Неотения: закон неторопливых

Фото: Tim Flach, farodevigo.es

Некоторые виды превратили в преимущество свою недоразвитость. Они научились зависать в детстве, навсегда сохраняя ювенильные черты, и при этом размножаться. Такая способность называется неотенией, от греческого neos – юный и teino – растягивать.

Преимущество «растянутой юности»

Неотения может проявляться двояко. В первом случае половое развитие идет в нормальном темпе, а развитие всего организма замедляется. Во втором – организм созревает для размножения быстрее обычного, но и растет только в этот период. Появления полностью развитой взрослой особи в обоих случаях не происходит, то есть онтогенез остается незавершенным. Остается вопрос: зачем природе такой механизм?

Все сказанное ниже подтверждает тезис о том, что неотения помогает виду лучше приспособиться, развить новые качества и занять наиболее подходящие для жизни ниши в то время, когда привычный мир накрывают катаклизмы. Разберемся – почему.

Потомки недоразвитых динозавров

Происхождение птиц от динозавров практически не вызывает сомнений в научном мире (на самом деле, современные пернатые – это и есть так называемые птичьи динозавры), но сам эволюционный процесс – предмет постоянных дискуссий. Неотения могла бы пролить свет на проблему. Ученые Бхарт-Анджан Буллар (Bhart-Anjan Bhullar) из Йеля и Архат Абжанов (Arkhat Abzhanov) из Гарварда оцифровали и сравнили черепа динозавров, их детенышей, археоптерикса, аллигаторов и современных птиц. Результаты исследования указывают на то, что первые птицы, вероятно, появились в результате размножения недоразвитых родичей велоцераптора из подотряда тераподов (Theropoda).

Динозавры вымерли, а их ювенильные формы-неотеники преуспели на пути эволюции. Залогом выживания «будущих птиц» стало сохранение «детских» черт – компактного размера, более округлой головы, больших глаз и крупного, в сравнении с остальным телом, мозга.

Двинозавр. Иллюстрация:Дмитрий Богданов, commons.wikimedia.org

Двухметровый двинский головастик

Неотения среди амфибий – тоже давняя история. При стандартном цикле развития взрослое земноводное, способное выходить на сушу и размножаться, появляется в результате метаморфоза из личинки-головастика, живущей исключительно в воде.

Ископаемый двухметровый двинозавр, обитавший более 250 млн лет назад на территории нынешней Архангельской области, при ближайшем рассмотрении оказался чем-то вроде «половозрелого головастика».

На это указывают выводы палеонтолога Владимира Амалицкого, обнаружившего двинозавра в 1899 году во время раскопок на российском Севере. Тогда в руки к ученым попало несколько черепов и один полный скелет. На «взрослость» необычной амфибии указывало окостенение позвоночника и строение некоторых костей, хотя в большей степени она напоминала не прошедшую метаморфоз личинку. «Детскими» оставались укороченный плоский череп, частично окостеневшие бедренные и плечевые кости, стопы и кисти, вероятно, полностью состоящие из хрящей. Время не сохранило их для исследователей. Вел себя двинозавр тоже как личинка: жил исключительно в воде и дышал жабрами.

Можно предположить, что в конце пермского периода, когда множество земных видов вымерло, двинозавр отказался взрослеть и выходить на сушу, поскольку понял, что в воде сытнее и безопаснее.

В кого превращается аксолотль?

Среди амфибий-неотеников есть и наши современники. Похожий на маленького дракона 30-сантиметровый аксолотль оказался неотенической личинкой хвостатого земноводного – мексиканской (Ambystoma mexicanum) или тигровой (Ambystoma tigrinum) амбистомы, но ученые обнаружили этот казус далеко не сразу.

Аксолотли, обитавшие в озере Сочимилько, близ Мехико, приглянулись европейским аквариумистам еще во времена конкистадоров. В Старом Свете их успешно разводили в аквариумах, принимая за самостоятельный вид, пока однажды тайна не раскрылась. Огюст-Анри Дюмериль (Auguste Henri Andre Dumeril), французский зоолог и директор национального музея естественной истории, в 1863 году запустил полдюжины аксолотлей в один из водоемов парижского ботанического сада.

В один прекрасный день, проведывая своих подопечных, директор музея крайне удивился: в пруду плавало только пять аксолотлей. Шестой изменился до неузнаваемости и норовил выбраться на сушу… Похожее на крупную саламандру животное оказалось амбистомой. Случай привлек внимание биологов и, безусловно, дал толчок к исследованию явления, которое спустя полвека ученые назвали неотенией.

