Форма грудной клетки у животных разных видов

Грудные клетки млекопитающих разных видов значительно варьируют по размерам и форме, но все они выполняют одну и ту же функцию относительно расположенных в их полости органов. Ребра защищают сердце и легкие и обеспечивают фиксацию диафрагмы и межреберных мышц, которые делают возможным дыхание. Однако форма грудной клетки обусловлена, как правило, не тем, что находится у нее внутри, а тем, что прикреплено к ней снаружи. К грудной клетке прикрепляются лопатки, образующие сочленения с передними конечностями у четвероногих животных и с верхними конечностями у нас. Животные, передвигающиеся на четырех конечностях, обычно обладают грудной клеткой, уплощенной с боков. Вспомните, как выглядят кошки и собаки: у них узкие и глубокие грудные клетки. Низшие обезьяны, которые тоже являются четвероногими, обладают такими же узкими грудными клетками. У всех этих животных лопатки расположены на боковых поверхностях грудной клетки. При ходьбе и беге лопатки совершают вращательные движения, перемещая передние конечности вперед и назад при каждом шаге. По-иному обстоят дела у человекообразных обезьян; нижняя часть грудной клетки у них шире, чем верхняя, а сама грудная клетка уплощена спереди назад. Люди в этом отношении тоже не исключение; наша грудная клетка тоже сплюснута спереди назад – можете проверить и сами в этом убедиться. Когда ветеринары назначают нашим питомцам рентгенологическое исследование грудной клетки, ее просвечивают сбоку, а стандартное рентгеновское исследование грудной клетки у человека предусматривает просвечивание в переднезаднем направлении. На самом деле просвечивают наоборот, сзади наперед, но это не меняет рентгенологическую картину.

Такая форма грудной клетки у человекообразных обезьян обусловлена особенностями их локомоции (перемещения в пространстве). Эти обезьяны – потомки низших, но не являются просто их увеличенными копиями, и движутся человекообразные совсем не так, как мартышки и макаки. Передвижение на четвереньках по древесным ветвям весьма затруднительно для крупных животных. Намного легче и безопаснее лазать и карабкаться на деревья с помощью передних конечностей, хватаясь ими за расположенные выше ветви. Так можно забираться вверх по дереву по сравнительно тонким ветвям, держась нижними конечностями ближе к стволу, а передними доставая плоды, висящие ближе к краю кроны, где их всегда больше. Недаром человекообразные обезьяны в большинстве своем плодоядные. Многие из них, включая гиббонов и орангутанов, передвигаются в кронах деревьев, повисая на ветвях и сучьях, переходя при этом в вертикальное положение.

Существуют, однако, широконосые обезьяны, грудные клетки которых напоминают формой грудные клетки человекообразных: это паукообразные обезьяны (Atelidae), обитающие в Центральной и Южной Америке. Форма грудной клетки этих обезьян являет собой пример конвергентной эволюции – эти обезьяны перемещаются по деревьям, как гиббоны, повисая и раскачиваясь на ветвях, оказываясь в это время в вертикальном положении. Их грудные клетки адаптировались к условиям и стали напоминать формой грудные клетки узконосых человекообразных обезьян. И конечно, среди человекообразных есть такие, которые почти перестали лазить по деревьям, но грудная клетка у них тем не менее уплощена в направлении спереди назад. Это мы с вами. Мы унаследовали форму грудной клетки от предков, которые большую часть времени лазали по деревьям, но эта форма превосходно подошла и для хождения по земле, когда грудная клетка находится в вертикальном положении. Правда, между нашими грудными клетками и грудными клетками человекообразных обезьян есть и различия.

Эти различия хорошо заметны, если, например, сравнить человеческую грудную клетку с грудной клеткой орангутана. У человека грудная клетка имеет бочкообразную форму, то есть нижние края подвернуты внутрь, а у орангутана грудная клетка имеет воронкообразную форму с расширяющимся нижним концом. Грудная клетка орангутана вверху узкая, лопатки находятся близко друг к другу и расположены высоко. Глядя на эту человекообразную обезьяну, трудно отделаться от впечатления, что он как будто бы все время пожимает плечами.

