В человеческом кишечнике нет ничего уникального

В принципе, человеческий кишечник мало отличается от кишечника других млекопитающих, особенно всеядных, которые едят все подряд – от мяса до растительной пищи. Я помню, как впервые вскрыла живот собаки на кафедре анатомии Бристольского университета, где иногда читала лекции студентам-ветеринарам и медикам. Я была поражена тем, насколько кишки собаки похожи на кишки человека, которые были лучше мне знакомы. Кишечник собаки немного короче человеческого, но в остальном ничем от него не отличается. Самым длинным кишечником отличаются вегетарианцы класса млекопитающих – у них он, кроме того, отличается и сложным устройством. Таким животным нужно большое пространство в полости пищеварительного тракта – большие бродильные чаны, – где можно переварить невообразимую смесь пережеванных листьев и бактерий, чтобы извлечь максимум питательных веществ из такой скудной диеты. У некоторых травоядных этот бродильный чан расположен в переднем отделе пищеварительного тракта, например в многокамерном желудке коровы. У других животных основное переваривание происходит в кишечнике. Например, у лошадей это громадная слепая кишка – гигантский, похожий на толстую сигару мешок, находящийся у основания толстого кишечника в нижней части живота и простирающийся вверх, до грудины. У нас, людей, нет ни многокамерного желудка, ни массивной слепой кишки; на самом деле структура, которую велеречиво называют слепой кишкой, – это всего лишь короткое начало толстого кишечника, ничем не напоминающее длинную кишку других травоядных животных. Эквивалентной, или гомологичной, структурой у людей является аппендикс, который у нас представляет собой узкую трубку, содержащую скопления иммунных клеток, но аппендикс слишком мал для того, чтобы играть заметную роль именно в пищеварении, то есть в ферментации растительной пищи. Наши кишки – это кишки всеядного животного, которые мы унаследовали от наших обезьяньих предков, чья диета содержала нечто более питательное, нежели траву и листья, а именно плоды.

Однако, несмотря на то что человеческие кишки могут напоминать кишки любой плодоядной обезьяны, ученые уже давно высказали мысль о том, что между нами и обезьянами есть большая, причем значимая разница, которая сыграла выдающуюся роль в эволюции человека. Эта разница заключается не в каких-то особенностях строения кишечника, но скорее касается его относительного размера. Представляется, что кишечник человека мал в сравнении с размерами его тела. В 1990-х это наблюдение связали с тем, что у человека очень велики относительные размеры головного мозга, и в результате родилась «гипотеза дорогой ткани».

Нет никакого сомнения в том, что у человека необычайно велик размер головного мозга и что наш большой мозг явился залогом успешности нашего биологического вида. Все наши выдающиеся способности, включающие способности ладить и сотрудничать друг с другом, создавать высокую культуру, должно быть, напрямую зависят от огромного органа, расположенного в наших головах. Тем не менее это очень требовательный и капризный орган. Мозг использует громадное количество энергии, до 20 % ее суточного потребления, притом что его вес составляет всего 2 % от веса человеческого тела. Представляется, что нашим предкам пришлось искать способ расплачиваться за эту «дорогую ткань», расположенную в черепе, – либо увеличением потребления энергии, либо за счет энергосбережения.

Если бы наши предки или мы с вами сегодня платили за мозг увеличением потребления энергии, то наш организм отличался бы более высокими показателями энергетического обмена, чем у других животных, и это можно было бы легко выяснить с помощью обычного обследования. В среднем у человека, весящего 65 кг, мозг весит 1,3 кг, а это на целый килограмм больше, чем можно было бы ожидать у животного с таким же весом и размером. В среднем энергетический обмен человеческого тела характеризуется потреблением одного ватта на один килограмм веса тела. При этом ткань мозга более требовательна, и один ее килограмм потребляет 11 ватт. Это значит, что лишний килограмм мозговой ткани потребовал бы дополнительных 10 ватт. Это, несомненно, сказалось бы на основном обмене, но ничто не говорит о том, что наша метаболическая активность выше, чем у животных одного с нами размера.

