Почему у людей нет жабр?

Примерно 375 миллионов лет назад забавно выглядящая рыба под названием Тиктаалик выбралась на берег, используя новые приспособления: лопастные плавники для передвижения по суше и воздушные мешочки в горле для вдыхания кислорода из воздуха. Тиктаалик, у которой были жабры, является самым ранним известным общим предком четвероногих.

За сотни миллионов лет четвероногие эволюционировали в бесчисленное количество видов, включая Homo sapiens. Итак, если люди произошли от рыб, почему у нас нет жабр?

Ответ: жабры должны оставаться влажными, чтобы работать, в них нет смысла для животных, которые живут на земле. Жабры имеют тысячи крошечных кровеносных сосудов, обеспечивающих легкий доступ кислорода к кровотоку. Когда вода переливается через жабры, кислород проникает внутрь, а углекислый газ выходит наружу, поясняет Крис Орган, биолог-эволюционист из Университета штата Монтана. Если бы у наземных животных были жабры, они бы быстро высохли, что сделало бы их неэффективным способом дыхания.

Наши человеческие легкие хорошо забирают кислород из воздуха и отправляют его в кровь через газообмен. Но легкие существовали задолго до перехода от моря к суше. "Легкие на самом деле удивительно примитивны с точки зрения эволюции", - рассказывает Нил Шубин, биолог-эволюционист из Чикагского университета, который был частью команды, обнаружившей ископаемое тиктаалика в 2004 году. Когда наши рыбообразные предки еще жили под водой, у них уже были легкие в дополнение к жабрам.

"Только рыбы с существующими легкими смогли выбраться на сушу и выжить. Если бы рыба без легких попыталась жить на суше, она бы умерла. Речь идет о наличии черт, которые развились по другим причинам, но затем позволило животному освоить новую среду обитания", - говорит Орган.

Точно так же ученые считают, что у наших рыбных предков развились руки для передвижения по дну океана, которые позже пригодились для поиска пищи и передвижения по суше. Вот тут-то и возник естественный отбор: поскольку эти структуры, похожие на руки, были полезны на суше, у животных в течение следующих нескольких миллионов лет развились более длинные конечности и кисти.

То же самое, вероятно, произошло и с легкими. Мягкие ткани, такие как легкие, плохо окаменевают, поэтому ученые не уверены точно, как развивались легкие человека. Но существующие данные свидетельствуют о том, что первые легкие сначала эволюционировали в простые легкие ящериц, а затем в разделенные легкие, характерные для млекопитающих. Примечательно, что у млекопитающих появилась диафрагма — мышца, регулирующая наше дыхание, — возможно, еще 300 миллионов лет назад.

И наоборот, структуры, которые больше не приносят пользы, часто исчезают. Со временем жабры уменьшились и стали доступны только молодым особям, пока в конечном итоге они полностью не исчезли у наземных животных в каменноугольном периоде около 315 миллионов лет назад, говорит Орган. Это было примерно в то время, когда начали эволюционировать первые рептилии и предки первых птиц и млекопитающих. 

Может возникнуть вопрос зачем примитивным рыба вообще были нужны легкие. Но, хотя жабры хорошо извлекают кислород из воды, они не всегда обеспечивают поступление большого количества кислорода, особенно для крупных животных, которым его требуется больше. Сезонные изменения также могут влиять на количество кислорода в воде. Например, если в воде много опавших листьев, они будут поглощать кислород. Итак, воздушные мешочки — примитивные легкие — позволяли рыбам заглатывать воздух над поверхностью, чтобы пополнить потребление кислорода. Современные двоякодышащие рыбы, которые существуют более 400 миллионов лет, демонстрируют именно такой механизм дыхания.

Но мы не потеряли жабры полностью. Человеческие эмбрионы обладают физической особенностью: крошечными складками, называемыми глоточными дугами, которые напоминают жабры. И хотя это не совсем жабры, они определенно являются пережитком древних жабр. На протяжении эмбрионального развития эти дуги становятся частями челюсти, горла и ушей. "Каждое существо, у которого есть голова, проходит стадию глоточной дуги", - поясняет Шубин. 

Водные виды, дышащие жабрами, тоже имеют эти дуги в эмбриональном развитии. Единственная разница в том, что дуги развиваются в настоящие жабры вместе с окружающими их костями, мышцами, нервами и артериями.