Средно ухо - три костилки

Бозайниците са специални същества. Косата и млечните жлези ни отличават от бозайниците от всички останали живи организми. Но мнозина могат да бъдат изненадани да научат, че структурите дълбоко в ухото също са важни отличителни черти на бозайниците. Никое друго животно няма такива кости като в нашето средно ухо: бозайниците имат три от тези кости, докато земноводните и влечугите имат само една. А рибите изобщо нямат тези кости. Как тогава възникнаха костите на нашето средно ухо?

Малко анатомия: нека ви напомня, че тези три кости се наричат малес, инкус и стъпала. Както вече споменахме, те се развиват от клоновите арки: малеуса и инкуза от първата арка, а стъпалата от втората. Тук започва нашата история.

През 1837 г. немският анатом Карл Райхерт изучава ембрионите на бозайници и влечуги, за да разбере как се формира черепът. Той проследи развитието на структурите на хрилните арки на различни видове, за да разбере къде попадат в черепите на различни животни. Дългосрочните изследвания доведоха до много странен извод: две от трите слухови костилки при бозайници съответстват на фрагменти от долната челюст на влечугите. Райхърт не можеше да повярва на очите си! Описвайки това откритие в монографията си, той не скри изненадата и възторга си. Когато става въпрос за сравняване на костилките и костите на челюстта, обичайният сух стил от анатомичните описания от 19-ти век отстъпва на много по-емоционален стил, който показва как Райхерт е бил поразен от това откритие. От получените от него резултати следва неизбежно заключение: същата клончеста дъга, която образува част от челюстта при влечугите, образува слуховите кости при бозайниците. Райхърт излага теза, в която самият той почти не вярва, че структурите на средното ухо на бозайниците съответстват на структурите на челюстта на влечугите. Ситуацията ще изглежда по-сложна, ако си спомним, че Райхерт е стигнал до това заключение повече от двадесет години по-рано, отколкото звучи позицията на Дарвин за едно генеалогично дърво на всички живи същества (това се случи през 1859 г.) Какъв е смисълът да се каже, че различните структури в две различни групи животни „си кореспондират“, без концепция за еволюция?

Започвайки от четиридесетте години на XIX век, в Южна Африка и Русия започват да се добиват фосилни останки от животни от неизвестна досега група. Открити са много добре запазени находки - цели скелети от същества с големината на куче. Скоро след откриването на тези скелети много от тях бяха опаковани в кутии и изпратени в Лондон на Ричард Оуен за идентификация и проучване. Оуен открива, че тези същества притежават поразителна смесица от животински черти. Някои от скелетните им структури наподобяват влечуги. В същото време други, особено зъбите, бяха по-скоро като бозайници. Нещо повече, това не бяха някои изолирани находки. На много места тези влечуги, подобни на бозайници, са най-разпространените вкаменелости. Те бяха не само многобройни, но и доста разнообразни. След изследванията на Оуен такива влечуги са открити в други региони на Земята, в няколко слоя скали, съответстващи на различни периоди от земната история. Тези находки образуват красива преходна линия от влечуги към бозайници.

До 1913 г. ембриолозите и палеонтолозите работят изолирано един от друг. Но тази година беше важна с това, че американският палеонтолог Уилям Кинг Грегъри, служител на Американския природонаучен музей в Ню Йорк, обърна внимание на връзката между ембрионите, върху които работи Хауп, и вкаменелостите, открити в Африка. Най-"влечугоподобните" от всички влечуги, подобни на бозайници, са имали само една кост в средното ухо, а челюстта му, както и другите влечуги, се е състояла от няколко кости. Но докато изучава редица влечуги, все по-тясно свързани с бозайници, Грегъри открива нещо доста забележително - нещо, което би удивило дълбоко Райхерт, ако той беше жив: последователна поредица от форми, ясно показващи, че костите на задната част на челюстта при бозайници -подобните влечуги постепенно намаляват и се изместват, докато накрая при своите потомци, бозайници, те заемат мястото си в средното ухо. Малеусът и инкусът са еволюирали от челюстните кости! Това, което Райхърт откри в ембриони, почива отдавна в земята във фосилна форма, в очакване на откривателя си.

Защо бозайниците имат три кости в средното си ухо? Системата от тези три кости ни позволява да чуваме звуци с по-висока честота, отколкото тези животни, които имат само една кост в средното ухо, могат да чуят. Появата на бозайници е свързана с развитието не само на ухапването, за което говорихме в четвърта глава, но и с по-остър слух. Освен това не появата на нови кости спомогна за подобряване на слуха на бозайниците, а адаптацията на старите, за да изпълняват нови функции. Костите, които първоначално са служили за ухапване на влечуги, сега помагат на бозайниците да чуят.

Оттук идват чукът и вдлъбнатината. Но къде от своя страна се появи стремето?

Ако просто ви показвах как работят възрастен човек и акула, никога не бихте предположили, че тази мъничка костичка дълбоко в човешкото ухо съответства на големия хрущял в горната челюст на морския хищник. Изучавайки развитието на хората и акулите обаче, ние се убеждаваме, че това е точно така. Ивицата е модифицирана скелетна структура на втората клонна арка, подобна на тази хрущял от акула, която се нарича висулка или хиомандибуларна. Но висулките не са кост на средното ухо, тъй като акулите нямат уши. При нашите водни братовчеди, хрущялните и костни риби, тази структура свързва горната челюст с черепа. Въпреки очевидната разлика в структурата и функциите на стремето и суспензията, връзката им се проявява не само в подобен произход, но и във факта, че те се обслужват от едни и същи нерви. Основният нерв, водещ до двете тези структури, е нервът на втората дъга, тоест лицевият нерв. И така, имаме случай, когато две напълно различни скелетни структури имат сходен произход по време на развитието на ембриона и подобна инервационна система. Как може да се обясни това?

Отново трябва да се обърнем към вкаменелостите. Ако проследим промените в висулката от хрущялни риби до същества като тиктаалик и по-нататък до земноводни, ще видим, че тя постепенно намалява и накрая се отделя от горната челюст и става част от органа на слуха. В същото време името на тази структура също се променя: когато е голяма и поддържа челюстта, тя се нарича окачване, а когато е малка и участва в работата на ухото, се нарича стреме. Преходът от суспензията към стремето беше осъществен, когато рибата дойде на сушата. За да чувате във вода, имате нужда от съвсем други органи, отколкото на сушата. Малкият размер и положение на стремето му позволяват да улавя възможно най-добре малките вибрации, възникващи във въздуха. И тази структура възникна поради модификация на устройството на горната челюст.

Можем да проследим историята на произхода на нашите слухови костилки от скелетните структури на първата и втората клонна арка. Историята на чука и наковалнята (вляво) е показана, започвайки от древните влечуги, а историята на стремето (вдясно) от още по-древни хрущялни риби.

Средното ни ухо съдържа следи от две основни промени в историята на живота на Земята. Появата на стъпалата - нейното развитие от висулката на горната челюст - е причинена от прехода на рибите към живот на сушата. На свой ред малеусът и наковалнята са възникнали по време на трансформацията на древните влечуги, при които тези структури са били част от долната челюст, в бозайници, които те помагат да чуят.

Нека погледнем по-дълбоко в ухото - във вътрешното ухо.