Кость в форме буквы U и хрящ в форме бабочки

В 1920-х годах британские геологи, занимавшиеся поисками залежей высококачественного камня для строительства нового порта в Хайфе на территории Британской Палестины (теперь это Израиль), в ходе работ обнаружили на западных склонах коры Кармель несколько весьма примечательных доисторических каменных орудий. Археологи тут же навострили уши. С 1929 по 1934 год группа археологов под руководством Дороти Гэррод производила раскопки в пещерах горы Кармель, где было сделано несколько поразительных открытий. В пещере Схул археологи нашли тысячи каменных орудий и останки десяти человек. Даже тогда было понятно, что речь идет об очень древних находках, относящихся к эпохе палеолита. Однако современные методы определения возраста останков отодвинули даты жизни найденных людей еще дальше в глубь веков. Люди жили в пещере Схул примерно 100 000–130 000 лет назад. Эти скелеты оказались очень важными для науки, так как многое рассказали об анатомии ранних представителей вида человек разумный (Homo sapiens) и о времени выхода этих людей из Африки. Но это уже совсем другая история. Группа Гэррод обследовала и другие кармельские пещеры, в том числе и Кебару, где были найдены следы пребывания человека – каменные орудия.

В 1982 году археологи вернулись в пещеру Кебара, чтобы завершить дело, начатое Дороти Гэррод. На этот раз группу возглавил Офер Бар-Йосеф из Гарвардского университета. В группу входили также археологи из Франции и Израиля. За несколько сезонов раскопок Кебара выдала свои следующие тайны – еще много каменных орудий, кости животных разных видов, включая горную газель, антилопу, оленей, дикую лошадь, носорога, гиену и лисицу. Помимо этого, были обнаружены остатки древнего очага. В 1983 году археологи обнаружили также и человеческое захоронение, но на сей раз это были останки не современного человека, а неандертальца, умершего около 60 тысяч лет назад. У скелета отсутствовал череп и нижние конечности, но все же это один из наиболее полных скелетов неандертальца, найденных до настоящего времени. Непосредственно под дугой сохранившейся нижней челюсти была обнаружена маленькая U-образная косточка – подъязычная кость.

Эта кость есть и у современных людей; она находится на передней поверхности шеи, непосредственно под нижней челюстью. Ее можно легко нащупать. Для этого надо согнуть указательный и большой пальцы в форме буквы С и прощупать шею на пару сантиметров ниже челюсти. В этом месте вы, вероятно, сразу обнаружите что-то твердое и даже сможете сместить эту косточку в ту или другую сторону. (Не увлекайтесь, потому что чрезмерное смещение может оказаться довольно болезненным.)

Подъязычная кость – это важное место прикрепления множества мышц и связок рта и шеи. Мышцы, образующие дно ротовой полости, начинаются от внутренней поверхности нижней челюсти спереди и прикрепляются к подъязычной кости сзади. Пара мышц языка, называемых подъязычно-язычными, начинается на подъязычной кости и заканчивается в толще языка. Шилоподъязычная мышца – это тонкая мышца, которая посредством одноименной связки прикрепляется к шиловидному отростку (тонкому, направленному книзу выросту височной кости) и направляется затем к подъязычной кости. Еще ниже на шее, под подъязычной костью находится гортань. Гортань представляет собой прихотливо изогнутый листок фиброзной ткани и несколько мышц.

С точки зрения анатомии, гортань – очень сложно устроенный орган. Размер гортани невелик – 3 см в диаметре и 4 см в длину, но, несмотря на это, структура содержит девять хрящей, соединенных между собой связками и мембранами, а кроме того, в гортани есть подвижные части с прикрепленными к ним крошечными мышцами. Самыми крупными хрящами гортани являются щитовидный и перстневидный хрящи. Перстневидный хрящ действительно напоминает своей формой перстень с печаткой. Щитовидный хрящ образует кадык (адамово яблоко), который сильнее выражен у мужчин, чем у женщин. Имеющий форму бабочки щитовидный хрящ покоится на кольцевидном перстневидном хряще, с которым соединяется мелкими суставами, допускающими небольшое взаимное смещение двух хрящей.

