Женщина. Эволюционный взгляд на то, как и почему появилась женская форма: читать начало книги онлайн

В предыдущей главе мы обсуждали развитие женщины в утробе матери – формирование яичников, а затем других репродуктивных органов и гениталий в ответ на выработку эстрогена. Ткани молочных желез закладываются в то же время, и их пренатальное развитие проходит у мужских и женских особей совершенно одинаково. Примерно через месяц после зачатия у эмбриона на брюшной стороне образуются два гребня – млечные линии, которые проходят от подмышек до паховой области. Вдоль этих линий у эмбриона формируются млечные бугорки. Количество бугорков разное у разных видов и зависит от максимально возможной величины помета. Например, у мышей их десять (по опыту работы с лабораторными мышами я знаю, что у них в помете обычно шесть-десять детенышей), а у людей только два. В процессе формирования бугорков ненужные участки млечных линий исчезают. Иногда у людей появляются лишние соски. Наверняка вы видели пляжные фотографии самоуверенного актера Марка Уолберга или, если вы фанат сериала «Друзья»[33], знаете о «бугорке» Чендлера[34]. Это редкий случай, когда ненужный отрезок млечной линии не исчезает полностью, поэтому формируется дополнительный сосок. В оставшийся период внутриутробного развития под каждым бугорком закладывается основа молочной железы – жировые клетки, зачаток железы, которая будет производить молоко, протоки, по которым молоко будет передвигаться, и сосок. Новорожденные обоих полов совершенно точно могут производить молоко, и 5 процентов из них это делают! Такое молоко назвали «ведьминым» из-за сказаний XVII века, в которых описывалось, как ведьмы крали молоко у младенцев для своих магических целей. Но как только материнские гормоны полностью покидают организм новорожденного, «ведьмино молоко» пропадает и развитие грудных желез останавливается до полового созревания.

После рождения мозг и тело начинают активно расти, но с грудью и репродуктивной системой в младенчестве и раннем детстве почти ничего не происходит. Причем так устроено у большинства организмов – слишком энергозатратно вкладываться одновременно и в рост, и в размножение, поэтому организм выбирает что-то одно. Рост мозга после рождения у нашего вида особенно заметен. Относительно размеров тела человеческий мозг очень большой, но прямохождение ограничивает возможную ширину таза и, соответственно, размер головы детей во время рождения. Поэтому основное развитие мозга у людей начинается уже после рождения. Также у нас относительно длинный период детства по сравнению с другими млекопитающими. Как вид мы вкладываем много энергии и времени в развитие тела и мозга, чтобы потом пожинать эволюционные плоды – жить дольше и оставлять больше потомства.

Чтобы понять процесс развития молочных желез, необходимо поговорить о половом созревании, ведь именно гормональные изменения в этот период запускают развитие груди. Девочки делают первые шаги к половому созреванию гораздо раньше, чем вы думаете, – в 6–7 лет. Все начинается с надпочечников, которые подобно маленьким шапочкам лежат на самом верху почек (отсюда и название) и вырабатывают адреналин и другие гормоны, в том числе надпочечниковый андроген, играющий большую роль в половом созревании. Можете поблагодарить андрогены за различные непривлекательные (по крайней мере, в европейской культуре) признаки полового созревания – запах тела, прыщи и волосы на лобке. Тестостерон – тоже пример андрогена, но он вырабатывается семенниками. В женском теле надпочечники – основной источник андрогенов, которые сперва появляются в небольшом количестве (у девочек с 6–7 лет, у мальчиков несколько позже) и достигают пика примерно к двадцати годам. Именно в этом возрасте я, сытая по горло последствиями выработки андрогенов в моем организме, пошла к дерматологу, чтобы хоть как-то очистить кожу.

Через несколько лет, после включения надпочечников, яичники возобновляют свое развитие и начинают вырабатывать эстроген – ключевой гормон формирования молочных желез в период полового созревания. Что же этому предшествует? В мозгу вырабатываются три гормона, запускающие процесс созревания яичников: гонадотропин-рилизинг-гормон (ГНРГ), который вырабатывается в гипоталамусе и заставляет гипофиз выделять фолликулостимулирующий (ФСГ) и лютеинизирующий (ЛГ) гормоны, которые, покидая мозг, начинают стимулировать яичники. Мозг и раньше взаимодействовал с яичниками через эти гормоны, еще во время внутриутробного развития, но вскоре после рождения связь прекратилась. Получается, что гормональная передача сигналов, запускающая половое созревание, не создает что-то новое, а реактивирует систему, которую организм использовал в самом начале своего развития.

