О чем свидетельствуют рудименты и атавизмы
Зубы, хвосты и отростки: что такое атавизм и рудимент?
Александра Иваницкая
Что общего у зубов мудрости, копчика и сосков у мужчин? Все они достались человеку «на сдачу» в процессе эволюции, но в современных реалиях особенной функциональностью не отличаются. По-другому они называются рудиментарными органами, но часто их по ошибке называют «атавизмами». Рассказываем, в чем разница между этими двумя терминами на примерах.
Рудимент или атавизм?
Для того, чтобы ощутить разницу, достаточно взглянуть на определения.
Рудимент — это поистрепавшееся в процессе эволюции генетическое наследство. Когда-то, сотни тысяч лет назад, нынешние рудиментарные органы действительно неплохо помогали человеку (а также другим животным) жить и размножаться, но по мере развития мира и технологий, необходимость в этих частях тела отпала.
Зубы мудрости
Раньше они действительно помогали человеку пережевывать более жесткую пищу, но на сегодняшний день они помогают поддерживать благосостояние стоматологических клиник.
Аппендикс
Он тоже активно работал, пока человек питался всем, что ниспошлет ему мать-природа, но по мере того, как человек научился обрабатывать пищу, необходимость в нем отпала. Однако современные исследования выяснили, что червеобразный отросток не так бесполезен, как кажется на первый взгляд. В нем производятся ферменты для пищеварения, а также выделяются гормоны, отвечающие за нормальное сокращение мышц желудочно-кишечного тракта.
Копчик
То, что миллионы лет назад было полноценным хвостом у древних предков.
Также к рудиментам относят соски у мужчин, ушные мышцы (благодаря ним человек может шевелить ушами), «мурашки», остатки «третьего века», которое раньше было мигательной перепонкой.
Атавизм же — это орган или особенность организма, которая не проявлялась у ближайших предков, но проявлялась у дальних.
Проявление атавизмов возможно благодаря активации «спящих генов», которые человек также унаследовал от далеких предков в процессе эволюции, а при эмбриональном развитии они раскрылись и проявили себя.
Так что главное отличие атавизма от рудимента будет в том, что рудименты есть у большинства и считаются нормой, а атавизм проявляется редко и больше соответствует человеку, который существовал 2 000 000 лет назад.
Доказательства эволюции
Пути эволюции
В своих работах советский ученый Северцов А.Н. выделил понятия биологического прогресса и регресса.
Ароморфоз представляет собой прогрессивное эволюционное преобразование, повышающее уровень организации организмов. В результате ароморфоза становится возможным освоение новых, ранее недоступных для жизни, территорий. К примеру, теплокровность птиц позволила им заселить места с холодным климатом.
Идиоадаптация подразумевает незначительные, частные изменения в строении и функциях организма, которые помогают приспособиться к условиям среды обитания. Идиоадаптации существенно не повышают уровень организации.
Общей дегенерацией называют упрощение организации, которое заключается в утрате отдельных органов и систем органов. У многих этот пункт вызывает внутреннее противоречие: как общая дегенерация может относиться к биологическому прогрессу?
У многих паразитов отсутствуют различные органы, к примеру, у ленточных червей нет пищеварительной системы. А зачем она им, когда пища в кишке, где они обитают, уже переварена и расщеплена организмом хозяина?
Биологический регресс характеризуется признаками, противоположными биологическому прогрессу:
Главная причина биологического регресса в том, что скорость эволюции вида отстает от скорости изменения внешней среды, эволюции других видов: это несоответствие снижает приспособленность организмов. Часто деятельность человека молниеносно меняет окружающую среду: далеко не все виды могут приспособиться к этому, происходит вымирание.
Сравнительно-анатомические доказательства эволюции
В строении нынешних животных можно найти признаки древних предковых форм, которые также свидетельствуют об эволюции. Сейчас мы обсудим рудименты и атавизмы.