Человеческая гортань

Внутри гортани находится пара похожих на струны эластичных связок, протянутых между внутренней поверхностью щитовидного хряща спереди и двумя удлиненными пирамидальной формы мелкими хрящами сзади. (Мне кажется, что эти хрящи на самом деле похожи на высокие пирамидки, но те, кто давал им названия, нашли в них сходство с ковшами и теперь их именуют черпаловидными хрящами.) Эти связки, прикрепленные к черпаловидным хрящам, называются голосовыми связками. Мышцы, прикрепленные к пирамидальным черпаловидным хрящам, могут менять расстояние между голосовыми связками, перекрывая вход в нижележащие дыхательные пути. Это смыкание голосовых связок происходит автоматически при глотании, чтобы пищевой комок не попал в трахею и легкие. Одновременно голосовая щель – вход в гортань, прикрытый голосовыми связками, – прикрывается также и листовидным надгортанным хрящом. Смыкание голосовых связок происходит и в тех случаях, когда вы собираетесь поднять тяжелый предмет (вы подсознательно «понимаете», что для этого надо набрать в легкие больше воздуха, чтобы придать дополнительную жесткость туловищу) либо когда вы собираетесь выдавить из себя порцию кала или новорожденного ребенка во время родов. Иногда в таких ситуациях голосовые связки могут не выдержать напора воздуха и слегка разойтись, и тогда вы, скорее всего, непроизвольно закряхтите. (Не волнуйтесь, это абсолютно нормально, и теперь вы знаете, отчего это происходит.)

Эта роль гортани – работать клапаном, запирающим трахею и легкие, – является ее основной функцией, сложившейся в ходе эволюции. Но, естественно, гортань играет и важнейшую роль как орган вокализации (голосообразования), то есть того места, где возникают звуки речи.

Когда мы говорим, черпаловидные хрящи сдвигают ближе голосовые связки и туго их натягивают. Выходящая из легких струя воздуха заставляет голосовые связки колебаться, что порождает звук – точно так же порождает звук язычок деревянных духовых инструментов. Высота голоса зависит от длины голосовых связок. У женщин средняя длина их варьирует от 1,25 до 1,75 см, а у мужчин – от 1,75 до 2,5 см. Это означает, что гортань мужчины глубже, и именно поэтому она сильнее выступает вперед в виде кадыка, так называемого адамова яблока.

Конечно, мы можем менять высоту своего голоса. Можно сделать голос более высоким, сильнее напрягая связки. Это мы делаем автоматически, не задумываясь. Повышение тона голоса происходит при сокращении расположенных в переднем отделе гортани перстнещитовидных мышц, которые подтягивают перстневидный хрящ к щитовидному хрящу. Это можно проверить, пощупав собственную шею: найдите кадык, потом скользните пальцами вниз до отчетливого углубления. Это углубление соответствует промежутку между щитовидным и перстневидным хрящом. Теперь, удерживая палец на месте, издайте высокий звук – например, «и-ик». Вот так. Вы почувствуете, как углубление исчезает, потому что перстневидный хрящ поднимается выше и сближается с щитовидным хрящом в результате сокращения перстнещитовидной мышцы. Сочленение перстневидного и щитовидного хрящей таково, что в результате сокращения мышцы перстневидный хрящ движется, как детские качели – вверх-вниз. Когда перстневидный хрящ в переднем своем отделе смещается вверх, его задний отдел смещается вниз вместе с черпаловидными хрящами. Это сильнее натягивает голосовые связки, и поэтому при прохождении струи воздуха звук получается выше.

Речь – очень важный признак человека, и мы можем задать вполне резонный вопрос: уникально ли строение человеческой гортани? Можно вообразить, что она устроена намного сложнее, чем гортань других млекопитающих, но на самом деле это не так.

