Джереми Тейлор - Здоровье по Дарвину: Почему мы болеем и как это связано с эволюцией
Заинтересовавшись идеей симметрии, французские исследователи Доминик Рузье и Ален Бертоз сделали одно интересное открытие – а именно, они обнаружили у детей со сколиозом проблемы с внутренним ухом и сопряженные с этим вестибулярные нарушения. Эти дети испытывают трудности с равновесием, и им требуется больше времени, чтобы научиться ходить и ездить на велосипеде. Поскольку человеческая ходьба и бег представляют собой процессы постоянного «управляемого» падения с балансированием на одной ноге, они требуют хорошего чувства равновесия. Неудивительно, что Рузье и Бертоз также обнаружили нарушения в мозолистом теле, сплетении нервных волокон, соединяющем левое и правое полушария головного мозга. У детей со сколиозом, которых они протестировали, эта аномалия приводила к нарушению подаваемых головным мозгом команд «право/лево». Другие исследователи обнаружили у людей, страдающих сколиозом, асимметрию в размере других областей мозга.
Используя магнитно-резонансную томографию, Рузье и Бертоз измерили черепные и лицевые кости у детей со сколиозом и обнаружили значительную асимметрию в расположении левой и правой глазниц, а также в развитии носовой перегородки, челюстей и скул. В свою очередь, челюсти и скулы связаны с базикраниумом, нижней частью черепа, где находятся мозжечок (который также оказался асимметричным) и костные лабиринты внутреннего уха. Когда последние деформируются, объясняют исследователи, это может привести к асимметрии в передаче информации от отолитов (крошечных твердых образований, которые находятся в заполненном жидкостью внутреннем ухе и воздействуют на сенсорные клетки, реагирующие на силу тяжести и ускорение) в систему, отвечающую за положение тела, – что также негативно отражается на равновесии. В частности, они предполагают, что такие аномалии полукружных каналов костного лабиринта приводят к искажению сигналов, поступающих в вестибулоспинальный тракт (часть моторной нервной системы, отвечающая за координацию движений). Вестибулоспинальный тракт соединяет ствол мозга через спинной мозг с мышцами конечностей и туловища. Например, его повреждение вызывает нарушения походки, что также часто встречается у людей со сколиозом. Эти асимметричные аномалии, проявляясь в период быстрого роста, когда позвоночник становится очень пластичным, легко могут запустить процесс образования бокового изгиба.
Кэролайн Голдберг, в прошлом работавшая в ортопедическом отделении Детской больницы пресвятой Богородицы в Дублине, провела собственные измерения у детей, страдающих сколиозом. Опираясь на ряд параметров, она сравнила их левые и правые ладони (этот метод называется дерматоглификой ладоней) и обнаружила значительные различия. Феномен, измеряемый этим методом, называется флуктуирующей асимметрией. Под флуктуирующей асимметрией понимают, как правило, незначительные отклонения морфологических признаков организма от идеальной билатеральной симметрии, являющейся фундаментальным свойством стабильного эмбрионального развития. Некоторые организмы, или люди, в процессе своего развития более чувствительны к факторам внешней среды, которые могут нарушить этот процесс и привести к отклонению различных анатомических параметров от билатеральной симметрии. Голдберг ссылается на исследование, проведенное немецкими учеными в начале 1990-х годов, которое показало, что девочки имеют более высокую степень флуктуирующей асимметрии, чем мальчики. Как замечает Голдберг: «Мои слова о том, что девочки менее стабильны, чем мальчики, всегда вызывают смех!» Голдберг сопоставила графики нестабильности развития у девочек и мальчиков с их скоростью роста и обнаружила, что девочки подвергаются вдвое большему риску, поскольку они начинают интенсивно расти как раз в тот период (в возрасте двенадцати-тринадцати лет), на который приходится пик нестабильного развития. У мальчиков интенсивный рост начинается позже. Хотя другие исследователи подвергли ее идеи критике, Голдберг утверждает, что это позволяет объяснить значительно более высокую распространенность сколиоза у девочек по сравнению с мальчиками. Девочки-подростки также имеют незрелый скелет и обычно бывают очень высокими для своего возраста – как Розалинда Джана.
Майк Адамс согласен с тем, что интенсивный рост девочек-подростков играет важную роль в развитии сколиоза. Мы знаем, говорит он, что деминерализованные кости – которые мы видим у страдающих остеопорозом пожилых женщин – деформируются под воздействием нагрузок. Такие же недостаточно минерализованные кости мы видим и у девочек-подростков. Бурный рост в этом возрасте опережает способность их организма снабжать кости достаточным количеством минералов. В таком состоянии позвонки могут деформироваться со скоростью в долю градуса каждые несколько часов.
