Слоны не потеют
Крайне интересный пример того, как животные борются с жарой в саванне, — слон. В зоопарке вы наверняка видели, как он поливает себя водой с помощью хобота. Это, друзья, не развлечение, а необходимость. Ведь слона проблема перегрева волнует, пожалуй, больше, чем любое другое млекопитающее, живущее в жарком климате, прежде всего из-за его огромных размеров. Слон, по сути, — ходячий аккумулятор тепла. А еще у слонов, представьте себе, нет потовых желез. Вообще. Как охлаждаться-то — в саванне, где температура достигает +50 °C? Слон старается как может — поливает себя водой, валяется в грязи, прячется по возможности в тень, изо всех сил машет огромными ушами-радиаторами, испаряет влагу благодаря дыханию и через кожу. Да, хотя слон не может потеть, через кожные капилляры он способен выделять немалое количество воды. В 1984 году исследователи измерили эту способность слоновьей кожи на живом слоне в зоопарке Уганды. С этой целью к слоновьим ушам и другим частям тела прикладывали специальное устройство, фиксирующее количество выделяющейся жидкости. Исследователи пишут, что при всем дружелюбии животного провести измерения было непросто. Однако в результате получилось, что со всей поверхности кожи слон при температуре воздуха +25 °C выделял в среднем 2,5 л воды в час, или больше 200 г с квадратного метра кожи. Это очень много — у человека при той же температуре с той же площади выделяется всего 7 г воды (в таких условиях в состоянии покоя у людей активного потения не происходит, так что речь не о работе потовых желез, а о диффузии воды через кожу).
Исследователи рассчитали, что такого количества испаряющейся влаги слону достаточно, чтобы избавиться от трех четвертей лишнего тепла. Надо только регулярно пополнять запасы жидкости, и слон не забывает это делать, выпивая ежедневно до 150 л воды.
Но почему я вспомнил про слонов? Слоны, как и человек, почти безволосы, но не совсем — их тело, включая уши, покрыто редкими короткими (в среднем 20 мм в длину) волосками. Зачем они нужны? Для осязания, для защиты от паразитов? Может быть. Однако есть еще одна гипотеза: волосы способствуют охлаждению. Посудите сами: редкие волоски не препятствуют обдуванию кожи ветром, не формируют изолированного слоя воздуха, т.е. не работают как теплоизолятор. Напротив, каждый волос играет роль слоновьих ушей «в миниатюре»: увеличивает площадь контакта тела с окружающей средой и отдает тепло в атмосферу более эффективно, чем кожа без волос. Представим для простоты, что волос перпендикулярен телу. Скорость потока воздуха у его кончика, на некотором удалении от слона, будет чуть выше, а температура этого воздуха ниже, чем у поверхности кожи, а это означает более интенсивную конвекцию.
Исследователи посчитали, что если плотность волос 1500 на м2 — примерно как у среднестатистического слона, то при некоторых условиях теплоотдача может возрасти на 23% по сравнению с безволосой кожей. Разница наиболее значительна, когда скорость ветра мала. В самой скверной для слона ситуации, когда ветерок почти не обдувает его, волосы приходят на выручку.
Кожа предка современных хоботных, вероятно, скрывалась под шерстью. Как и древние гоминины когда-то, слоны полысели, и нынешние редкие волоски лишь напоминают о былом величии. То, что шерсть не исчезла у слонов целиком, говорит о пользе, приносимой волосами их лопоухим хозяевам, и описанное исследование проясняет, какого рода эта польза. В результате мы не только уточняем детали слоновьей биографии, но и в принципе получаем ответ на вопрос: зачем шерсть развилась у предков современных млекопитающих. Не исключено, что поначалу редкие, не образующие сплошного покрова волосы не согревали, а напротив, охлаждали зверьков, обитавших в мире, существенно более теплом, чем наш. Быть может, в этом функция волос и у многих современных зверей, населяющих жаркие края. Сходный результат, кстати, ученые получили, исследуя волоски на листьях растений и иглы кактусов. Кактусам тоже нужно охлаждаться! Почему-то в статье про слоновьи волосы ни разу не упомянут человек, а ведь идея прямо-таки готова сорваться с языка: остаточный волосяной покров у людей помогал им спасаться от жары в саванне. Надо бы гипотезу проверить так же, как проверяли на слонах. Я думаю, на человеке это сделать проще.