Наша гортань совершенно типична по своему строению и мало отличается от гортани других животных, к ней не приделаны дополнительные колокольчики и свистки. Возможно, в этом нет ничего удивительного, потому что осмысленная членораздельная речь формируется в структурах, расположенных выше гортани, а сама она порождает лишь сырой, первоначальный звук. Произносимый слог действительно начинается с вибраций голосовых связок, но когда мы слышим чью-то речь, это не просто некое жужжание. В процессе речи столб воздуха над голосовыми связками изменяет свою форму, и главным средством таких изменений является язык. Мы можем создавать всплеск акустической энергии, сначала прижимая язык к нёбу, а затем освобождая проход струе воздуха, произнося такие согласные, как «т» или «д». Можно выпускать струю воздуха, оставив узкую щель между языком и нёбом, – тогда получится «ссс». В произнесении согласных звуков речи участвуют и губы, которые могут попеременно останавливать и пропускать струю воздуха. Так получаются согласные «б», «м», «п». При сближении губ или верхних и нижних резцов получаются звуки «ф» и «в». Изменяя положение языка и его форму при свободном прохождении струи воздуха мимо него, можно произносить разные гласные звуки.

К подъязычной кости прикрепляется множество мышц

Я видела свой голосовой аппарат в действии. Во время выполнения функциональной МРТ, в ходе которой были продемонстрированы мои зеркальные нейроны, я видела, как тяжко трудились мои губы и язык, чтобы произнести все эти гласные и согласные в речевом потоке. Эту картину снимали на пленку. Находясь в сканере, я произносила слова, которые повторила потом, сидя в кафе, а потом на эту речь была наложена анимация, показывающая работу речевого аппарата. Я говорила следующее: «Воздух из моих легких проталкивается между голосовыми связками, заставляя их вибрировать. Звук распространяется выше и модулируется языком и губами, превращаясь в речь… а-а-а… и-и-и… о-о-о…»

Мне очень нравилось видеть магнитно-резонансное изображение, показавшее движения гортани, языка и нёба в процессе говорения. Я отчетливо видела анатомические особенности произнесения различных согласных, но произнесение гласных – «а», «и», «о» – было самым интересным, потому что я и сама не представляла до этого, насколько причудливые движения при этом совершает язык в моем рту. При «а» язык подтягивался кзади; при «и» спинка языка приподнималась в средней части, сильно приближаясь к нёбу; при «о» язык вообще принимал странные очертания – задняя его часть высоко поднималась к нёбу, оставляя впереди довольно большое пространство между его кончиком и передними зубами.

Для производства членораздельной речи язык чрезвычайно важен, причем важны врожденные особенности его строения, и наш язык действительно сильно отличается от языка других млекопитающих, включая и наших ближайших родственников, приматов – например, шимпанзе. У нас, людей, очень короткая «морда», и поэтому язык у нас не длинный и плоский, как у других животных, а закругленный, короткий и очень подвижный. Но, к сожалению, ни языки, ни хрящи гортани не сохраняются в виде окаменелостей. Так что, если мы хотим понять, когда у наших предков появился большой и подвижный язык, нам приходится судить об этом по сохранившимся костным остаткам, а это непростая задача. Но, пусть мы не можем непосредственно увидеть мышцы языка наших далеких предков, у нас все же есть возможность судить о его развитии по иннервирующим его нервам, а точнее, по XII паре черепно-мозговых нервов – подъязычному нерву. Такие парные нервы достаточно велики, чтобы видеть их невооруженным глазом. Они представляют собой пучки из сотен и даже тысяч отдельных нервных волокон. Каждое из волокон двигательного нерва (а подъязычный нерв является двигательным) подходит к мышце и снабжает несколько мышечных волокон, образуя вместе с ними «двигательную единицу». Таким образом, размер подъязычного нерва, зависящий от числа составляющих его нервных волокон, может свидетельствовать о числе этих волокон. Чем больше волокон и чем больше двигательных единиц, тем тоньше будет регуляция движений языка, а это, вероятно, очень важно для производства членораздельной речи.