У человека к рудиментарным органам относятся: зубы мудрости, копчик, ушные мышцы, аппендикс (червеобразный отросток), третье веко (эпикантус).
У человека атавизмами могут являться хвост, волосатое тело, добавочные молочные железы, незаращение межпредсердной перегородки.
Переходные формы
Такими формами являются, к примеру, утконос и ехидна из класса млекопитающих. При многих признаках млекопитающих, они откладывают яйца, тем самым подтверждают родство млекопитающих с пресмыкающимися.
Эмбриологические доказательства
Немецкие ученые Ф. Мюллер и Э. Геккель во второй половине XIX века сформулировали биогенетический закон, гласящий, что онтогенез (индивидуальное развитие) каждой особи есть краткое и быстрое повторение филогенеза (исторического развития вида).
Биогенетический закон Мюллера-Геккеля объясняет повторение этапов (на стадии зародыша), которые были свойственны нашим далеким предкам. Таким образом, мы проходим их этапы, но, не останавливаясь на них, двигаемся дальше к более совершенным этапам.
Карл Бэр сформулировал закон зародышевого сходства, который гласит, что на ранних стадиях развития зародыши позвоночных животных настолько похожи друг на друга, что практически неразличимы между собой. Это также указывает и подтверждает единство происхождения животного мира.
Палеонтологические доказательства эволюции
Палеонтология (греч. palaios – древний) изучает ископаемые останки вымерших животных, их сходства и различия с ныне живущими видами. Сопоставляя друг с другом ископаемые останки разных геологических эпох, можно увидеть как происходила эволюция различных видов животных и растений.
© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021
Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.
Атавизмы у человека
Общие сведения
Термин «атавизм» происходит от латинского слова atavus и переводится как «отдаленный предок». К атавизмам можно отнести любые аномалии развития у особей, которые были свойственны и существовавшие в норме у отдалённых предков, но отсутствующие у нынешних ближайших сородичей. Считается, что они должны были быть утрачены в ходе эволюции, но их «отголоски» все еще напоминают о древних реликтах.
Схожесть плана строения, развития организма и возникновение атавизмов доказывает единство происхождения всего живого на Земле.
Определение атавизма, отличия у человека и животных
Атавизм животных нельзя считать патологией или уродством, а лишь эволюционным приспособлением или особенностью отдельного индивида, выражающегося в появлении морфологических признаков, характерных для предков. У представителей животного мира они наиболее ярко выражены в зубной формуле и особенностях строения конечностей. Так, у усатых китов сохраняются всю жизнь и не заменяются на настоящие эмбриональные зачатки зубов, что оказывается важным при формировании костей челюстей, а у жвачных животных зачатки верхних резцов никогда не прорезаются. Другим примером можно считать возникновение у лошадей двух дополнительных пальцев (трехпалости) по сторонам достаточно развитого среднего пальца, задних плавников и ног у китов, дельфинов и змей.
В биологии это понятие схоже с ретенцией – способности сохранения у взрослых особей признаков строения, которые относились к древним видам. Благодаря атавизмам удается понять структурные и функциональные особенности предков тех и иных животных.
Примеры атавизмов у человека
В список наиболее часто встречающихся атавизмов человека входит:
Наиболее ярко выраженным и известным атавизом является так называемый человеческий хвост, который в норме должен исчезать (в результате резорбции) на VII неделе развития зародыша.
Этап развития плода человека, для которого характерно наличие хвоста и жаберных мешков
У человека некоторые атавизмы могут приводить к патологическим изменениям и препятствовать нормальному росту и развитию организма в целом. Пример, дефект в виде несращения предсердной перегородки в сердце.
Рудименты и атавизмы у человека
К рудиментам относятся органы, утратившие своё значение для организма в процессе филогенеза. Они обычно находятся на стадии исчезновения либо в примитивной форме, при этом для дальних предков они имели значение. Рудиментарные органы существуют у многих современных видов животных на том или ином этапе развития.