Откуда мозг знает, что пришло время полового созревания и пора производить гормоны и запускать работу яичников? Однозначно и не скажешь, ведь тут важны разные факторы, включая генетику (часто у женщин менструации начинаются в том же возрасте, что у их матерей), вес (у девочек с избыточным весом первая менструация начинается немного раньше, а у девушек с анорексией цикла нет совсем), общее состояние здоровья (у здоровых девочек менструация начинается раньше, чем у тех, у кого есть явные проблемы) и стадию развития скелета (для успешного рождения ребенка необходимо, чтобы таз был достаточно большим, поэтому у очень молодых девушек с несформировавшимся скелетом цикл не начинается). Но с чего бы все ни начиналось, как только мозг снова подаст сигнал яичникам, они продолжат свое развитие – продолжат выработку эстрогена, который, в свою очередь, снова начнет влиять на развитие репродуктивной системы и всего организма в целом. Это не происходит в одночасье. Чтобы репродуктивная система созрела, а девочка приобрела внешний вид женщины, требуются годы. Созревание обычно завершается к 15–17 годам.

Пока эстроген занимается своей крайне важной работой – вызывает рост и созревание внутренних репродуктивных органов (матки, влагалища и самих яичников), тело снаружи тоже заметно меняется. Вот типичная последовательность событий (время и порядок которых может значительно различаться): у девочки развиваются зачатки молочных желез; у нее начинают расти лобковые волосы; наблюдается скачок роста; начинается первая менструация; у нее растут волосы на подмышках; начинает накапливаться жир в районе бедер; грудь вырастает до размера груди взрослой женщины. Часто считают, что с началом первой менструации (или даже немного раньше) девочка достигла половой зрелости и уже может забеременеть, но большинство циклов в первый год или два являются ановуляторными – яйцеклетки в процессе не выделяются. Лишь к концу многолетней последовательности внешних изменений девушка достигает половой зрелости и начинает регулярно овулировать.

Эстроген, выделяемый яичниками, – главный фактор, провоцирующий внутренние и внешние изменения в процессе полового созревания (но не только он, также участвуют андрогены и гормоны, которые мы еще не обсуждали, – например, гормон роста и прогестерон). Эстроген производится из холестерина, органического соединения с плохой репутацией (его обвиняют в закупорке артерий), но это важная молекула, участвующая в производстве многих видов стероидных гормонов. Хотя именно мозг подталкивает яичники к выработке эстрогена (посредством гормонов ФСГ (FSH) и ЛГ(LH)), эстроген, в свою очередь, также влияет на мозг – в зависимости от его количества мозг решает, когда нужно высвобождать ФСГ и ЛГ. Таким образом, гормональные сигналы, запускающие половое созревание и менструальный цикл, больше похожи на диалог между мозгом и яичниками, а не на односторонние приказы. Даже яичники, вырабатывающие эстроген, сами же на него реагируют. То, что ткани нашего тела могут воспринимать эстроген и реагировать на него – очень важный нюанс.

Теперь давайте рассмотрим, как эстроген в период полового созревания влияет именно на молочные железы. Напомню, что при рождении основные компоненты груди есть и у женщин, и у мужчин. Половое созревание у женщин превращает эту простую систему в сложную – во взрослую грудь, состоящую из жировой и фиброзной ткани и включающую все необходимое оборудование для производства и транспортировки молока ребенку[35]. Чтобы было легче визуализировать, как все устроено, представьте дерево. Протоки, по которым течет молоко, – это ветви, а железистые клетки, вырабатывающие молоко, – цветы. Древовидная сеть желез и протоков ведет к соску – основанию нашего воображаемого дерева. Молоко, подобно нектару, стекает от цветов на кончиках ветвей к основанию.