Но нервы тоже состоят из мягких тканей и не сохраняются так, как сохраняются кости. Надо вспомнить, что подъязычный нерв – это один из черепно-мозговых нервов, то есть нервов, исходящих непосредственно из ткани головного мозга, а потом покидающих полость черепа для того, чтобы иннервировать разнообразные органы и ткани тела. (В организме человека двенадцать пар черепно-мозговых нервов, и некоторые из них нам уже известны – зрительный, обонятельный и преддверно-улитковый нервы.) Подъязычный нерв покидает череп через свой собственный, индивидуальный канал – подъязычный канал, проходящий в основании черепа, поблизости от большого затылочного отверстия, через которое из черепа выходит продолговатый мозг, переходящий в этом месте в спинной мозг.

В конце 1990-х годов группа анатомов Университета Дюка в Дурхеме (США) решила измерить диаметр подъязычного канала в черепах людей, шимпанзе и горилл, а также в ископаемых черепах древних гоминид (предков человека разумного). Ученые, казалось, нащупали верный путь. Выяснилось, что в среднем диаметр подъязычного канала у человека был вдвое больше, чем у шимпанзе, и на треть больше, чем у гориллы. У австралопитеков, ранних гоминид, живших в Африке в период от четырех до двух миллионов лет тому назад, канал был узким, таким же, как у шимпанзе или горилл. Когда ученые измерили канал в черепе более поздних гоминид, включая гейдельбергского человека (Homo heidelbergensis), общего предка неандертальцев и современных людей, то диаметр оказался большим – он не уступал размером диаметру подъязычного канала у современного человека. Если широкий подъязычный канал означает более мощную иннервацию языка и вероятную способность к членораздельной речи, то похоже, что одно из главных условий очеловечивания гоминид уже присутствовало у наших ближайших предков по меньшей мере 400 тысяч лет назад, а также и у наших кузенов неандертальцев.

Это великолепная история. Однако, к сожалению, уже в следующем году после публикации этих результатов еще одна группа американских ученых обнародовала данные, поставившие под сомнение столь убедительную гипотезу о роли подъязычного нерва в эволюции человеческой речи. Ученые измерили диаметр подъязычного канала на 104 черепах современных людей и на 75 черепах других приматов. На основании изучения этой большой выборки был установлен достаточно большой диапазон диаметров подъязычного канала у людей, причем часто величина диаметра совпадала с таковой у человекообразных обезьян и у древних гоминид. Вообще, оказалось, что самым широким подъязычным каналом обладают широконосые и низшие узконосые обезьяны, а также мокроносые приматы (полуобезьяны), такие как лемуры и лори, которых никто не может заподозрить в способности говорить! Последний гвоздь в гроб несостоявшейся гипотезы был забит при препарировании свежих трупов, когда выяснилось, что размер подъязычного канала не является надежным индикатором диаметра подъязычного нерва.

Но довольно о подъязычном канале. Вернемся к подъязычной кости. Может ли она пролить дополнительный свет на происхождение человеческой речи? Находка подъязычной кости неандертальца в пещере Кебара в Израиле позволяет думать, что это так. Ученые сообщили, что подъязычная кость неандертальца настолько схожа с подъязычной костью человека разумного, что, вероятно, неандерталец обладал полностью развитой способностью к членораздельной речи. Две другие подъязычные кости, обнаруженные в знаменитой Сима-де-лос-Уэсос (Пещере костей) в горах Сьерра-де-Атапуэрка в Испании вместе с орудиями и принадлежностями архаичных неандертальцев, тоже оказались невероятно похожими на наши. В нашем распоряжении есть подъязычная кость более раннего гоминида – афарского австралопитека (Australopithecus afarensis), – и эта кость больше напоминает подъязычную кость шимпанзе. Таким образом, можно предположить, что австралопитеки не умели говорить, а неандертальцы уже могли беседовать между собой.

Но мы слишком много говорим о мелкой косточке и, вероятно, слишком сильно увлеклись. Да, это верно, что гортань подвешена к подъязычной кости, но это не дает нам никаких сведений о мягких тканях – включая и хрящи гортани, – сколько бы мы ни разглядывали подъязычную кость. Если бы я была сейчас в более язвительном расположении духа, то сказала бы, что попытка воссоздать вид мягких тканей шеи, включая и гортань на основании вида подъязычной кости, – это то же самое, что воссоздать вид платья по конфигурации плечиков в гардеробе.