Причиной развития рудиментов может быть возникновение новых структур, но чаще всего – это постепенное ослабление их значимости и частоты функционирования. В некоторых случаях органы, поддавшиеся редукции, могли быть «вредными» или полностью «непригодными» в новых условиях существования.
Таким образом, нарушения в нормальном развитии могут приводить к тому, что у взрослых особей рудименты — признаки доисторических особей сохраняются всю жизнь. В норме эти рудименты появляются в зародышах и в дальнейшем исчезают в ходе индивидуального развития в подтверждение закона зародышевого сходства.
Примеры рудиментов и атавизмов у человека
Чем отличаются рудименты от атавизмов?
Рудименты и атавизмы имеют схожее эволюционное объяснение. Различные органы и признаки, оказывались бесполезными для организмов в ходе эволюции, однако, они не утратились моментально, а сохранялись в течение многих веков, постепенно редуцировались и разрушались под грузом мутаций. Дело в том, что в ходе естественного отбора некоторые мутации, нарушающие развитие определенного признака, перестают отбраковываться и начинают свободно накапливаться. Этот процесс длительный и может привести к приобретению редуцирующимися органами новых функций. Основные примеры рудиментов в теле человека – это почти полностью утраченный волосяной покров, аппендикс, а также остаточные структуры третьего века.
К рудиментам человека можно отнести структуры, которые потеряли свои функции и значение для постнатального онтогенеза, но сохраняются в эмбриональном периоде или всю жизнь. Поэтому, помимо остаточного волосяного покрова, мышц ушной раковины, копчика, аппендикса к рудиментам можно отнести хорду, хрящевые жаберные дуги, правую дугу аорты, шейные ребра и другие особенности различных этапов развития эмбриона человека.
Аномалии эмбриогенеза, которые вызывают формирование у высокоорганизованных организмов предковых признаков — атавизмов, характерных для предков и в норме не встречающихся у современных особей отличаются тем, что утратили свое функциональное значение для современных индивидов.
Таким образом, рудименты и атавизмы отличаются временем и особенностями развития в онтогенезе, причем первые встречаются у всех индивидов в той или иной мере в период эмбриогенеза или постнатального развития, а вторые – атавизмы, являются аномалиями и встречаются редко и у единичных представителей.
Патогенез
В основе патогенеза атавизмов и рудиментов лежит биологическая редукция, проявляющаяся в виде упрощения, ослабления либо почти полного исчезновения органов, которые не имеют эволюционного значения. Считается, что биологическая редукция залог процветания вида и биологического прогресса. Так, наличие у человека шейной фистулы в период эмбрионального развития, структурно напоминающей жаберную щель как у дальних предков млекопитающих – представителей рыб и амфибий не несет физиологического значения, а потому было эволюционно «отброшено». Однако, в спорадическом порядке под действием стрессовых факторов генетические программы запускаются и становятся толчком для формирования в эмбриогенезе и сохранения на всю жизнь морфологических структур, характерных для предковых форм существования.
Классификация
Предковые признаки у современных индивидов и развитие атавистических аномалий может происходить различными путями, разделяя их на 4 группы:
Схематическое изображение шейных ребер
Причины
Происхождение человека всегда вызывала у философов и ученых живой интерес, но за последние полтора столетия человеческие атавизмы были более скрупулезно изучены. Благодаря расшифровке ДНК удалось объяснить происхождение атавизмов. После секвенирования и изучения генома человека удалось глубже понять механизмы развития признаков и структуру генов за них отвечающих. Оказалось, что атавизм является проявлением генов сохранившихся в ДНК и отвечающих за этот признак (хвостовидный придаток, дополнительная пара молочных желез и т.д.). В норме они не функционируют, так как подавляются влиянием других генов.