Если продолжить аналогию, детская грудь – это крошечное голое деревце, только что посаженное во дворе: на нем мало ветвей и никаких цветов. В период полового созревания грудь начинает все больше напоминать дерево. Под действием эстрогена вырастают новые ветви, на которых появляются бутоны, но пока закрытые. Железистые клетки разрастаются и получают способность вырабатывать молоко, но для цветения им необходимы дополнительные гормональные сигналы, которые поступают только во время беременности и кормления грудью. Но внутренняя трансформация груди во время полового созревания не имеет ничего общего с внешней. Видимые изменения – это результат изменения матрикса[36] вокруг протоков и желез. Из-за действия эстрогена из яичников матрикс начинает накапливать жир.

Размер женской груди (при выборе белья он определяется размером чашки от A до D) зависит именно от количества жира, а не от количества протоков и желез. Женщина с маленькой грудью способна производить такое же количество молока, как и женщина с большой грудью.

Что действительно влияет на количество, так это частота кормления, хороший пример – когда женщина кормит несколько младенцев либо когда одна из желез не работает должным образом и женщина удваивает количество молока во второй. На размер груди влияет только жир, в большой его просто больше, чем в маленькой. Напомню, что эстроген яичников во время полового созревания дает сигнал матриксу о необходимости накапливать жир. Но яичники женщин с большой грудью не обязательно производят больше эстрогена. Проводились исследования с попыткой найти такую корреляцию, но в большинстве случаев было доказано, что взаимозависимости между размером груди и количеством циркулирующего эстрогена нет. Размер груди скорее зависит от чувствительности клеток молочной железы, которые производят жир, к эстрогену (и другим гормонам, передающим сигналы в эту область).

Развитие молочной железы на разных жизненных стадиях

Такая чувствительность определяется генетикой. Идея интуитивно понятная – у женщин с размером груди D, скорее всего, есть мама, или бабушка, или тетя с такой же большой грудью. Но интуицию подкрепили множество крупных генетических исследований на тысячах женщин с попытками найти связь между геномом и размером груди (а также риском появления рака молочной железы). Эти исследования показали, что генетические различия внутри и вокруг гена рецептора эстрогена, а также некоторых других генов, зависят от размера груди (и риска развития рака молочной железы). Рецептор эстрогена – это белок, расположенный в клетках и реагирующий на гормон эстроген. Увеличение или уменьшение количества этого рецептора в жировых клетках груди или, как вариант, изменение его структуры и/или активности, возможно, стало одним из эволюционных путей к увеличению или уменьшению груди.

Хотя у нас теперь есть подсказки, как размеры груди закодированы в геноме, остается непонятным, почему у людей эти размеры настолько варьируются и, что самое главное, почему вообще в нашей груди появился жир? Ведь большинство изменений в период полового созревания – расширение таза, увеличение матки, развитие системы протоков и желез, вырабатывающих молоко, – имеют явную репродуктивную цель, но зачем нашему созревшему организму откладывать жир в районе груди и бедер? Люди – единственные млекопитающие, у кого это происходит, и это породило множество домыслов об эволюционных преимуществах большой груди. Но вернемся к этому позже. Давайте сперва ответим на вопрос, почему млекопитающие вообще обзавелись этой древовидной системой желез и протоков?

Определяющая черта млекопитающих – способность производить молоко. По крайней мере у половины из них. За редким исключением, особи млекопитающих мужского пола не могут лактировать[37]. В предыдущей главе я рассказывала, что млекопитающие – многообразная группа животных, включающая три подгруппы: откладывающие яйца однопроходные, сумчатые и плацентарные. Млекопитающие отличаются от птиц и рептилий наличием волос, потовых и молочных желез и особенностями скелета – именно эти признаки систематик Карл Линней[38] в 1700-х годах использовал для выделения класса Mammalia (mamma с латинского переводится как «грудь»).

