Какими темпами шла эволюция? Постепенными «шажками» или взрывами, создававшими за относительно короткие периоды целые букеты абсолютно новых форм? Возможно, подсказку для установления истины даст нам один из самых важных гормонов в истории всего живого.
Чуть больше 100 лет назад, в 1911 году, аспирант Медицинской школы в Мюнхене, в будущем известный американский биолог Фредерик Гудернач, кормил головастиков различными тканями животного происхождения. Это несложное лабораторное исследование, которое сегодня подошло бы для школьных занятий по биологии, принесло поразительное открытие. Наевшись фрагментов конской щитовидной железы, личинки вдруг принялись стремительно метаморфизировать, то есть превращаться во взрослых лягушек. Именно с этого момента стало ясно, что выделяемый щитовидной железой тиреоидный гормон является мощнейшим стимулятором развития, и тогда биологическая наука решила присмотреться и к гормону, и к железе максимально пристально.
Слишком чистая вода
Для человека изменения функции щитовидной железы практически всегда вызывают заболевания. Чуть ли не половина населения Земли подвержена отрицательному влиянию либо дефицита гормона щитовидной железы — тиреоидного гормона, либо его избытка. И что особенно важно, этот гормон имеет многоплановое действие. Он влияет на рост, на формирование опорно-двигательной, нервной и пищеварительной систем, на обмен веществ, поддержание температуры тела и т. д. Недостаток тиреоидного гормона на ранних этапах развития человека зачастую приводит к кретинизму: замедлению роста, слабоумию и затруднению речевой функции. Тиреоидный гормон содержит йод, и поэтому наиболее серьезные проблемы, связанные с дефицитом гормона, наблюдались там, где йода не хватает. Речь далеко не всегда идет об экологически неблагополучных районах — в недавнем прошлом в ходу был термин «альпийский кретинизм». В некоторых районах Альп, как оказалось, настолько чистая вода, что содержание йода в ней близко к нулю. Как результат — высокая частота развития кретинизма среди местного населения. С проблемой удалось справиться, включив в рацион проживающих в этих районах людей йодированную соль.
Бунтующая камбала
Но еще более важную роль тиреоидный гормон играет в развитии холоднокровных позвоночных, в частности рыб и амфибий. И особенно тех, в онтогенезе которых присутствует стадия метаморфоза — превращения из личиночной формы в зрелую. В статье «Недоразвитые первопроходцы» («ПМ» № 9'2012) подробно говорилось о феномене неотении. При неотении детская (ювенильная), часто личиночная форма живого существа никогда не приобретает вид взрослой особи, но продолжает расти и достигает половой зрелости. Так вот, выяснилось, что один из решающих факторов для возникновения неотении — пониженный уровень тиреоидного гормона.
Личинка камбалы похожа на личинок обычных рыб. И лишь после метаморфоза рыба переворачивается на бок и ложится на дно, меняя при этом тип питания, а глаз со стороны, обращенной ко дну, «переезжает» на противоположную. Однако японцы, разводящие камбал на фермах, однажды заметили, что среди взрослых рыб попадаются особи, сохранившие личиночные черты: и плавают они в толще воды, а не лежат на дне на боку, и глаза на стандартном месте, и хищные повадки камбалы отсутствуют. «Неправильные» камбалы попадались и в открытом море. У всех этих взрослых личинок есть одно общее: они не прошли стадию метаморфоза в результате нарушений функции щитовидной железы.
Коварные гойтрогены
Гойтрогенами (от английского goiter – «зоб») называются вещества, которые подавляют синтез тиреоидного гормона щитовидной железой. Щитовидная железа начинает синтезировать гормон в ответ на получение из гипофиза другого (тиреотропного) гормона. Когда же срабатывает гойтроген, синтез щитовидной железы подавляется, и организм чувствует недостаток тиреоидного гормона. В ответ гипофиз увеличивает подачу своего гормона, как бы настойчиво «напоминая» щитовидке о невыполненных обязательствах. Но щитовидная железа под действием гойтрогенов работать нормально не может, и только увеличивается в размерах. Так возникает то самое заболевание, известное как «зоб».
Гойтрогены встречаются повсеместно и негативно действуют на человека. Например, в районах угольных шахт в воздухе и воде содержится целая масса сопровождающих уголь веществ, которые подавляют функцию щитовидной железы. Пока не додумались добавлять в пищу жителей этих мест йод, у них были серьезные проблемы со здоровьем и развитием детей. Есть гойтрогены, которые содержатся в растительной пище, например, в сорго, маисе и батате. В местностях, где сорго является основным продуктом питания (а это в основном отдельные районы Африки), местные жители сталкиваются с проблемой дефицита тиреоидного гормона, который зачастую сказывается на ментальных способностях, приводит к развитию зоба, а в крайних случаях – кретинизма. Носителями природных гойтрогенов являются и крестоцветные: капуста, репа, редька, редиска. В наших краях употребление этих овощей не сказывается на здоровье людей с нормальным уровнем тиреоидного гормона, но если уровень понижен – возможны негативные последствия. Даже у такого любителя капусты как заяц продолжительная капустная диета вызывала в эксперименте развитие зоба. Есть гойтроген и в сое. Некоторое время назад сою начали вовсю использовать в детском питании, но затем японцы заметили нежелательные побочные эффекты у малышей. С тех пор в детское питание стали добавлять йод, необходимый для синтеза тиреиоидного гормона.
Неандертальский кретинизм
Согласно одной из гипотез, проблемы со щитовидной железой испытывали и неандертальцы. В строении их тел наблюдаются некоторые черты, характерные для современных людей, страдающих кретинизмом: похожая структура костей, кургузое тело, короткие нижние конечности.
Решающая роль тиреоидного гормона в развитии организмов заставляет вспомнить теорию немецко-американского биолога Рихарда Гольдшмидта, считавшего макроэволюционные изменения следствием единичной мутации, влияющей на работу эндокринных желез и вызывающей скоординированные изменения морфологии организма, а не результатом постепенного накопления небольших эволюционных изменений. К ним могли относиться и мутации, связанные с производством тиреоидного гормона, а точнее, со всей тиреоидной осью.
Так выглядит щитовидная железа человека. Аналоги этого органа имеются у всех позвоночных (хоть и не у всех имеют вид компактной железы), а вырабатываемый ими гормон идентичен по химическому составу как для человека, так и для ланцетника.
Неправильный пучок
На то, что эволюция, по крайней мере временами, носила взрывной характер, указывает существование феномена «пучка видо"