Внешнее проявление признаков может быть полностью утрачено, но сохранившиеся в геноме фрагменты генетических «программ» в особых обстоятельствах могут «сработать» и стать толчком для развития атавизма. Это чаще всего мутации в регуляторных генах, отвечающих за редукцию. Они возникают под экстремальным воздействием различных химических и физических факторов в развивающемся эмбрионе.
Почему у отдельных людей появляются атавизмы?
Атавизмы являются врождёнными пороками развития. Они появляются при реэкспрессии – пробуждении дремлющих генов в результате гибридного дисгенеза, наследственности, воздействия мутагенов (ионизирующего излучения, радиации, алкалоидов, пестицидов и т.д.) и стрессирующих экологических факторов. Однако, чаще всего атавизмы – результат мультифакторного воздействия и их этиогенез до конца не изучен.
Симптомы
Атавизмы являются морфологическими аномалиями. Так как они не являются нормой, то могут приводить к снижению жизнеспособности и нарушениям жизнедеятельности организма, проявляясь в виде нежелательных симптомов:
Отличие двурогой матки от нормальной
Косметические проблемы вызывает волчья пасть, полимастия, латеральные свищи шеи, а также наличие хостовидного отростка ребенка. Причем он может быть различного типа – мягкий и бескостный либо с позвонками, длиной от 2,5 до 30 см. В структуре могут содержаться мышечные волокна, кровеносные сосуды, нервы и даже волосяной покров.
Анализы и диагностика
Выявить предковые черты удается у новорожденных в условиях планового комплексного обследования состояния здоровья. Проблемы с сердцем и другими органами удается обнаружить при помощи УЗИ, рентгенографии и МРТ. Для определения общего состояния проводят серологические исследования, изучают состояние опорно-двигательной, пищеварительной, выделительной, эндокринной и других систем.
Лечение
Если «возврат» предковых признаков в виде атавизма доставляет дискомфорт и снижает качество жизни, то пациенту просто необходима квалифицированная медицинская помощь. Ему может быть предложено симптоматическое лечение для устранения болевого синдрома, воспалений и пр., а также кардинальные хирургические операции у кардио-, пластического хирурга или других специалистов в зависимости от атавистического органа для удаления структур утративших функциональное значение в современном мире.
Зачем человеку хвост, а курам — зубы: атавизмы и рудименты
На протяжении эволюции животные постоянно менялись, и новые факторы окружающей среды не перестают запускать процесс изменений в их телах снова и снова. Человек произошел от обезьяны, а она, в свою очередь, от других млекопитающих. Долгие миллионы лет изменений не могли не оставить следов в нашем теле. По этим следам — органам и различным придаткам — мы можем проследить путь эволюции, но человеку эти части уже совершенно не нужны. В научном сообществе их называют атавизмами и рудиментами. Разберемся, что они и
Что такое атавизмы и рудименты?
Речь идет об атавизмах и рудиментах — эти понятия часто соседствуют друг с другом, иногда вызывают путаницу и имеют разную природу. Простейший и, наверно, самый известный пример, в котором соседствуют оба понятия, относится к, так сказать, нижней части человеческого тела. Копчик, окончание позвоночника, в котором срослись несколько позвонков, признан рудиментарным. Это рудимент хвоста. Хвост, как известно, есть у многих позвоночных, но нам, Homo sapiens, он вроде бы и ни к чему. Однако природа зачем-то сохранила человеку остаток этого некогда функционального органа. Младенцы с настоящим хвостом крайне редко, но все же рождаются. Иногда это просто выступ, наполненный жировой тканью, порой хвост содержит в себе преобразованные позвонки, и его обладатель даже способен шевелить своим нежданным приобретением. В данном случае можно говорить об атавизме, о проявлении в фенотипе органа, который был у далеких предков, но отсутствовал у ближайших.