Самки млекопитающих из-за наличия молочных желез уникальны, но другие животные выработали множество разнообразных способов вскармливания потомства, пока те еще слишком маленькие, чтобы добывать или переваривать пищу. У многих видов птиц самки (и иногда самцы) сами потребляют пищу, переваривают ее, а потом срыгивают прямо в рот птенцам. У голубей и фламинго самки и самцы вырабатывают жидкость, называемую «зобным молоком», поскольку производится оно в зобе птицы. Зоб, который находится у основания шеи и необходим для хранения и увлажнения пищи, выделяет у этих видов жидкость, богатую белком и жиром, которую они используют для кормления вылупившихся птенцов. Некоторые виды морских улиток помимо оплодотворенных яиц откладывают неоплодотворенные, которые потом съедаются вылупившимся потомством. Детеныши дискусов[39] питаются кожей своих родителей, оба из которых специально для этой цели выделяют богатую белком слизь. Самка африканской червяги, лишенной конечностей амфибии из Кении, также вырабатывает питательное вещество на своей коже, которое детеныши потом соскребают зубами (бедняжка, я думала, это мне приходилось плохо, когда малыши кусали меня во время кормления, но ежедневные соскобы с кожи звучат как нечто более страшное). Самый экстремальный способ кормления у некоторых пауков – вылупившиеся детеныши съедают мать заживо.

Среди таких впечатляющих стратегий по выкармливанию потомства лактация занимает особое место. Она позволяет взрослым млекопитающим быть более адаптивными к условиям питания, размножения и жизни в целом. Самки голубых китов кормят своих малышей в течение почти шести месяцев, за это время детеныши набирают около двадцати килограммов, а матери не едят совсем. Некоторые медведицы могут кормить медвежат до двух месяцев, не выходя из берлоги, потому что они запасают жировые запасы заранее и используют их для поддержания жизнедеятельности во время вскармливания. Сложно признать, но у меня не было необходимости поедать столько булочек с корицей и латте, пока я кормила детей грудью, потому что у меня тоже был хороший запас, накопленный за счет тех же булочек с корицей и латте во время беременности!

Молоко, производимое молочными железами, полностью соответствует пищевым требованиям новорожденных млекопитающих. У всех видов млекопитающих в молоке есть базовые ингредиенты: жиры, углеводы и белки. Особые варианты жиров (жировые шарики молока), углеводов (лактоза и более сложные сахара) и белков (казеина и сыворотки) уникальны – в природе они больше нигде не встречаются. Молоко также содержит сотни других ингредиентов, в том числе различные антитела, антимикробные факторы, гормоны, витамины, минералы, материнские стволовые клетки и даже бактериальные клетки. Недавние исследования грудного молока выявили более полутора тысяч белков, которые помогают пищеварению, укрепляют иммунитет и развивают нервную систему. Сложные сахара в грудном молоке представляют собой пребиотики, которые способствуют росту полезных кишечных бактерий, и антибиотики, которые предотвращают рост вредных бактерий. Один из удивительных фактов о молоке – его состав может изменяться в течение одного кормления и в течение дней/месяцев/лет кормления грудью, в зависимости от того, что нужно младенцу в данный момент. Самки макаки-резуса могут менять состав молока даже в зависимости от того, кормят они сыновей или дочерей: сыновья получают больше белка и жира, а дочери больше кальция и большее количество молока в целом. Состав молока также варьируется у разных видов в зависимости от конкретных потребностей детенышей млекопитающих. Хохлачи[40] рождаются прямо на льду, для выживания им необходим жир, неудивительно, что содержание жира в тюленьем молоке составляет около 60 процентов (у людей грудное молоко содержит всего четыре процента жира). Молоко флоридских кроликов богато и протеином, и жиром – их детенышам необходимо концентрированное молоко, потому что крольчихам приходится надолго покидать гнездо в поисках корма. Уникальный состав молока каждого вида млекопитающих – большая помеха для производителей детских смесей, которые делают на основе коровьего молока, ведь оно предназначено для телят, а не для человеческих детенышей.

К счастью, эти производители придумали довольно хорошую формулу, которая спасает матерей, которые не могут или не хотят кормить грудью. У остальных видов млекопитающих такой опции нет. Рискуя показаться проповедником грудного вскармливания, все равно скажу: грудное молоко – это идеальная пища для ребенка, единственная, которая содержит все необходимые ингредиенты, «жидкое золото», если хотите. Большинству такое восхваление покажется чрезмерным, но для растущего хохлача, чья жизнь проходит в чрезвычайно сложных условиях и зависит от этой жировой жидкости, подобное определение вполне уместно. И для тех из нас, кто часами сцеживал грудное молоко для своего младенца, термин тоже звучит правдоподобно. Пролить это жидкое золото – одно из самых больших огорчений молодой матери, еще хуже, когда его проливает ничего не понимающий партнер.