Напротив, грудная клетка человека сверху довольно широка, лопатки расположены низко и разведены далеко в стороны. Такое положение не очень способствует лазанию по деревьям, но дает возможность размахивать руками при ходьбе, что позволяет лучше сохранять равновесие. Когда вы в следующий раз пойдете на прогулку, попробуйте идти свободным, непринужденным и широким шагом и обратите внимание, какие движения при этом совершают верхние конечности, плечи и грудная клетка. Плечи совершают вращательные движения в противофазе движениям ног и раскачивающимся движениям рук, что противодействует вращению тела, вызванному движением ног. Если вы усилием воли остановите движения рук, то ходьба сразу станет некомфортной и к тому же более утомительной, то есть менее энергетически эффективной. При широкой в верхнем отделе грудной клетке плечи расположены идеально для того, чтобы человек мог свободно размахивать руками. При воронкообразной грудной клетке для того, чтобы размахивать руками при ходьбе, нам пришлось бы сильно отводить руки в стороны, так как их свободному движению мешала бы расширяющаяся внизу грудная клетка.

Воронкообразная грудная клетка орангутана и бочкообразная грудная клетка человека

Помимо того что бочкообразная грудная клетка позволяет человеку свободно размахивать свисающими вдоль тела руками, есть и еще одна причина такого развития. Грудная клетка прикреплена к тазовым костям тремя слоями мощных мышц, которые охватывают туловище с боков и переходят на переднюю поверхность живота, а также двумя мощными полосами мышечной ткани – прямыми мышцами живота – по передней поверхности туловища. Прямые мышцы живота идут сверху вниз рядом вдоль срединной линии тела. Эти мышцы образуют переднюю стенку живота, но при этом участвуют в движениях туловища. Расположенные на боках мышцы позволяют наклонять туловище вправо и влево, а также вращать его, а прямые мышцы живота позволяют наклонять туловище вперед. Именно эти мышцы мы задействуем, когда качаем пресс, переходя из положения лежа в положение сидя. Форма нижней части грудной клетки, образующей место прикрепления этих мышц, отражает форму таза, к которому прикрепляются нижние концы этих мышц, а форма таза у человека претерпела значительные изменения в ходе его эволюции.

У человекообразных обезьян широкий таз, приспособленный к воронкообразной форме грудной клетки, сильно расширяющейся книзу. У людей с их высоким и узким тазом, приспособленным к ходьбе на двух ногах, стала узкой и нижняя часть грудной клетки. Однако важно было сохранить большой объем грудной полости, потому что она содержит такие объемные и важные органы, как сердце и легкие. Поэтому, видимо, передвижение на двух ногах и сужение в связи с этим таза вызвали соответствующие изменения формы грудной клетки у человека: она стала уже внизу, но шире в середине и в верхней части, приобретя, таким образом, характерную бочкообразную форму – для того, чтобы сохранить достаточный объем легких.

Каковы бы ни были причины изменений формы грудной клетки, можно с уверенностью утверждать, что воронкообразная грудная клетка с высоко и тесно расположенными лопатками является следствием жизни на деревьях. И вместе с тем люди, которые обычно ходят по земле на двух ногах, обладают широкими плечами, низко расположенными и широко разведенными лопатками, прикрепленными к бочкообразной грудной клетке. Это означает, что одного только взгляда на форму грудной клетки представителя древних гоминид иногда достаточно для того, чтобы понять, как именно он двигался, и даже определить, когда наши предки окончательно стали ходить по земле на двух ногах, отказавшись от древесного образа жизни. Если допустить, что у последнего общего предка человека и шимпанзе была коническая грудная клетка, то можно считать, что появление бочкообразной грудной клетки стало решающей вехой на пути человеческой эволюции.