Дина Эмера – Женщина. Эволюционный взгляд на то, как и почему появилась женская форма (страница 12)
Но обезвоженные яйца были не единственной проблемой, коже древних амниотов тоже пришлось адаптироваться. Поскольку первоначально через кожу уходило много влаги, постепенно амниоты добавили в ее структуру волокнистый белок кератин, который действовал как защитное и герметизирующее средство (вот почему кератиновое лечение волос так популярно). Птицы и рептилии развили в себе еще более прочные кератины, из которых образовались чешуйки, отлично удерживающие влагу внутри тела. Но это не входило в планы нашей ветви амниот – нам не хватает этих дополнительных специализированных молекул кератина, необходимых для образования чешуек. Вместо них у нас развились новые типы кожных желез – на основе простых кожных желез амфибиоподобных животных, о которых я говорила ранее. Помимо водянистых выделений, эти новые железы выделяли вещества, которые помогали сделать кожу водонепроницаемой. Скорее всего, это были маслянистые и воскообразные субстанции.
Офтедал особо выделяет одну железу – апокринную потовую. На нашем теле – в области подмышек и паха и на голове – имеется множество апокринных потовых желез. Они выделяют маслянистый пот (в отличие от эккриновых потовых желез, которые производят разбавленный водянистый пот). Апокринные потовые железы часто связывают с сальными железами (которые вырабатывают более маслянистое вещество, кожное сало, у некоторых людей из-за него появляются прыщи). Апокринные железы вырабатывают секрет особым образом: пот выделяется в маленьких жировых мешочках, отпочковавшихся от клеток железы. Это похоже на то, как молочная железа выделяет молочные жиры. Основные структуры апокринных и молочных желез также схожи (слой секретирующих клеток накрывает слой мышечных клеток, которые сокращаются, чтобы помочь железе выгрузить свои продукты). Учитывая эти сходства, Офтедал предполагает, что апокриноподобная потовая железа была предшественником молочной железы. И его идею подтверждают утконосы, самые «примитивные»[42] на сегодняшний день млекопитающие, у которых молочные железы связаны с сальными железами.
Первоначально эти потовые и сальные железы выделяли вещества, которые смазывали и защищали кожу и яйца предшествовавших млекопитающим амниот, этот секрет мог также содержать некоторые антибактериальные ингредиенты, предохраняющие от инфекции. Возможно, выделения способствовали и терморегуляции – мы знаем, что древние амниоты постепенно стали теплокровными и начали выделять пот, помогающий поддерживать постоянную температуру тела. Все это звучит логично и дает нам представление об эволюции амниот, но при чем здесь молоко? Современная генетика дает ответ на этот вопрос.
Как и в случае с молоком, основная задача амниотического яйца – питание развивающихся детенышей, и мы знаем, какие гены в этом замешаны. Давайте снова поговорим о курином яйце. Оно необходимо, чтобы обеспечить эмбрион пищей, большая часть которой находится в желтке. Желток содержит белки, жиры и даже некоторые углеводы, а также необходимые минералы, такие как фосфор и кальций (как и молоко). Один из самых важных протеинов в желтке – вителлогенин. Вырабатываемый в печени кур, он является важным источником белка, а также привносит в желток множество других питательных веществ. Ученые просканировали геномы живых амниот и обнаружили три гена вителлогенина. У рептилий и птиц, чье потомство все еще зависит от яичного желтка, эти гены отлично себя чувствуют. Но у млекопитающих гены вителлогенина постепенно утратили свою функцию. Утконос, откладывающий яйца, в которых есть желток (но не так много, как у птицы и рептилии), имеет только один функционирующий ген вителлогенина. У сумчатых и плацентарных млекопитающих, которые вообще не полагаются на желток для питания своих детенышей, этого гена нет. Единственное свидетельство наличия вителлогенина в геномах сумчатых и плацентарных – это сломанные кусочки этих древних и ныне исчезнувших генов.
