Как нам делали голову: что такое череп и как он сформировался
Голову, что так необходима нам на плечах, эволюция творила сотни миллионов лет. В дело шли и позвонки, и жабры, и чешуя. Череп то сливался в монолитную коробку, то превращался в подвижную ажурную конструкцию. Дальние наши предки умели слушать челюстью, фрагменты которой живут в среднем ухе homo sapiens. А начало этой захватывающей истории было положено в начале Кембрийского периода, примерно 540 млн лет назад.
После Докембрия с его странными многоклеточными организмами происходит эволюционный скачок, в результате которого появляются современные типы живых существ, в частности хордовые. От них и ведут свой род позвоночные. У примитивных хордовых, вроде благополучно дожившего до наших времен ланцетника, ни костного, ни хрящевого позвоночника, конечно, не было. Ему предшествовала спинная струна из плотной соединительной ткани. Этот гибкий тяж обеспечивал быстроту передвижения за счет волнообразных изгибов тела, создавая преимущество перед существами, возводившими вокруг себя внешний панцирь. Более резвые, но с виду практически беззащитные, хордовые тем не менее воплотили в себе самую «продвинутую» конструкцию и в итоге встали у истоков типа животных, представители которого окажутся в будущем истинными хозяевами планеты.
Голова — потомок позвоночника
На смену спинной струне впоследствии пришел простейший хрящевой позвоночник, в функции которого входила защита идущего вдоль спины спинного мозга. Он состоял из позвонков в виде хрящевых колечек. А кстати, к чему такая дробность? Ответ на этот вопрос легко получить, если вспомнить, что в основе строения позвоночных (равно как, например, и червей) лежит сегментация, то есть повторение в конструкции организма неких стандартных блоков, элементов. Такой принцип конструирования весьма важен в природе, так как позволяет удлинять тело, лишь добавляя стандартные элементы. Это явление называется известным из химии термином «полимеризация». Случается и обратный процесс, носящий название олигомеризации. Он заключается в сращивании элементов для создания более компактной конструкции живого существа. Именно благодаря олигомеризации у позвоночных, собственно, и появилась голова с черепной коробкой.
Сначала у примитивных позвоночных спинной нервный тяж имел равномерную сегментацию. От каждого позвонка, заключавшего в себе сегмент головного мозга, отходила пара нервов. Пара, отходившая от самого переднего позвонка, стала обонятельной, вторая пара получила зрительную функцию, третья — слуховую. Необходимость перерабатывать большое количество сигналов, исходящих от органов чувств, привела к утолщению трех передних сегментов спинного мозга и слиянию их в головной мозг. Слились и хрящевые позвонки, окружавшие эту важнейшую часть нервной системы, в результате чего возникла так называемая мозговая капсула. Именно она стала прообразом черепной коробки. Таким образом, головной мозг и череп произошли от части спинного мозга древнего хордового и окружавших его хрящевых позвонков. И даже человеческая голова в эмбриональном развитии показывает деление мозга и черепа на сегменты, из которых они когда-то развились.
Челюсть, зубы, чешуя…
У примитивных позвоночных (вроде всем известной миноги) хрящевая коробка защищает органы чувств и головной мозг. Минога относится к круглоротым — ртом с кольцевой мышцей животное втягивает в себя питательную органику из придонного ила. Никого схватить или укусить своей «пастью» оно не в состоянии, и понятно почему — у ранних позвоночных нет и не было челюсти. Ее появление, как это ни странно, связано с развитием дыхательной функции. Уже у ранних рыб возникают хрящевые жаберные дуги, позволяющие более активно управлять открытием и закрытием жаберных щелей. Появляются у них и хрящевые челюсти. Причем, как удалось доказать ученым, подвижная нижняя челюсть есть не что иное, как передняя жаберная дуга, которой природа нашла новое применение. Воображаемый конструктор (как это почти всегда бывает в природе) оказался крайне экономным и не только сотворил той же акуле челюсть из жаберной дуги, но и натянул на нее кожу, острые чешуйки которой, попав в ротовую полость, увеличились в размерах и превратились в зубы. Благодаря технологическим новациям позвоночные из безобидных рыбообразных существ типа ланцетника превратились в господствующих в воде животных, стоящих на вершине пищевой пирамиды.
Забегая несколько вперед, стоит заметить, что появившийся в будущем у рыб, амфибий, рептилий, птиц и млекопитающих костный скелет формировался в ходе эволюции из двух разных источников, первым из которых стали хрящи, а вторым — кожа. История развития челюсти хрящевой рыбы как раз и показывает, как именно это происходило.
Из воды — на выход!
Череп даже костных рыб состоит из множества отдельных костей, связанных меж собой весьма рыхло. На другом конце эволюционной цепочки — сплошной череп homo sapiens — к старости у нас зарастают даже швы между костями. Однако за сотни миллионов лет, прошедших с тех пор, как на сушу выбрались первые амфибии, до начала господства млекопитающих природа активно экспериментировала с черепами позвоночных, предлагая разнообразные конструкции. Переход к жизни на суше не мог обойтись без серьезных изменений в строении животных, и голова играла здесь не последнюю роль. Относительно объемный мозг, черепная коробка — все это отныне приходилось держать на весу, практически без помощи архимедовой силы, которая была хорошим подспорьем в водной среде.