Осталась пара менее популярных гипотез о причинах исчезновении шерсти, которым не хочется посвящать отдельную главу, но и не упомянуть их нельзя. Первая была выдвинута антропологом Джоном Ранульфом де ла Марретом в 1935 году. Своей идее он даже посвятил книгу «Раса, пол и окружающая среда», а суть ее сводилась к тому, что человеческой эволюцией движет нехватка минеральных веществ. Замечено, что у домашних животных при недостатке йода начинают выпадать волосы. Очевидно, и шерсть у наших предков исчезла из-за дефицита йода. Прародину человека антрополог искал где-то в Центральной Азии (для 30-х годов прошлого века — вполне правдоподобное место). Там, писал Маррет, в четвертичный период выросли молодые горы — Гималаи. Туда, выше линии лесов, прочь от высокой конкуренции с лесными обитателями ушла небольшая группа человекообразных обезьян. Не очень понятно, чем они там питались, вероятно, некой растительностью, произрастающей на бедной высокогорной почве. Здесь, в условиях йододефицита, обезьяны стали меняться: от нехватки минеральных веществ у них укоротились руки, уменьшились челюсти, а размеры тела выросли. Кстати, из-за этого — коротких рук и крупных размеров — обезьяны уже не могли лазить по деревьям и стали ходить на двух ногах. Пришлось избавиться и от такого излишества, как волосы: ведь они растут постоянно, а значит, требуют много ресурсов, в том числе тиреоидных гормонов (эти гормоны, производимые щитовидной железой, необходимы для роста организма, а для их синтеза нужен йод). Лучше бросить гормоны на развитие мозга. Шерсть быстро повылезла, а заросли на голове стали длинными и грубыми — чем длиннее волосы, тем меньше их требуется на единицу площади, и таким образом тоже экономится йод!
Кто первым высказал следующую гипотезу, мне неизвестно, но кратко ее излагает зоолог Уильям Стефенсон. Замечено, что у птиц-падальщиков (грифов, марабу) голые, неоперенные шея и голова. Видимо, так проще копаться в мертвой туше: перья бы постоянно пачкались, а тут отряхнулся и полетел искать следующую добычу. Аналогия очевидна. Когда-то наши предки были падальщиками, ведь древним Homo не под силу охотиться на крупных животных — не было для этого ни физической силы, ни эффективных орудий. Не гоняться же за антилопой по саванне с расколотой галькой в руке? Вот и подъедали наши далекие предки за хищниками или, может быть, отбирали у них добычу.
Надо сказать, что концепция падальничества — не просто фантазии, она основана и на археологических данных, и на анализе поведения современных хищников и падальщиков. Так что, хотя у падальнической гипотезы много противников, стоит относиться к ней серьезно.
Так вот, копание в разлагающихся тушах и привело к исчезновению шерсти. Налипшее в волосах гниющее мясо — это так негигиенично! Можно возразить, что у многих млекопитающих-падальщиков с шерстью все о’кей, но, может быть, поведение наших предков отличалось от пищевой стратегии нынешних гиен. Вероятно, ранние Homo забирались в мертвую тушу целиком, раз шерсть исчезла не только на руках, но и на всем теле. Такая вот неаппетитная гипотеза. Есть, правда, серьезный контрдовод: самая волосатая область у мужчин находится почему-то вокруг рта…
Автор еще одной гипотезы, японский биолог Шизуйо Сутоу, считает, что волосяной покров исчез у гоминид случайно и практически мгновенно в результате некой мутации (как это происходит у собак и кошек), но последствия этой мутации оказались революционными. Именно данное событие запустило весь антропогенез. Объясняю, каким образом: у большинства обезьян детеныш держится за шерсть матери и висит у нее на животе или на спине, так что самка может спокойно кормиться даже высоко в кроне деревьев, не боясь потерять своего отпрыска. Но шерсть исчезла, и мамаше пришлось удерживать дитя руками (здесь «гипотеза голой любви» Джеймса Джайлса вывернулась наизнанку. Если вы не забыли, у Джайлса шерсть исчезла вследствие того, что детеныша надо было держать на руках). Руки заняты, и матери пришлось встать на две ноги. До этого древние человекообразные иногда перемещались по ветвям на задних конечностях, но теперь самкам пришлось делать это постоянно. Функции рук и ног окончательно разделились, а мать стала больше внимания уделять своему чаду. В свою очередь, о беззащитной самке (руки-то заняты) пришлось заботиться самцу. Чтобы удержать партнера, его нужно постоянно соблазнять — теперь самка весь год готова к спариванию, а самец таскает ей и детенышу пищу. Для большей эмоциональной привязанности гоминины стали практиковать секс лицом к лицу. Парные связи упрочились, и возникла «протосемья». Кстати, известно генетическое заболевание, при котором недоразвиваются волосы, а