Оказывается, с момента своего возникновения - а это 350 миллионов лет назад - язык принял множество форм
Когда игрок Патрик Магомс - звезда американского футбола, готовится к броску, его язык делает кое-что не менее интересное. Магомес готовится отдать пас, и вытягивает язык. Некоторые ученые говорят, что это может быть больше, чем глупая причуда. Выступы языка могут улучшить точность движений рук.
Мы редко задумываемся о том, насколько подвижным должен быть наш собственный язык, чтобы произносить слова или избегать укусов. Язык нам помогает пробовать пищу на вкус и проглатывать ее.
Но это только начало универсальности языка в животном мире. Без языков мало кто из наземных позвоночных мог бы существовать. Первые из их предков, которые вылезли из воды около 400 миллионов лет назад, обнаружили разную пищу, но чтобы ее попробовать требовался язык.
Ассортимент продуктов, доступных этим первопроходцам, расширился по мере того, как языки трансформировались в новые специализированные формы — и в конечном счете приобрели функции, выходящие за рамки приема пищи.
“Невероятные вариации формы языка позвоночных изобилуют удивительными примерами почти невероятной адаптации”, - говорит Курт Швенк, биолог-эволюционист из Университета Коннектикута.
Саламандры, выхватывающие липкие языки длиной больше своего тела, чтобы ловить насекомых; змеи, “обнюхивающие” окружающую среду раздвоенными кончиками языков; колибри, прихлебывающие нектар из глубин цветов; летучие мыши, щелкающие языками для эхолокации — все это показывает, как языки позволили позвоночным использовать каждый земной уголок и трещинку. У людей еще больше функций сосредоточено на языке. “Я поражен всем, что мы делаем с помощью нашего языка: едим, разговариваем, целуемся.
Это центральная часть того, что значит быть человеком ”, - говорит Джессика Марк Уэлч, микробиолог-эколог из Института Форсайта.
“Идея в том, что если вы можете дотянуться своим языком, вы можете дотянуться и руками, и вы можете дотянуться своими мыслями”, - говорит Иэн Уишоу, нейробиолог из Университета Летбриджа. “Интуитивно, возможно, мы это знаем”, - добавляет он, когда мы используем такие фразы, как “кончик языка”, “оговорка” и “прикусываю язык”.
И все же, как появились языки, “является одной из самых больших загадок в нашей эволюционной истории”, - говорит Сэм Ван Вассенберг, функциональный морфолог из Университета Антверпена. Как и другие мягкие ткани, языки редко сохраняются в окаменелостях. Скрытые во рту, они не поддаются легкому наблюдению. Однако в последнее десятилетие новые технологии начали демонстрировать языки в действии у различных групп животных.
Эта работа начинает давать новое представление об эволюционных траекториях языка и о том, как его специализация способствовала дальнейшей диверсификации. Кори Эванс, биолог-эволюционист из Университета Райса, говорит, что чем больше биологи узнают, тем больше убеждаются, что “языки - это действительно фантастика”.
ЯЗЫК, ОКАЗЫВАЕТСЯ, довольно скользкая вещь для определения. Хотя структуры, подобные языку, существуют практически у всех позвоночных, “Нет четкого определения того, что представляет собой ”настоящий язык", - говорит Даниэль Шварц, биолог-эволюционист из Государственного музея естественной истории Штутгарта.
Мы склонны думать о языках как о мягких, мускулистых и гибких — таких, как наш собственный. Человеческий язык - это мышечный гидростат, который, подобно воздушному шарику с водой, должен сохранять тот же общий объем, когда меняется его форма.
Итак, когда Магомес высовывает язык, он в целом становится тоньше, чем когда он просто сложен во рту; то же самое верно для фиолетового языка жирафа, когда он вытягивается на 46 сантиметров, чтобы срывать листья с колючей ветки дерева.
Но более мрачные случаи существуют в других частях животного мира. Небный орган рыб, таких как пескари, карпы и сомы, также может представлять собой пучок мышц, но биологи расходятся во мнениях о том, следует ли считать его языком. “Вместо того, чтобы находиться в нижней части рта, он находится наверху”, - говорит Патрисия Эрнандес, функциональный морфолог из Университета Джорджа Вашингтона. И, несмотря на множество идей, никто на самом деле не знает функции этого органа, добавляет Эрнандес.
Это потому, что рыбам не нужны языки, подобные нашим, чтобы глотать пищу. Они могут полагаться на всасывание. Они широко открывают свои челюсти, расширяют глотку и прокачивают воду через жаберные щели, создавая потоки, которые проносятся мимо пищи.
Но “в тот момент, когда животные высовывают голову из воды, всасывание становится бесполезным”, - говорит Швенк, посвятивший свою карьеру изучению языков животных. Как только эти существа вышли на сушу, “им понадобилось что—то вместо воды”, чтобы втянуть добычу в свой пищевод, а воздух недостаточно плотный.
В течение миллионов лет первые сухопутные обитатели, вероятно, возвращались в океан, чтобы проглотить добычу, пойманную на суше. Возможно, некоторые из них высоко держали голову и позволяли гравитации делать всю работу, подобно многим птицам сегодня.