В середине 1990-х антропологи Лесли Айелло и Кристофер Дин исследовали эту проблему и полагали, что смогли ее решить. Они предположили, что рост мозга у гоминид, потребляющего много энергии, мог компенсироваться за счет уменьшения массы другой «дорогой ткани». Они изучили данные исследований об относительных размерах различных органов человеческого тела и решили, что нашли ответ. В то время как сердце, печень и почки имели размер и вес, которые можно было ожидать у примата весом 65 кг, вес кишечника оказался существенно меньше. Айелло и Дин предположили, что между размерами мозга и кишечника произошла «коэволюция», в процессе которой мозг увеличился, кишечник уменьшился, а основной обмен организма при этом остался на прежнем уровне. Авторы пошли дальше, утверждая, что уменьшение массы человеческого кишечника было связано с изменениями пищевого рациона, когда ранние гоминиды начали есть мясо. В конце концов, одно из морфологических отличий хищных от травоядных заключается именно в относительно меньшей длине кишечника. Длинный пищеварительный тракт не нужен животному, которое употребляет легко перевариваемую, калорийную и высококачественную пищу. Более поздние гоминиды смогли сберечь еще больше энергии, затрачиваемой на переваривание пищи, когда начали готовить пищу на огне. Сэкономленная на длине кишечника энергия, согласно представлениям авторов, пошла на выращивание большого головного мозга.

Айелло и Дин не были первыми, кто заметил связь между диетой и размером головного мозга, но прежние авторы были сосредоточены на важности большого мозга для поиска корма, но не занимались вопросом энергопотребления мозга и других органов. Животные, поедающие низкокачественный корм из листьев, по необходимости имеют очень длинный кишечник; у всеядных кишечник короче, у плотоядных – еще короче. Так как отыскать и съесть листья гораздо легче, чем выследить и поймать более подвижную добычу, то плотоядным пришлось обзавестись более массивным мозгом. Таким образом, если у животного короткий кишечник, то, скорее всего, у него большой головной мозг; верно и обратное утверждение. Однако Айелло и Дин считали, что и это еще не все: высокоэнергетическая диета и, следовательно, короткий кишечник – непременное условие формирования большого головного мозга.

В свое время эта теория подверглась резкой критике. Некоторые оппоненты указывали, что гипотеза не объясняла, почему увеличился мозг гоминид, но лишь показала, как это могло произойти при сжигании всей высвободившейся энергии. Справедливое возражение, но Айелло и Дин никогда и не утверждали, что нашли Святой Грааль палеоантропологии – причину сильного увеличения головного мозга у человека. Уменьшение размеров кишечника было, возможно, лишь conditio sine qua non, то есть непременным условием, без которого самого увеличения мозга просто не могло произойти.

Гипотеза стала еще более убедительной, когда ученые обнаружили, что правило, согласно которому малый кишечник сочетается с крупным мозгом и наоборот, оказалось действующим в отношении многих видов приматов. То же самое верно и в отношении некоторых видов рыб. Проблема состоит в том, что корреляция ничего не говорит о причинной связи. Нет никаких доказательств того, что для развития крупного головного мозга необходим короткий кишечник. Еще раз подчеркнем: вполне возможно, что большой головной мозг позволяет животному решать более сложные задачи и добывать более калорийную и высококачественную пищу, которую можно переваривать с помощью короткого кишечника, но это вовсе не означает, что животное нуждается в коротком кишечнике для того, чтобы высвободить энергию на развитие большого мозга и поддержание его функций. На самом деле строение организмов летучих мышей подрывает значимость данной гипотезы, потому что у разных видов этих животных большой мозг сочетается с длинным кишечником, а малый мозг – с коротким кишечником. Причем это имеет самое непосредственное отношение к поиску пищи. Летучие мыши с их длинным кишечником являются плодоядными животными, но у них большой мозг, потому что у них сильно развиты те отделы, которые отвечают за зрение и обоняние, что помогает находить нужные лакомые плоды. Соотношение между мозгом и кишечником весьма неоднозначно и сильно отличается у разных животных, поэтому некоторые исследователи считают, что эти параметры вообще не зависят друг от друга.

У теории «дорогой ткани» есть и другие сомнительные моменты, проявившиеся уже во время первой публикации. Было высказано предположение о том, что экономия энергии, необходимая для дополнительного роста головного мозга, могла осуществляться и за счет других тканей и органов тела, а также за счет увеличения времени сна или снижения общей физической активности. Кроме того, с точки зрения эволюции было бы логично полагать, что большой мозг появился до того, как уменьшился размер кишечника: увеличенный мозг стимулировал развитие умений и навыков (например, охоту и термическую обработку пищи), что, в свою очередь, позволило нашим предкам придерживаться более качественной диеты, в результате чего и произошло уменьшение длины кишечника. Действительно, есть полученные в экспериментах на животных данные о том, что размер кишечника может изменяться в течение жизни в ответ на изменения в пищевом рационе.