Итак, рудимент — норма, атавизм — отклонение. Живые существа с атавистическими отклонениями выглядят порой пугающе и в силу этого, а также по причине редкости явления вызывают большой интерес со стороны широкой публики. Но еще больше атавизмами интересуются ученые-эволюционисты, и именно потому, что эти «уродства» дают интересные подсказки по истории жизни на Земле.
Тайна, скрытая в яйце
Ни у одной из современных птиц нет зубов. Точнее, так: есть птицы, например некоторые виды гусей, которые имеют в клюве ряд мелких острых выростов. Но, как говорят биологи, эти «зубы» не гомологичны настоящим зубам, а являются именно выростами, которые помогают удерживать в клюве, например, скользкую рыбину. При этом у предков птиц зубы обязательно должны были быть, ведь они потомки теропод, хищных динозавров. Известны и останки ископаемых птиц, у которых зубы наличествовали. Точно не понятно, по каким причинам (возможно, из-за изменения типа питания или в целях облегчения тела для полета) естественный отбор лишил птиц зубов, и можно было бы предположить, что в геноме современных пернатых генов, отвечающих за формирование зубов, уже не осталось. Но это оказалось неправдой. Причем задолго до того, как человечество что-то узнало о генах, в начале XIX века догадку о том, что и современные птицы могут отращивать подобие зубов, высказал французский зоолог Этьен Жоффруа Сент-Илер. Он наблюдал некие выросты на клюве эмбрионов попугаев. Это открытие вызвало сомнения и толки и было в конце концов забыто.
А в 2006 году американский биолог Мэтью Харрис из Университета штата Висконсин заметил на конце клюва эмбриона курицы выросты, напоминающие зубы. Эмбрион был подвержен смертельной генетической мутации talpid 2 и не имел шансов дожить до вылупления из яйца. Однако за время этой короткой жизни в клюве несостоявшегося цыпленка выработались два типа тканей, из которых формируются зубы. Строительный материал для подобных тканей гены современных птиц не кодируют — эта способность была утрачена предками пернатых десятки миллионов лет назад. Зародыши зубов у эмбриона курицы не были похожи на тупоконечные моляры млекопитающих — они имели заостренную коническую форму, совсем как у крокодилов, которые, как динозавры и птицы, включаются в группу архозавров. Кстати, выращивать моляры у куриц пробовали и успешно, когда методом генной инженерии внедряли в куриный геном гены, отвечающие за развитие зубов у мышей. Но зубы эмбриона, которого исследовал Харрис, появились без всякого постороннего вмешательства.
«Зубные» ткани возникали благодаря чисто куриным генам. Значит, эти гены, не проявлявшиеся в фенотипе, дремали где-то в глубине генома, и лишь фатальная мутация их пробудила. Для подтверждения своего предположения Харрис провел эксперимент с уже вылупившимися цыплятами. Он заразил их вирусом, искусственно созданным методом генной инженерии, — вирус имитировал молекулярные сигналы, возникающие при мутации talpid 2. Эксперимент принес результат: на клюве цыплят на короткое время появлялись зубы, которые затем бесследно растворялись в ткани клюва. Работу Харриса можно считать доказательством того факта, что атавистические признаки есть следствие нарушений в развитии зародыша, которые пробуждают давно замолкшие гены, и главное — гены давно утраченных признаков могут продолжать находиться в геноме почти 100 млн лет спустя после того, как эволюция эти признаки уничтожила. Почему такое происходит, точно неизвестно. Согласно одной из гипотез, «молчащие» гены могут оказаться не совсем молчащими. У генов есть свойство плейотропичности — это возможность одновременного влияния не на одну, а на несколько фенотипических черт. В этом случае одна из функций может быть блокирована другим геном, при том что другие остаются вполне «рабочими».