Но задатки нового способа питания уже присутствовали в анатомии рыб: серия изогнутых костей, называемых жаберными дугами, и поддерживающие их мышцы. У рыб жаберные дуги образуют челюсти, подъязычная кость, которая поддерживает заднюю часть челюсти, и скелет, который формирует горло и жаберные щели.
Когда рыба питается, мышцы, поддерживающие эти структуры, производят всасывание, вдавливая и втягивая подъязычную кость и расширяя жаберные щели для втягивания воды. Специалистам по языку эти движения кажутся знакомыми. “Движение подъязычной кости для создания всасывания очень похоже на движение языка взад-вперед для манипулирования добычей”, - объясняет Швенк.
Швенк и Ван Вассенберг считают, что у ранних наземных позвоночных жаберные дуги и связанные с ними мышцы начали изменяться, образуя “протоязык”, возможно, мышечную подушечку, прикрепленную к подъязычной кости, которая хлопала при движении подъязычной кости. Со временем подушечка стала длиннее и более управляемой, а также более искусной в захвате добычи и маневрировании ею
Рассвет языка
Сделав возможным поглощение пищи без всасывания, эволюция языка около 350 миллионов лет назад сыграла ключевую роль в том, что позвоночные смогли выйти из моря и жить на суше. Структуры скелета, первоначально использовавшиеся для открытия жабр, должны были развиться в кости, которые могли поддерживать язык и его движения.
Основываясь на экспериментах с тритонами, Шварц считает, что протоязык стал функциональным еще до перехода на сушу. Как и другие саламандры, тритоны в молодости водные, но во взрослом возрасте в основном наземные.
Их метаморфоза и сопровождающее ее изменение в стратегиях питания могут быть сродни переходу от воды к суше, произошедшему сотни миллионов лет назад. И в нем содержится ключ к пониманию того, как могли разворачиваться эти изменения.
Шварц и его команда обнаружили, что перед тем, как тритоны превращаются в полноценных взрослых особей, у них развивается похожий на язык придаток, который прижимает пищу к острым, похожим на иглы “зубам” на небе их рта. Открытие, о котором он и его коллеги сообщили в 2020 году, предполагает, что структура, подобная языку, возможно, помогала ранним четвероногим питаться еще до того, как они выбрались на твердую почву.
ТРЕБОВАНИЯ К ПИТАНИЮ, возможно, и подтолкнули к появлению языка, но затем естественный отбор приспособил и отточил его для множества других целей, иногда создавая “смехотворно безумные специализированные системы”, - говорит Швенк.
Например, перепончатопалые саламандры (Гидроманты) выхватывают липкий язык, чтобы схватить насекомых или других мелких членистоногих, выпуская через рот весь скелет своего горла. Этот режим питания включал переоснащение мышц горла, при этом один набор накапливал эластичную энергию, которая могла мгновенно высвобождаться для высовывания языка, а другой набор втягивал язык обратно.
Другие саламандры, по меньшей мере 7600 лягушек и жаб, а также хамелеоны и другие ящерицы независимо развили другие экстремальные формы этого скорострельного “баллистического” питания. Хамелеоны, например, запускают свои языки со скоростью почти 5 метров в секунду, ловя сверчков менее чем за 1/10 секунды.
Баллистическое кормление требовало адаптации поверхностей языка и покрывающей их слюны. Обильная клейкая слюна, выделяющаяся из едва заметных выступов, называемых сосочками, может помочь сделать язык некоторых лягушек настолько липким, что они могут поймать добычу на 50% тяжелее себя.
Слюна покрывает сосочки, которые могут действовать как крошечные липкие пальчики, помогая захватывать добычу, сообщил Дэвид Ху, исследователь биомеханики из Технологического института Джорджии, и его коллеги в 2017 году.
Рогатые ящерицы (Phrynosoma) используют покрытые слюной языки не только для захвата добычи, но и для защиты от нее. Муравьи, которых они едят, сильно кусаются и особенно ядовиты, но ящерицы проглатывают их живьем.
В 2008 году Швенк и Уэйд Шербрук, бывший директор Юго-Западной исследовательской станции Американского музея естественной истории, обнаружили, что толстые нити слизи, выделяемые сосочками языка и горла, выводят из строя вредную добычу. Совсем недавно Швенк обнаружил, что у рогатых ящериц мышцы, которые обычно образуют бока языка, прикреплены только сзади. Эволюция преобразовала свободные части мышц в гребни по бокам языка, возможно, чтобы создать слизистый карман для связывания муравьев перед глотанием.
В то время как языки многих лягушек и ящериц были приспособлены для ловли добычи и доставки ее в люк, языки змей вместо этого эволюционировали, чтобы обеспечить изысканное обоняние, адаптацию, которая позволяет змеям обнаруживать удаленную или спрятанную добычу и подкрадываться к ней незаметно.