также зубы и потовые железы — эктодермальная дисплазия. Возможно, мутация, поломавшая наш волосяной покров, изменила и систему потоотделения, что помогло человеку жить в саванне. В холодные ночи безволосые гоминины прижимались друг к другу, чтобы согреться, — как современные японские макаки. Так отсутствие волос способствовало подъему духа взаимовыручки. В 2013 году Сутоу развил свою гипотезу. Есть два пути увеличения мозга у гоминин: во-первых, можно рожать детенышей с большой головой, но такой младенец не пролезет через узкие родовые пути. Во-вторых, можно производить на свет не до конца сформировавшихся детей, мозг которых будет продолжать активно расти после рождения. Отсутствие волос открыло дорогу второму варианту: поскольку детенышу не нужно держаться за шерсть, стало возможным рожать недоразвитых беспомощных младенцев. Так исчезновение шерсти открыло перспективу для дальнейшего роста мозга…
Последняя мысль, между прочим, получила продолжение в недавней работе других авторов, которые предположили, что исчезновение волос само по себе стало мощным стимулом для увеличения мозга человека. Наша кожа — это огромный осязательный орган, она нашпигована всевозможными рецепторами, реагирующими на прикосновения, перепад температур, колебания воздуха, даже на свет. И значительная часть этой информации должна обрабатываться центральной нервной системой. Но кожа реагирует не только на механические воздействия, а также и на эмоции; контакт с ней создает ощущение близости, помогает сопереживать, т.е. наша кожа участвует в межличностном общении и т.д.
Я думаю, вы уже догадались, в чем идея. Под плотной шерстью кожные рецепторы «скучали», но, когда этот волосяной барьер исчез, на «голую обезьяну» обрушился поток сенсорной информации, которую требовалось обрабатывать. Чтобы справиться с возросшим объемом поступавших извне сигналов, и понадобился рост мозга.
Хотелось бы, конечно, проверить эту красивую гипотезу экспериментально, но как? Было бы здорово, если бы мы могли, например, оценить размер потока сигналов, принимаемых мозгом от покрытых волосами и от голых участков кожи человека. Скажем, с макушки и со лба. В чью пользу будет перевес? Как вы помните, волосы, по крайней мере редкие, вовсе не обязательно препятствуют чувствительности.
Авторы гипотезы не предлагают провести такие эксперименты, но ищут аналогии в животном мире. Скажем, осьминог — у него большая площадь очень чувствительной кожи и при этом самый крупный мозг среди беспозвоночных, а также развитый интеллект. Еще более яркий пример — гнатонем, или рыба-слоник. Это животное выработало уникальную систему электролокации: вытянутая в виде хоботка нижняя губа гнатонема производит слабые электрические импульсы, а их отражение от окружающих предметов рыбка воспринимает с помощью электрорецепторов, расположенных в коже. Таким образом слоник хорошо ориентируется в мутной воде. Вторая удивительная особенность гнатонема — чрезвычайно крупный мозг. У нильского слоника Gnathonemus petersii масса мозга составляет более 3% массы тела (для сравнения: у человека — примерно 2%… Правда, сама рыбка очень маленькая, всего 6 г). Еще удивительнее цена такого мозга для рыбки: если мозг человека потребляет до 20% всего получаемого телом кислорода, у нильского слоника эта цифра достигает немыслимых 60%. Исследователи полагают, что крупный и энергоемкий мозг требуется рыбке для обслуживания электросенсорной системы, включающей часть кожи животного. Как вам такая аналогия с человеком? Наконец, нельзя не вспомнить китообразных, у которых большой мозг сочетается с безволосой кожей. Почему же авторы не упоминают голых землекопов? Вероятно, потому, что эти странные зверушки, несмотря на почти полностью лишенную волос кожу, не отличаются мозговитостью даже в сравнении с другими представителями своего семейства, не говоря уже о прочих млекопитающих. Правда, можно назвать немало факторов, которые препятствовали увеличению мозга у голых землекопов. И если бы эволюция пошла по другому пути, кто знает… (см. следующую главу).
Логичные, обросшие аргументами гипотезы. Их количество, честно говоря, настораживает. Такое впечатление, что мы имеем дело с неким логическим конструктором, элементы которого можно тасовать, не нарушая общей стройной картины. Этому логическому скелету очень не хватает мяса — фактов. Конечно, некоторые из гипотез не прошли проверку временем — скажем, сейчас мы знаем, что эволюция наших предков происходила далековато от Гималаев. Другие кажутся вполне респектабельными — по крайней мере, не более причудливыми, чем мейнстрим, если здесь уместно такое слово.
А почему бы нам не попытаться добавить огоньку — предложить что-нибудь свое?