Есть также сомнения в отношении малой длины кишечника у человека. Относительные размеры органов человеческого тела вычисляли на очень малой, статистически недостоверной выборке, а известно, что анатомические параметры человеческого тела подвержены значительным вариациям. Кроме того, были проблемы с методами сравнения людей с другими приматами, на основании которых можно было бы делать выводы о предсказанной длине кишечника для человека. Большинство приматов можно грубо поделить на две большие группы – на приматов, питающихся листьями, и на приматов, питающихся фруктами. Человекообразные обезьяны в большинстве своем относятся к плодоядным животным, а следовательно, обладают более коротким кишечником, чем листоядные обезьяны, по крайней мере, если учитывать площадь поверхности слизистой оболочки кишечника. Таким образом, если объединить в одну группу всех приматов для того, чтобы предсказать, какими будут размеры кишечника у примата X, а примат X окажется плодоядным (или, например, всеядным), то мы получим завышенную оценку. Если построить график зависимости площади слизистой оболочки кишечника от размеров тела, то люди на этом графике окажутся в той же зоне, что плодоядные/всеядные животные, то есть именно там, где по прогнозу и должна находиться человекообразная обезьяна.

К какому же выводу мы приходим? Определенно, есть сомнения относительно того, что наш кишечник на самом деле короче, чем можно ожидать от плодоядной или всеядной человекообразной обезьяны нашего роста и размера. Но если гипотеза Айелло и Дина неверна, то каким образом мы тогда расплачиваемся за наш большой мозг, обходясь без повышения основного обмена?

В недавнем исследовании, опубликованном в 2011 году, были рассмотрены многочисленные новые данные, полученные в результате изучения 191 особи, относящихся к 100 разным видам млекопитающих. В этом исследовании не было найдено никаких подтверждений гипотезы «дорогой ткани»: не было выявлено никакой связи между размерами мозга и размерами других «дорогих» органов. Однако ученые обнаружили, что происходит нечто интересное с другим, менее затратным типом ткани: было обнаружено, что размер мозга проявляет отрицательную корреляцию с количеством жира в теле; то есть, другими словами, у жирных животных мозг маленький, и, наоборот, у худых животных мозг крупнее. Авторы предположили, что такая корреляция возникает, потому что животные либо становятся более сообразительными, либо создают запасы энергии, чтобы избежать гибели от голода. Кроме того, было высказано предположение, что баланс между весом мозга и долей жира в весе тела определяется энергетическим балансом. Конечно, сама жировая ткань требует мало энергии для поддержания своей жизнедеятельности, но зато она дорого обходится животному, потому что создает лишний вес, который приходится носить и тратить на это драгоценную энергию. И наконец, авторы обзора считают, что смогли разрешить загадку сочетания большого мозга и сравнительно невысокой интенсивности обмена в организме человека. Люди, казалось бы, опровергают характерную для млекопитающих тенденцию, так как обладают большим мозгом и изрядным количеством жира – в сравнении с другими человекообразными обезьянами, и выглядит это так, будто избыточный (но зато дешевый с энергетической точки зрения жир) может маскировать эффект больших энергетических трат на поддержание работы крупного и «дорогого» головного мозга. Если пересчитать энергозатраты на тощую массу человеческого тела (без жира), то окажется, что уровень основного обмена веществ у человека выше, чем у других обезьян. Если же добавить жир, то средний показатель основного обмена снижается. Таким образом, решается проблема несоответствия крупного мозга и заурядных показателей основного обмена – пусть даже за счет жира. Нам действительно нужна дополнительная энергия на поддержание работы большого головного мозга, но теперь для объяснения не надо привлекать теории сокращения расходов на другие энергоемкие ткани. Экономить энергию, кроме того, можно за счет уменьшения работы тела, например при движении или размножении.