Различия в концентрациях пахучего вещества, ощущаемого каждым зубцом раздвоенного языка змеи, помогают ей добраться до невидимой добычи. Какими бы стереотипными ни казались движения языка, на самом деле они довольно податливы. Змеи, которые выслеживают добычу как в воде, так и в воздухе, такие как северная водяная змея (Nerodia sipedon), изменяют движения своего языка в зависимости от того, находится ли их голова под водой, на поверхности или в воздухе, сообщили Швенк и его бывший аспирант Уильям Райерсон в прошлом году в интегративной и сравнительной биологии. Похоже, что они регулируют характер щелчков, чтобы оптимизировать сбор молекул запаха в различных условиях.
ЭВОЛЮЦИЯ ЯЗЫКА помогла рептилиям и амфибиям захватывать добычу животных, но у птиц некоторые из самых диковинных языковых адаптаций отражают вкус к растениям. Большинство птичьих языков представляют собой жесткий кусочек кератина (например, ногти) или кости с небольшим количеством мышц или другой живой ткани. Они “всего лишь конвейерная лента для перемещения пищи спереди назад”, - говорит Швенк.
Но есть исключения — в первую очередь у колибри и других птиц, которые питаются нектаром. “Язык, вероятно, является наиболее важным компонентом для кормления птиц нектаром”, - говорит Дэвид Кубан, аспирант Вашингтонского университета (UW), который работает с поведенческим экофизиком Алехандро Рико-Геварой.
Нектар наполнен энергией, и его легко найти. Но в каждом цветке содержится всего капля или около того, часто заключенная в длинный узкий соцветие. Многие колибри, солнечные птицы, питающиеся нектаром, и другие неродственные группы птиц справляются с этими ограничениями, будучи маленькими — обычно менее 20 граммов — и имея длинные тонкие клювы и высокоспециализированные языки.
Обратили свое внимание на некоторых из самых странных птиц, питающихся нектаром: попугаев. При росте 30 сантиметров и весе 100 граммов радужный лорикет возвышается над большинством нектариоядных птиц и совершенно не способен парить в воздухе, как колибри. У него типичный короткий, толстый, крючковатый клюв попугая и мускулистый язык, очень похожий на наш собственный — все черты, которые делают невозможным прихлебывание нектара из длинных, тонких соцветий. Но Рико-Гевара и Кубинец определили приспособления, которые позволяют этим попугаям получать сладости.
ОДНАКО ИМЕННО У МЛЕКОПИТАЮЩИХ язык проявляет свою максимальную универсальность. Язык млекопитающих эволюционировал в сложную сеть мышечных волокон, способных двигаться сложными способами даже без каких-либо костей, сухожилий или суставов. У большинства видов он способствует сосанию, у некоторых помогает в терморегуляции (представьте тяжело дышащую собаку),
а у некоторых выполняет даже более специализированные задачи, такие как производство звуков, используемых для эхолокации у летучих мышей и речи у людей. И на нем расположены вкусовые рецепторы, которые помогают направлять питание у всех этих видов. “Языки большинства млекопитающих совершают великие подвиги”, - говорит Ху. “Это действительно многофункциональный инструмент, которому уделяется меньше внимания только потому, что он менее доступен, чем внешние придатки животного”
Самая важная работа языка у млекопитающих - располагать пищу для пережевывания и проглатывания. В зависимости от вида, это может означать перекладывание пищи с одной стороны на другую при каждом откусе или ограничение ее только одной стороной, в то время как сам язык остается на безопасном расстоянии от жующих зубов. Затем, с добавлением слюны, которую он помогает вырабатывать, язык формирует пюре из пищи в виде округлого “комка”, который может легко поместиться в горле. Наконец, он выталкивает этот комок обратно для проглатывания, следя за тем, чтобы пища не попала в дыхательные пути. В некотором смысле язык стал “рукой рта”, - говорит Дж.Д. Лоуренс-Чейзен, биолог из Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии.
Вся эта обработка позволяет млекопитающим переваривать пищу быстрее и эффективнее, поэтому они получают из своего рациона больше, чем большинство других животных. Эта щедрость способствовала другим эволюционным достижениям, таким как высокая скорость метаболизма и активность, длительная беременность и большой мозг. Действительно, Каллум Росс, биомеханик и нейробиолог из Чикагского университета, считает происхождение жевания одним из трех эволюционных переходов, обусловленных языком, наряду с переходом от воды к суше и возникновением человеческой речи.
Общая область мозга для руки и языка имеет эволюционный смысл, говорят исследователи. У ранних наземных животных ловкий язык был необходим для питания; позже, когда некоторые животные начали хватать пищу конечностями, эволюция, возможно, задействовала ту же схему мозга, которая управляет языком для координации движений рук. Еще более сложное поведение, такое как мышление, могло возникнуть из-за способности мозга, которая изначально развивалась для координации языка. “Я думаю, что это центр нашего существа, каким бы безумным это ни казалось”, говорит Уишоу.
По материалам Лиз Пенниси
Science
Читайте также:
Потеря аппетита может быть симптомом рака
Телесюжет времен СССР - как освещали визит Маргарет Тэтчер
Сомерсет Моэм - писатель и шпион