їхній здатності рости. Коли ти обмежений у рості, а твої нападники (хребетні тварини) — не обмежені, то панцир припиняє бути надійним захистом. Отож, хоч екзоскелет має ефектний вигляд, внутрішній скелет може забезпечувати кращий захист, бо не так обмежує в розмірах.

Скелет і швидкість

Немає гіршого суперника, ніж швидкий суперник. Бо навіть якщо він виявиться слабшим, його не наздогнати. А якщо ще й виявиться сильнішим, то від нього не втекти. Тому в боротьбі за існування швидкість є однією з найважливіших властивостей. Такою важливою, що не зайвим буде повторити: збільшен­ня швидкості є ефективним способом досягнути еволюційного успіху!

І тут без скелета ніяк. Тіло без опори ще якось може вирости, але швидко рухатися точно не спроможне. Знову стає помітним недолік зовнішнього скелета — він не може забезпечити належної обтічності. Уявіть краба, що має форму тіла риби. Ото недолуга істотка могла би бути! В еволюційному змаганні за швидкість тварини із зовнішнім скелетом програють, бо не можуть досягнути такої обтічності, як тварини з внутрішнім скелетом.

З-поміж безхребетних тварин рекорд швидкості належить кальмарам, тобто тваринам, у яких скелетні утвори представлені невеликою внутрішньою (!) пластинкою. Виштовхуючи струмінь води, кальмар може розігнатися до 50 км/год, щоправда, потім сповільнюється і набирає нову порцію води. Ці короткочасні стрибки поступаються швидкостям, яких досягають тварини з добре розвиненим внутрішнім скелетом.

Форма тіла в них обтічна, а м’язи мають надійну опору. Блакитний марлін спроможний пливти зі швидкістю до 130 км/год, гепард на коротких дистанціях біжить зі швидкістю 100 км/год, антилопа-вилоріг упродовж 5 годин тримає темп понад 80 км/год, сокіл сапсан у пікірувальному польоті досягає 320 км/год. Утім вони над цим не замислюються.

Скелет і розум

Вважається, що родичі кальмарів — восьминоги — неймовірно розумні. Насправді в них просто дуже великий мозок, а це ще не є ознакою розуму. Кожен знає: щоб досягнути успіху в житті, потрібно мати хороші зв’язки. Особливо корисні нейронні зв’язки між клітинами мозку. Що більше клітин у мозку, то більшу кількість зв’язків можна утворити і завдяки цьому обробляти інформацію. Здавалося б, у восьминогів із цим усе гаразд, адже мозок навіть невеликих восьминожків налічує понад 150 мільйонів нервових клітин — кількість, абсолютно недосяжна для інших безхребетних тварин, та й для багатьох хребетних.

Різноманітні експерименти нібито підтверджують їхню «інтелектуальність». Восьминоги чудово справляються із завданнями, принаймні з тими, до яких вони пристосовані (звісно, успіхів у літанні чи побудові бобрових хаток від них чекати годі): відкривають банки з такою самою легкістю, як відкидають каміння на рідному дні в пошуку їжі; запам’ятовують сусідів по лабораторії з тим самим успіхом, ніби то мешканці океанічної заводі.

Є запитання, на яке експеримент з відкриванням банки відповіді не дасть: навіщо восьминогам великий мозок? Це дуже дорогий орган, еволюція не збільшить його випадково. А головоногі молюски навіть з родичами вкрай рідко контактують, а коли і перетинаються, то переважно заради сексу чи канібалізму. До того ж відомі дослідження, у яких молюски відверто тупили. З-поміж них експеримент із восьминогом і крабом, яких помістили в акваріум з простеньким лабіринтом. Між молюском і крабом прозора стінка. Восьминіг не проти поласувати сусідом, але щоб дійти до здобичі, потрібно якийсь час переміщатися по «коридорчику», і тоді краба не видно. За нормальних умов це не є проблемою. Восьминіг, узрівши краба, рушає на його пошуки. Повернувши до «коридора», він утрачає здобич з поля зору. Але наприкінці «коридора» просто повертає ліворуч, і нещасний краб знову потрапляє йому на очі. Просте завдання, просте вирішення, для якого не потрібно мати мозок рекордних розмірів. Молюску достатньо зауважити, що об’єкт розташований ліворуч, і в подальшому повертати ліворуч. Для цього навіть не потрібно розпізнавати праву й ліву сторону, лише врахувати, що одним оком (у цьому випадку лівим) краба видно краще, ніж другим.