Вернемся к вопросу, почему молоко и средство его производства – грудь – вообще появились. Учитывая, что молоко – это идеальная пища для детенышей млекопитающих, на ум приходит очевидный ответ: грудь появилась, чтобы обеспечивать питание. Но, скорее всего, это не так. Эволюция груди была сложной загадкой для Дарвина в период, когда он создавал свою теорию, поскольку многие его современники считали невероятным, что сложная молочная железа могла развиться путем «многочисленных последовательных небольших модификаций» именно для выработки молока. В настоящее время большинство исследователей согласны, что грудь изначально выполняла другие функции и лишь после ряда небольших изменений взяла на себя роль поддержки питания детенышей.

Что это были за функции? Одно из наиболее правдоподобных объяснений эволюции молочной железы принадлежит Олаву Офтедалу, ученому из Смитсоновского института[41]. Используя сочетание палеонтологии, генетики, сравнительной биологии и биологии развития, он утверждает, что в эволюции железы, которая начала производить молоко, было много промежуточных этапов. Они начались более 350 миллионов лет назад, когда первые четвероногие животные ступили на сушу. У тех амфибиеподобных существ были простые кожные железы, которые выделяли дезинфицирующую и увлажняющую тело жидкость. Возможно, эти кожные выделения также увлажняли и защищали от микробов яйца тех древних существ, как происходит у современных амфибий (амфибии выделяют из кожных желез сотни противомикробных соединений, а саламандры, размножающиеся на суше, стараются держаться поближе к яйцам, чтобы сохранять их увлажненными).

Между 300 и 350 миллионами лет назад появились первые амниоты – группа, в которую входят современные млекопитающие, рептилии и птицы. Ключевым различием между амниотами и амфибиями является амниотическое яйцо, содержащее дополнительные оболочки, которые позволили первым амниотам жить и размножаться вдали от воды. Каждый раз, когда вы разбиваете куриное яйцо, вы мельком прикасаетесь к этому величайшему результату эволюции. Оплодотворенная амниотическая яйцеклетка включает оболочку, в которой хранится желток, мембрану, в которой хранятся отходы, мембрану, окружающую эмбрион, и мембрану, которая закрывает все эти отсеки и обеспечивает газообмен с окружающей средой. Не волнуйтесь, яйца из магазина не оплодотворены и не содержат эмбрионов.

У многих амниотических яиц есть скорлупа, как у куриных, но у яиц тех ранних амниотов кальцинированной оболочки не было. Скорее, у них было кожистое покрытие, что-то похожее на пергамент, подобное сегодня можно встретить на оболочке яйца утконоса. Ранние амниоты вскоре разделились на две ветви – одна привела к появлению млекопитающих, а вторая – к появлению птиц и рептилий. У некоторых представителей ветви птиц/рептилий развилась твердая кальцинированная яичная скорлупа, но у ветви, которая пришла к млекопитающим, оставался пергамент. Проблема пергамента в том, что он легко пропускает воду в обе стороны, из-за чего яйца подвержены высыханию. Самкам, высиживающим такие яйца, пришлось начать решать эту задачу.

Появление ключевых признаков у наземных животных

Но обезвоженные яйца были не единственной проблемой, коже древних амниотов тоже пришлось адаптироваться. Поскольку первоначально через кожу уходило много влаги, постепенно амниоты добавили в ее структуру волокнистый белок кератин, который действовал как защитное и герметизирующее средство (вот почему кератиновое лечение волос так популярно). Птицы и рептилии развили в себе еще более прочные кератины, из которых образовались чешуйки, отлично удерживающие влагу внутри тела. Но это не входило в планы нашей ветви амниот – нам не хватает этих дополнительных специализированных молекул кератина, необходимых для образования чешуек. Вместо них у нас развились новые типы кожных желез – на основе простых кожных желез амфибиоподобных животных, о которых я говорила ранее. Помимо водянистых выделений, эти новые железы выделяли вещества, которые помогали сделать кожу водонепроницаемой. Скорее всего, это были маслянистые и воскообразные субстанции.