Возможно, что нам никогда не удастся ответить на вопрос, когда у наших предков развилась способность к речи, основываясь лишь на анатомических данных. Как мы уже видели, человеческая гортань сама по себе ничем не примечательна – это обычная гортань млекопитающего животного. Однако в нашей гортани есть все же одна особенность в сравнении с другими млекопитающими, и эта особенность заключается в положении гортани в тканях шеи – наша гортань расположена очень низко. Это означает, что путь между голосовыми связками и губами у нас очень длинный, и это позволяет нам произносить разнообразные звуки. Язык, мягкое нёбо, губы и зубы модифицируют напор струй воздуха, поступающих из гортани, и превращают воздушный поток в гласные и согласные звуки, как я видела это на анимации моих собственных органов речи.

Американский исследователь когнитивных способностей Филип Либерман несколько десятилетий исследовал анатомию, физиологию и эволюцию человеческого голосового аппарата. Либерман считает, что низкое положение гортани у человека очень важно, потому что влияет на положение языка. Низкое положение гортани и подъязычной кости означает, что задняя часть языка находится в таком положении, что может изменять размеры глотки (пространства, расположенного позади языка), как и размеры ротовой полости (пространства, расположенного выше и кпереди от языка). Прямоугольный изгиб, существующий между ротовой полостью и глоткой, по сути, делит голосовой тракт на две равные по длине части, и Либерман считает, что это очень важно для способности произносить такие гласные, как «а», «э» и «о». Способность произносить отличимые друг от друга гласные может показаться избыточной роскошью, однако дает мозгу возможность в половине случаев расшифровывать сказанное другими людьми именно за счет такой разницы. У неандертальцев не могло быть двух акустических трубок равной длины, как у нас, потому что у них были слишком длинные челюсти, то есть сильно вытянутая в длину ротовая полость. Если бы у них была такая же по длине глотка, то гортань должна была находиться в грудной клетке, а это анатомически невозможно. Делало ли это гласные неандертальского языка неотличимыми друг от друга, а речь нечленораздельной? Либерман отвечает на этот вопрос утвердительно, но другие ученые с ним не согласны: у десятилетних детей соотношение длин ротовой полости и глотки такое же, как у неандертальцев, но мы прекрасно их понимаем.

Так как же звучала речь неандертальцев? Специалист по акустике Анна Барни и анатом Сандра Мартелли с коллегами из Саутгемптонского университета и Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе взялись выяснить это, одновременно попытавшись ответить на более серьезный вопрос о том, могли ли неандертальцы произносить разные по акустическим характеристикам гласные звуки. Группа ученых выполнила виртуальную реконструкцию голосового тракта на основании КТ-исследования современных людей и ископаемых неандертальских черепов; на основании этой картины была произведена реконструкция голосового аппарата и высказаны предположения о том, как на самом деле мог говорить неандерталец – в сравнении с современным человеком.

Подъязычная кость современного человека (слева) и неандертальца из пещеры Кебара (справа)

Согласно компьютерной модели, подъязычная кость неандертальца располагалась непосредственно под нижней челюстью, так же как и у современного Homo sapiens, но расстояние от подъязычной кости до переднего отдела ротовой полости у неандертальца больше, чем у современного человека, потому что у неандертальца длиннее челюсти. Расстояние же от подъязычной кости до шейного отдела позвоночника – размер пространства, где находится гортань, – у неандертальцев тоже оказалось больше, чем у современного человека. Это означало, что неандерталец не мог сместить язык назад в такой же степени, как это можем сделать мы, а это влияло на произнесение гласных звуков, что и было продемонстрировано в результате акустического моделирования. Смоделированный голосовой тракт неандертальца был способен произнести «э» и «о» так же, как и тракт современного человека, но тем не менее не мог произнести «а», так как был не в состоянии в достаточной степени сместить назад и вверх заднюю часть языка, изменяя форму верхней части полости глотки таким образом, как я видела на картинке моей МРТ.