Живые доказательства атавизмов
Узнать о зубастых цыплятах и совершить открытие удалось почти случайно — все из-за того, что, как уже говорилось, мутация убивала эмбрион еще до появления на свет. Но очевидно, что мутации или другие изменения, вызывающие к жизни древние гены, могут оказаться и не столь фатальными. Иначе как объяснить гораздо более известные случаи атавизмов, обнаруженных у вполне жизнеспособных существ? Вполне совместимы с жизнью такие наблюдаемые у человека атавизмы, как многопальцевость (полидактилия) на руках и ногах, многососковость, случающаяся и у высших приматов. Полидактилия свойственна лошадям, которые при нормальном развитии ходят на одном пальце, ноготь которого превратился в копыто. Но для древних предков лошади многопальцевость была нормой.
Существуют отдельные случаи, когда атавизм привел к серьезному эволюционному повороту в жизни организмов. Клещи семейства Crotonidae атавистическим путем вернулись к половому размножению, в то время как их предки размножались партеногенезом. Нечто сходное произошло у ястребинки волосистой (Hieracium pilosella) — травянистого растения семейства астровых. Далеко не все, кого в зоологии называют четвероногими (tetrapoda), четвероноги на самом деле. Например, змеи и китообразные происходят от сухопутных предков и также включаются в надкласс tetrapoda. Змеи утратили конечности вчистую, у китообразных передние конечности стали плавниками, а задние практически исчезли. Но появление атавистических конечностей отмечено как у змей, так и у китообразных. Известны случаи, когда у дельфинов обнаруживалась пара задних плавников, и четвероногость как бы восстанавливалась.
Зачем китам рудимент в виде тазовых костей?
Впрочем, о четвероногости у китов напоминает кое-что еще, и здесь мы переходим к области рудиментов. Дело в том, что у некоторых видов китообразных сохранились рудименты тазовых костей. Эти кости уже давно не связаны с позвоночником, а значит, и со скелетом в целом. Но что же заставило природу сохранить информацию о них в генном коде и передавать ее по наследству? В этом главная загадка всего явления под названием рудиментация. Согласно современным научным представлениям, о рудиментах не всегда можно говорить как о лишних или бесполезных органах и структурах. Вероятнее всего, одна из причин их сохранения именно в том, что эволюция нашла рудиментам новое, не свойственное ранее применение. В 2014 году американские исследователи из Университета Южной Каролины опубликовали в журнале Evolution интересную работу. Ученые исследовали размеры тазовых костей китов и пришли к выводу, что эти размеры коррелируются с размером пенисов, а мышцы пениса крепятся как раз к рудиментарным тазовым костям. Таким образом, от величины кости зависела величина китового полового органа, а большой пенис предопределял успех в размножении.
То же самое с человеческим копчиком, который упоминался в начале статьи. Несмотря на рудиментарное происхождение, этот участок позвоночника имеет немало функций. В частности, к нему крепятся мышцы, задействованные в управлении мочеполовой системой, а также часть пучков большой ягодичной мышцы.
Аппендикс — червеобразный отросток слепой кишки — порой доставляет человеку немало неприятностей, воспаляясь и вызывая необходимость хирургического вмешательства. У травоядных животных он имеет значительный размер и был «сконструирован» для того, чтобы служить своего рода биореактором для ферментации целлюлозы, которая является конструктивным материалом растительных клеток, но плохо переваривается. В человеческом организме такой функции у аппендикса нет, но есть другая. Кишечный отросток — это своего рода питомник для кишечной палочки, где оригинальная флора слепой кишки сохраняется в неприкосновенности и размножается. Удаление аппендикса влечет за собой ухудшение состояния микрофлоры, для восстановления которой приходится применять лекарственные препараты. Также этот орган играет определенную роль в иммунной системе организма.
Гораздо труднее увидеть пользу от таких рудиментов, как, например, ушные мышцы или зубы мудрости. Или глаза у кротов — эти органы зрения рудиментарны и ничего не видят, но могут стать «воротами» инфекции. Тем не менее спешить объявлять что-то в природе лишним явно не стоит.