Офтедал особо выделяет одну железу – апокринную потовую. На нашем теле – в области подмышек и паха и на голове – имеется множество апокринных потовых желез. Они выделяют маслянистый пот (в отличие от эккриновых потовых желез, которые производят разбавленный водянистый пот). Апокринные потовые железы часто связывают с сальными железами (которые вырабатывают более маслянистое вещество, кожное сало, у некоторых людей из-за него появляются прыщи). Апокринные железы вырабатывают секрет особым образом: пот выделяется в маленьких жировых мешочках, отпочковавшихся от клеток железы. Это похоже на то, как молочная железа выделяет молочные жиры. Основные структуры апокринных и молочных желез также схожи (слой секретирующих клеток накрывает слой мышечных клеток, которые сокращаются, чтобы помочь железе выгрузить свои продукты). Учитывая эти сходства, Офтедал предполагает, что апокриноподобная потовая железа была предшественником молочной железы. И его идею подтверждают утконосы, самые «примитивные»[42] на сегодняшний день млекопитающие, у которых молочные железы связаны с сальными железами.

Первоначально эти потовые и сальные железы выделяли вещества, которые смазывали и защищали кожу и яйца предшествовавших млекопитающим амниот, этот секрет мог также содержать некоторые антибактериальные ингредиенты, предохраняющие от инфекции. Возможно, выделения способствовали и терморегуляции – мы знаем, что древние амниоты постепенно стали теплокровными и начали выделять пот, помогающий поддерживать постоянную температуру тела. Все это звучит логично и дает нам представление об эволюции амниот, но при чем здесь молоко? Современная генетика дает ответ на этот вопрос.

Как и в случае с молоком, основная задача амниотического яйца – питание развивающихся детенышей, и мы знаем, какие гены в этом замешаны. Давайте снова поговорим о курином яйце. Оно необходимо, чтобы обеспечить эмбрион пищей, большая часть которой находится в желтке. Желток содержит белки, жиры и даже некоторые углеводы, а также необходимые минералы, такие как фосфор и кальций (как и молоко). Один из самых важных протеинов в желтке – вителлогенин. Вырабатываемый в печени кур, он является важным источником белка, а также привносит в желток множество других питательных веществ. Ученые просканировали геномы живых амниот и обнаружили три гена вителлогенина. У рептилий и птиц, чье потомство все еще зависит от яичного желтка, эти гены отлично себя чувствуют. Но у млекопитающих гены вителлогенина постепенно утратили свою функцию. Утконос, откладывающий яйца, в которых есть желток (но не так много, как у птицы и рептилии), имеет только один функционирующий ген вителлогенина. У сумчатых и плацентарных млекопитающих, которые вообще не полагаются на желток для питания своих детенышей, этого гена нет. Единственное свидетельство наличия вителлогенина в геномах сумчатых и плацентарных – это сломанные кусочки этих древних и ныне исчезнувших генов.

[33] Американский ситком, признан одним из лучших комедийных сериалов в истории американского телевидения. – Прим. пер.

[34] Персонаж американского сериала «Друзья». – Прим. пер.

[35] Мужчинам обычно не хватает эстрогена для такой трансформации, но в редких случаях, если завышен эстроген, у мужчины появляется видимая грудь.

[36] Межклеточный материал. – Прим. пер.

[37] Производство молока у самцов в дикой природе наблюдалось у двух видов крыланов (но назначение этого феномена остается неизученным), а также у некоторых домашних животных и человека при гормональных нарушениях или под влиянием экзогенных гормонов.

[38] Шведский естествоиспытатель, систематик и медик, основоположник научной классификации живых организмов. – Прим. пер.

[39] Рыбы, распространенные в бассейне реки Амазонки. – Прим. пер.

[40] Млекопитающее семейства тюленевых. – Прим. пер.

[41] Научно-исследовательский и образовательный институт в США и принадлежащий ему комплекс музеев. – Прим. пер.

[42] Это не значит, что утконосы менее развитые, чем мы, просто однопроходные первыми отделились в отдельную ветвь, поэтому мы делаем вывод, что многие их черты (например, откладывание яиц) также были и у первых млекопитающих.