При ускладненні експерименту восьминогу заліпили ліве око. І все пішло шкереберть. Тимчасово одноокий восьминіг, побачивши нового краба, знову рушає в путь. Та біда в тому, що побачив його він правим оком і при виборі повороту поверне праворуч. А потім— ще раз праворуч, і врешті-решт опиниться в тому місці, звідки й почав. І все розпочнеться знову: побачений краб, «коридор», повороти праворуч і так далі. Скажете, це з великого розуму?

Погляньмо, на що спроможні тварини зі скелетом. Не будемо орієнтуватися на шимпанзе чи ворону, звернімо погляд на маленьку бджолу. Її мозок у понад 200 разів менший за мозок восьминога, проте це не заважає їй розв’язувати доволі складні завдання. Відомо, що в медоносних бджіл існує так званий бджолиний танок— набір рухів, яким бджола-розвідниця спроможна пояснити іншим членам вулика, як багато солодощів вона знайшла, у якому напрямку потрібно летіти і яку відстань необхідно подолати. Здається, щоб скористатися цією інформацією, багато думати не потрібно: напрямок указали, відстань указали, лети собі та й збирай, що там смачного. Однак життя бентежне, дорога, що була прямою на словах, на ділі виявляється сповненою перешкод. Не всі завади бджола спроможна здолати, деякі простіше облетіти. Постає дилема: як знайти потрібне місце, коли відомі напрямок, відстань, але ти злетів з маршруту? Навіть якщо не довелося навсібіч петляти, а просто звернути на 90 градусів і тоді щоб знайти необхідну точку, потрібно розв’язати геометричну задачу. Бджолам це до снаги, невідомо як, але за потреби вони чітко розраховують поправку, незважаючи на доволі скромні розміри мозку.

Чому восьминіг, попри відносно великі розміри мозку, спантеличується на простих задачах, а бджоли спроможні вирішувати доволі складні, як для таких крихіток, завдання? Тому, що в перших немає скелета, а в других є. Кількість поз, яких може набути тіло, наділене скелетом, обмежена. Достатньо забезпечити чутливими клітинами кожне рухоме з’єднання скеле­та — і мозку буде доволі просто сформувати уявлення про положення тіла в просторі. Кількість поз тварини без скелета безмежна, й осягнути положення власного тіла надзвичайно складно. Великий мозок головоногих молюсків переобтяжений спробами контролювати власне тіло і часто не спроможний до вирішення простих задач. Тому майбутня цивілізація головоногих молюсків у фіналі «Тваринного світу майбутнього» і слимакоподібний Джабба Гатт із «Зоряних війн» залишаться суто фантастичними персонажами.

Отже, тварина зі скелетом має еволюційну перевагу над безскелетною істотою в потенціалі до розвитку:

• розмірів;

• захисту;

• швидкості;

• розуму.

При цьому в тварини із зовнішнім скелетом можливості збільшувати розміри вичерпуються на 2–3 метрах, тоді як тварини зі внутрішнім скелетом можуть бути куди більшими.

540 мільйоноліть тому, у часи Скелетної революції, коли всі учасники еволюційної гонитви були дрібними, безхребетні власники зовнішніх скелетів почувалися непогано. З плином часу наділені внутрішнім скелетом хордові запобігли собі удачі, спершу завдяки перевагам у швидкості, а згодом ще й у розмірах. У подальшому їхній скелет зазнав суттєвих змін, хоча базові складові були вже у найдавніших хордових.


Читайте також