Как уже было сказано, наши предки могли увеличить потребление энергии за счет улучшения качества пищи, которая перестала требовать тщательного разжевывания и дробления, а также за счет термической обработки пищи, которая, благодаря этому, стала легче усваиваться. Кроме того, наши предки гоминиды, вероятно, переключились на более качественную еду, то есть на мясо, хотя нельзя сбрасывать со счетов и значительную долю крахмалистых клубней в их рационе. Переход на более качественную еду, на более гибкую диету и разделение добытой еды между сородичами означали, что гоминиды получили в свое распоряжение высокоэнергетическую диету, на которую могли рассчитывать в повседневной жизни. Вероятно, это было решающим фактором, обусловившим не только непропорциональный рост головного мозга, но и увеличение размеров тела в целом.

Если мы внимательно присмотримся к собственному кишечнику, то убедимся, что в нем, в принципе, нет ничего особенного. Лично я не думаю, что человеческий кишечник сильно отличается от кишечника наших ближайших сородичей – человекообразных обезьян. Это типичный кишечник плодоядного животного, но это означает, что он вполне подходит и для животного всеядного. Другими словами, наш желудочно-кишечный тракт не является высокоспециализированным, а это очень значительное для нас преимущество, потому что позволяет придерживаться весьма гибкой и разнообразной диеты. Мы можем выжить, питаясь самыми разными пищевыми продуктами – одни из нас прекрасно себя чувствуют на чисто мясной пище, а другие являются строгими вегетарианцами. Оглядываясь на наше далекое прошлое, мы можем сказать, что диетическая гибкость, какой отличались наши предки, означала, что они могли выжить, употребляя в пищу все съедобное, что их в данный момент окружало. В принципе, мы не очень привередливые едоки (о чем мне часто приходится напоминать моей трехлетней дочери).

Есть некоторые данные о том, что наша пищеварительная система все же изменилась, но не в смысле анатомического строения, а в смысле физиологии, то есть набора ферментов, которые мы используем для расщепления пищи. В сравнении с шимпанзе, у нас больше копий гена, кодирующего фермент амилазу, расщепляющую крахмал, что позволяет нам эффективнее переваривать такие крахмалистые продукты, как клубни. За последние 10 тысяч лет во многих человеческих популяциях в Европе, Индии, Африке и на Ближнем Востоке произошли определенные генетические изменения: один ген, который обычно «отключался» в детстве, остался «включенным». Этот ген кодирует синтез фермента лактазы, который способствует расщеплению молочного сахара – лактозы. Это очень важный фермент, поскольку он позволяет нам в младенчестве усваивать материнское молоко. У большинства млекопитающих, как и у многих людей, способность продуцировать лактазу пропадает после отлучения от груди, так как он становится просто ненужным. Однако в племенах скотоводов, где с доисторических времен привычка пить молоко сохраняется и у взрослых, ген лактазы продолжает функционировать. Это изменение наверняка произошло после приручения и одомашнивания животных в эпоху неолита, причем в разных местах и в разное время. В тех популяциях, где распространились эти генетические изменения, проявилось мощное действие естественного отбора, стимулировавшего выработку лактазы. Вероятно, эти изменения происходили в периоды засухи или голода, когда способность пить и переваривать свежее молоко означала выбор между жизнью и смертью. Кстати, эти сравнительно недавние изменения физиологии нашего пищеварительного тракта означают несостоятельность идеи о пользе новомодной так называемой «палеодиеты», которая воспроизводит рацион наших предков – охотников и собирателей. Во-первых, их рацион различался в разных местах даже в эпоху палеолита, а во-вторых, во многих популяциях произошли значительные генетические изменения с тех пор, как мы оставили образ жизни палеолитических охотников. Короче, мы сейчас вовсе не те древние собиратели и охотники, чьи окаменелые останки находят палеонтологи.

И все же если не принимать во внимание амилазу и лактазу, то наш пищеварительный тракт является стандартным для человекообразных обезьян. Мне кажется, что все дело в том, что в прошлом в научных исследованиях мы слишком сильно стремились доказать самим себе нашу уникальность. Никто не отрицает, что человек и в самом деле уникален (как уникальны представители любого биологического вида, так что не стоит так уж сильно зазнаваться и обольщаться по этому поводу), но в большинстве наших органов и их систем, в принципе, нет ничего особенно примечательного. Те признаки, которые мы раньше считали сугубо человеческими, оказались характерными для многих других животных, в особенности для наших ближайших родственников. Примером этого является кишечник человека, и нам, возможно, надо просто смириться с тем фактом, что мы обладаем вполне заурядными обезьяньими кишками.