Протей: консервативный и изменчивый

В Средневековье суеверные европейцы считали протеев детенышами дракона и убивали каждого беднягу, найденного на берегу реки после паводка. Тем не менее, о том, как бы выглядела взрослая особь этой неотенической личинки, науке пока неизвестно. Считается, что оба рода протеев – Necturus в Северной Америке и Proteus в Европе – решили навсегда остаться в воде и утратили способность к метаморфозу.

Вместо этого они обзавелись совершенно фантастическими способностями: могут жить до 70 лет, что удивительно для 25-сантиметровых существ, месяцами обходиться без пищи и размножаться двумя разными способами. В зависимости от условий среды обитания они могут откладывать яйца или рожать крошечных жизнеспособных личинок.

Протей. anguinus.net

Независимо от способа размножения личинки протеев появляются на свет зрячими и серого цвета. Дальше развитие идет по одному из двух сценариев. В полной темноте, например, в условиях пещер и подземных рек, они постепенно бледнеют и закрывают глаза слоем кожи. Наполненный же светом водоем побуждает протея сохранить зрение и делает его пятнистым, искусно маскируя под цвет дна водоема. Вечно юная гусеница Насекомые-неотеники готовы удивлять еще больше. Личинка жука фриксотрикса (Phrixothrix) благодаря светящимся зеленым люминофорам (веществам, способным преобразовывать поглощаемую им энергию в свет) на боках и красным на голове в сумерках напоминает миниатюрный пассажирский поезд. Прозвище у нее соответствующее – «железнодорожный червь». Тем не менее, из ряда вон насекомое выделяется из-за другой своей особенности. Личинка-самец этого вида в назначенный час добросовестно окукливается и превращается в нормального небольшого жука, а личинка-самка остается вечным ребенком – гусеницей. Со временем она приобретает отверстие для кладки яиц, и на этом ее созревание заканчивается. Примечательно, что такой подход не мешает паре размножаться. Лисица: прорабатываем агрессию Неотения могла сыграть решающую роль в появлении домашней собаки. Доказательством этому служит эксперимент русского генетика Дмитрия Беляева с родственниками четвероногих друзей человека – лисами. На протяжении 45 лет (!) ученый отбирал для размножения самых добродушных животных, то есть тех, кто дольше других сохранял присущие лисятам черты характера. Результатом эксперимента стало получение совершенно домашних лис – игривых и доверчивых. Однако вместе со способностью по-щенячьи привязываться к человеку они закрепили и некоторые внешние признаки «детского возраста» – более короткую мордочку, пятна на шкурке, хвост крючком, а иногда и висячие уши. Беляев пришел к выводу о том, что селекция «запускает» гены, действие которых подавляется жизнью в дикой природе. Кроме того, механизмы, отвечающие за особенности поведения и внешние признаки, тесно связаны с работой эндокринной системы животного. Дог и тойтерьер: все дело в щитовидке? Связь между особенностями характера, экстерьера и интенсивностью секреции гормонов щитовидной железы подтверждает и сравнительное исследование собачьих пород. Эту закономерность выявили ученые Московской академии ветеринарной медицины и биотехнологии Татьяна Ипполитова и Неиля Хуснетдинова. Бордоский дог и тойтерьер, wallpaperfx.com Оказалось, что самой активной щитовидкой обладают представители мелких пород, такие как тойтерьер и чихуахуа. Высокий уровень тиреоидных гормонов – тироксина и трийодтиронина – делает этих собак легковозбудимыми и эмоциональными. Обменные процессы у них идут быстрее, а в возрасте 5–7 месяцев они готовы к размножению. Совсем другую гормональную картину демонстрирует огромный бордоский дог. Его щитовидная железа продуцирует значительно меньше гормонов, что, с одной стороны, заставляет его дольше взрослеть, а с другой – оставаться спокойным и невозмутимым.