Эти гены остались бы с нами, если бы предки млекопитающих не нашли другой способ кормления развивающихся зародышей. Поговорим о генах казеина. Казеин – один из самых распространенных белков в грудном молоке (он также есть в творожке, который ела маленькая мисс Маффет из детской песенки[43]). Как и вителлогенин, казеины являются важным источником белка и также содержат фосфор и кальций, необходимые для развития эмбриона. Хотя казеиновые белки встречаются только у млекопитающих, они принадлежат к гораздо более обширному и древнему семейству белков, участвующих в регуляции кальция в костях. Таким образом, казеины, вероятно, впервые возникли в результате дупликации и специализации одного из тех древних генов, регулирующих кальций. У млекопитающих есть три гена казеина, и
Что мы знаем о предках млекопитающих? Они откладывали яйца со скорлупой, похожей на пергамент, и смазывали их и свою кожу маслом и по́том для водонепроницаемости. Изучение окаменелостей показало, что тела и яйца наших предков становились меньше по размеру по мере того, как они переходили к теплокровности. Скорее всего, прямые предки млекопитающих вели ночной образ жизни, питались насекомыми и были такими же маленькими, как мыши или крысы. Чем меньше животное, тем меньше яйцо, которое оно откладывает, но в маленьком яйце может быть недостаточно желтка для развития теплокровных эмбрионов. Казеины могли бы решить эту проблему. Если бы потовые железы начали выделять казеины и другие необходимые питательные вещества (например, кальций), этот секрет мог бы проходить через проницаемую яичную скорлупу к развивающемуся внутри эмбриону.
Если наполненный питательными веществами секрет полезен для эмбриона, он наверняка подойдет и для вылупившихся детенышей. Скорее всего, детеныши наших предков вылуплялись все раньше и менее развитыми, потому что размер яиц становился меньше. Первоначально, вылупившиеся детеныши просто слизывали выделения с животов своих мам, как это делают сегодня маленькие утконосы. Но со временем у предков сумчатых и плацентарных млекопитающих появились соски, для более безопасного способа передачи молока ребенку. Лужица молока на животе мамы – слишком хорошая среда для развития бактерий, которые могли навредить малышу, именно по этой причине мы всегда убираем молоко в холодильник.
Казеин – лишь один из множества уникальных ингредиентов, содержащихся в грудном молоке. Офтедал объясняет, как они появились. Белок, который необходим для производства лактозы, одного из основных сахаров в молоке, напоминает древний антибактериальный белок, который более 350 миллионов лет назад секретировался кожными железами ранних наземных обитателей, похожих на амфибий. Ген этого антибактериального белка продублировался и начал изменяться очень давно (около 300 миллионов лет назад, как и гены казеина). Возможно, так возник первый молочный сахар. Поскольку казеин и другие питательные вещества начали передаваться ребенку непосредственно из кожных желез матери, потребность в генах вителлогенина и в желтке уменьшалась, и постепенно они исчезли совсем.
Такое объяснение эволюции молочной железы довольно упрощено, есть детали, которые я не упомянула, а еще есть моменты, которые не до конца изучены. Ведь апокринная потовая железа – довольно простая железа, и на пути превращения в молочную железу она должна была стать основой более сложной древовидной структуры развития. Но «многочисленные последовательные» шаги к развитию лактации уже не кажутся такими уж невозможными.
Подводя итог, можно сказать, что наша грудь, скорее всего, изначально представляла собой простые потовые железы, которые смазывали и защищали кожу и яйца наших предков от влаги и микробов. После дупликации и специализации определенных генов (казеинов) к поту постепенно добавлялись питательные компоненты, которые сначала передавались эмбриону в яйце, а затем непосредственно вылупившимся детенышам. С появлением сосков передача молока стала более безопасной, ведь молоко доставлялось свежим и чистым. После того как основный состав молока сформировался, разные виды млекопитающих начали изменять рецепт, чтобы удовлетворить особые потребности своих новорожденных.
Молочные железы и лактация, несомненно, сыграли важную роль в эволюционном успехе млекопитающих. Но как только начался этот сокровенный обмен между матерью и ребенком, начал зарождаться и генетический конфликт. Во введении я рассказывала, что у матерей и детей нет одинаковых эволюционных интересов, поскольку их набор генов не идентичен. В седьмой главе, посвященной раннему материнству, мы увидим, что процесс грудного вскармливания – отличное поле для проявления такого конфликта.
Если бы я выстроила в ряд сотню взрослых самок млекопитающих, вы бы сразу обратили внимание на множество различий между ними. Некоторые млекопитающие совсем крошечные (самое маленькое – свиноносая летучая мышь, длина которой от двух с половиной до пяти сантиметров, а вес не превышает 2 граммов), а некоторые – просто огромные (самое крупное – самка синего кита, длиной 30 метров и весом 180 тонн, кстати, мама-кит производит более 650 литров молока в день для своего детеныша). Вы бы точно заметили удлиненную морду гигантского муравьеда, оранжевые и черные полосы на тигрице, шипы и клюв ехидны. Но черта, которую мы обсуждали в этой главе, осталась бы незамеченной. У большинства млекопитающих грудь не видна, за исключением небольшого набухания во время беременности и кормления, различия во внешнем виде грудей разных видов оставим в стороне. Но есть одно исключение – люди. Женская грудь – такая же отличительная черта, как морда муравьеда или полоски тигра.