Хотя для дальнейшего прояснения этого вопроса требуется больше исследований, очевидно, что в основе сколиоза лежат гены и асимметрия. Местные факторы, такие как неравномерные центры роста в позвонках, нарушения нервной системы вдоль позвоночного столба, слабые мышцы, неэластичные связки, – по отдельности или в любой комбинации могут усиливать эти фундаментальные асимметрии, приводя к развитию полномасштабного сколиоза.
Почему у животных не бывает сколиоза? Возможно, здесь замешана сила тяжести. При вертикальном положении позвоночника сила тяжести усиливает любую асимметричность в структуре позвонков, дисков и мускулатуры. Или причина может быть в том, замечает Голдберг, что естественный отбор гораздо менее снисходителен к сколиозу у четвероногих. «Только представьте себе гепарда со сколиозом сорок градусов, который пытается преследовать газель!» – шутит она. У человека даже при искривлении тридцать градусов спина остается такой же сильной, как нормальная прямая спина, и у женщин совершенно не препятствует родам. Такая спина не мешает даже устанавливать мировые рекорды в спорте – Усэйн Болт имеет врожденный сильный сколиоз. Ричард III, несмотря на свой искривленный на семьдесят градусов позвоночник, славился воинской доблестью и мастерством, пока в сражении на Босвортском поле ему не раскололи мечом череп. Был ли его разум столь же искорежен, как и его спина, остается предметом жарких академических споров. Как поэтически выразилась Розалинда Джана, которая в буквальном смысле перенесла на своей спине все трудности подросткового возраста: «Главное, что у меня есть хребет. Пусть он неровный, но он очень сильный».
Внимательный взгляд на эволюцию нашего скелета позволяет нам увидеть различие между реальными издержками эволюции прямохождения и гениальными компромиссами, найденными эволюцией в попытке совместить несовместимые требования. Но есть одна область, где эволюционная биология стала мощным инструментом для исследования проблемы, с которой сталкиваются все больше людей в современном мире, – это беговые травмы.
Дэн Либерман, профессор в области эволюционной биологии человека в Гарвардском университете, очень любит бегать. Он никогда не был выдающимся бегуном, но начиная со студенческих лет регулярно, три раза в неделю, пробегает по несколько миль вдоль берега реки Чарльз и по окраине городка Кембридж, штат Массачусетс, находящегося рядом с кампусом Гарвардского университета. Дэн бегает босиком, будучи апологетом моды на «естественный бег», возникшей под непосредственным воздействием эволюционных представлений. В какой-то момент Либерман заинтересовался вопросом, когда именно наши предки превратились в умелых бегунов и какие особенности скелета и мускулатуры позволили им развить эту способность. Вместе с коллегами Дэннисом Брамблом, Дэвидом Рейчленом и др. он установил, что человек прямоходящий (Homo erectus), который первым переселился в африканские саванны около 2 миллионов лет назад, был первым гоминином, овладевшим навыком эффективного бега.
Биомеханика говорит, что способность тела сохранять устойчивое положение – равновесие – имеет при беге первостепенное значение. Вот почему у нас такие массивные ягодицы – стабилизация туловища обеспечивается за счет сокращения больших ягодичных мышц, которые впервые значительно увеличились в размере у человека прямоходящего. Есть свидетельства того, что полукружные каналы внутреннего уха, играющие важнейшую роль для поддержания равновесия и определения ускорения и угла наклона вперед, также появились в развитой форме у человека прямоходящего. Однако, говорит Либерман, во время бега пятка сообщает голове такой быстрый и сильный импульс наклона вперед, что это могло бы легко перегрузить вестибулярный аппарат, если бы не еще одно гениальное решение – уникальная система демпфирования, которую эволюция создала путем разделения нашей головы и плеч таким образом, чтобы они могли действовать как связанные массы. У шимпанзе голова и плечи жестко соединены друг с другом мощными трапециевидными мышцами, приспособленными для лазания по деревьям, но у человека прямоходящего и у современных людей трапециевидные мышцы существенно уменьшились в объеме и стали присоединяться к выйной связке – идущей от затылочной кости к шейным позвонкам, – которая также впервые появилась у человека прямоходящего. Либерман объясняет: «Когда вы бежите, вы машете руками в направлении, противоположном ногам; при этом масса вашей руки сопоставима с массой головы. Та же инерциальная сила, которая заставляет вашу голову наклоняться вперед, одновременно заставляет вашу руку, которая в этот момент находится сзади, падать вниз. Наши эластичные трапециевидные мышцы вместе с выйной связкой создают механическую тягу между падающей вниз рукой и головой, которая стремится упасть вперед, благодаря чему рука тянет голову назад, не давая ей падать вперед. Это гениально!»