Бонобо выбирает дружбу Закрепившиеся детские признаки можно найти и у человекообразных обезьян, например, у карликовых шимпанзе бонобо (Pan paniscus). В сравнении с обычными шимпанзе (Pan troglodytes) бонобо немного меньше в размерах, и череп у них по форме больше напоминает череп детеныша. У обезьян много общего во внешности, оба вида проявляют сообразительность и хорошо обучаются, в дикой природе живут по соседству, но при этом заметно отличаются по характеру и общественному устройству. Шимпанзе агрессивны и угрюмы, бонобо – милы с собратьями, добродушны и беззаботны. Власть в стане шимпанзе чаще принадлежит самцам и опирается на силу, а у бонобо верховодят самки, которые предпочитают не воевать, а ладить с сородичами. Антропологи из Гарварда и Университета Дьюка предположили, что неотения у бонобо проявляется не только внешне. Эксперименты показали, что в раннем детстве детеныши шимпанзе опережают бонобо в развитии – они более внимательны и быстрее соображают. Ситуация выравнивается только к 10–12 годам. При этом, взрослея, шимпанзе становятся прижимистыми эгоистами, а бонобо на всю жизнь сохраняют щедрость и доверчивость. Сохранение ювенильных черт в комплексе со снижением агрессивности у бонобо очень напоминает результаты селекционного эксперимента с лисами генетика Дмитрия Беляева. Добродушные бонобо отличаются от шимпанзе примерно так же, как домашние животные – от диких. Только своим появлением неотеники бонобо обязаны не человеку, а естественному отбору. И это внушает оптимизм: даже природа иногда делает выбор в пользу того, кто отказывается от агрессии и заботится о ближнем. Детеныши бонобо, обнимающие друг друга в заповеденике Лола я Бонобо в Демократической республике Конго. Фото: Anup Shah, Getty Images bbcearth.com Половозрелая личинка обезьяны?! Идея о том, что человек – неотеническая обезьяна, обрела популярность еще в первой половине XIX века. В 1836 году французский зоолог Этьенн Жоффруа Сент-Илер (Etienne Geoffroy Saint-Hilaire) наблюдал за орангутанами и изучал их скелеты. Его поразило, насколько детеныш этого примата внешне и поведением напоминает человека и отличается от своих родителей. Выходит, предками Homo sapiens стали не обезьяны, а их недоразвитые отпрыски? Масла в огонь подлило изучение эмбрионов гориллы. Ведь они напоминают человека в еще большей степени и появляются на свет почти голыми с шевелюрой волос на голове… В то же время человек склонен сохранять детские черты. На уровне психологии – это сниженная агрессия, любознательность, любовь к играм и развлечениям. На уровне физиологии – затяжное детство: достигнув фертильности, он продолжает накапливать «взрослые» признаки. Последние зубы у нас появляются только к 30, к этому же времени на теле и лице вырастает больше волос, то есть организм продолжает «дозревать» уже после полового созревания. Вдохновленный всеми этими наблюдениями и открытием гормонов, век спустя голландский анатом Луи Больк (Lodewijk Louis Bolk) провозгласил человека половозрелой личинкой обезьяны, которая сформировалась благодаря ретардации – замедлению развития определенных черт. И привел этому массу доказательств, сравнивая человека с обезьяньим эмбрионом: недоразвитое плоское лицо без прогнатизма (выступающей области челюстей), позднее срастание костей черепа, отсутствие на нем надбровных дуг и затылочного гребня, положение затылочного отверстия, крупный мозг, строение многих внутренних органов, конечностей и, конечно, количество и расположение волос на теле (современная наука считает, что волос на нашем теле примерно столько же, сколько и у приматов, просто они значительно короче, тоньше и бледнее, чем у наших ближайших сородичей из дикой природы). Больк полагал, что неотения, связанная с активностью эндокринной системы, объясняет практически все, и был очень убедителен. По его мнению, всеми процессами в теле человека управляли гормоны, а их секреция, в свою очередь, зависела от рациона. Стоило предку человека начать есть мясо, как он тут же запустил в своем организме процессы ретардации. Возможно, выводы Болька не были бы столь категоричны, знай он, сколько пищи для размышлений ученым даст расшифровка человеческого генома. Но он не знал. Так как же это работает? Завершая рассказ о неотении, нужно отметить, что механизм, описанный Больком, исправно работает у рыб и земноводных. Головастики, которых кормят измельченной животной пищей, стремительно превращаются в лягушек. Гормон щитовидной железы, добавленный в воду, вызывает метаморфоз у аксолотля, и он перерождается в амбистому. Пониженный уровень тиреоидных гормонов – веское основание для возникновения неотении. Личинки камбалы с нарушением функции щитовидной железы всю жизнь продолжают плавать прямо и не становятся «настоящими» – лежащими на боку плоскими рыбами, с измененным типом питания и двумя глазами на одной стороне головы. Возможно, примерно так это работало у динозавров и птиц. И все же эволюция значительно сложнее, и отказ от взросления под воздействием гормонов – лишь один из факторов, влияющих на результат. Неотения способна запускать и многократно ускорять эволюционные процессы в периоды катастроф, когда мир вокруг становится менее приветливым, и единственный способ выжить – отказаться от высокой специализации, сделать полшага назад и «сохраниться на предыдущем уровне», в детстве.