Для того чтобы узнать, откуда у нас взялись конечности, нам придется вернуться к ранним стадиям эмбрионального развития. На четвертой неделе после зачатия зародыш свертывается в трубку, превращаясь из плоского трехслойного зародышевого диска в три вставленных друг в друга цилиндра. По обе стороны от головы появляются дисковидные утолщения, из которых сформируются хрусталики глаз и заполненные жидкостью лабиринты внутреннего уха. По сторонам шеи образуются ряды жаберных или глоточных дуг. С каждой стороны тела, на его задней (дорсальной) стороне отчетливо видны сомиты, а кроме того, с каждой стороны появляются два парных выпячивания, которым суждено стать верхними и нижними конечностями – руками и ногами. Сначала эти бугорки состоят из скоплений рыхлой эмбриональной соединительной ткани, образующейся из среднего, мезодермального, слоя зародышевого диска (из «начинки» этого «сэндвича»). Снаружи этот бугорок одет слоем эктодермы. К шестой неделе зачатки удлиняются, образуя уплощенные пластинки кистей и стоп. В течение седьмой недели клетки пластинок кистей и стоп начинают отмирать.

Это нормальный ход развития; формирование человеческого тела включает не только рост и пролиферацию, но и смерть некоторых клеток. Гибель клеток очень важна, потому что уменьшает количество генетической информации, необходимой для построения тела. Действительно, гибель клеток – это фундаментальный процесс эмбрионального развития любого животного со сложным строением тела. Во многих случаях бывает проще создать избыток ткани, а потом убрать лишнее, нежели сразу тщательно кроить сложную структуру. Наглядный пример – развитие нервной системы: в мозге новорожденного младенца содержится 90 миллиардов нервных клеток (нейронов), а потом происходит уничтожение почти половины этого количества. В результате процесса удаления лишнего остаются только те нейроны и синапсы, которые доказали свою полезность. Таково физическое проявление обучения – намного легче создать в самом начале избыточное число нейронов, а затем уменьшить их количество после того, как они образуют устойчивые связи, нежели тщательно программировать с самого начала все эти соединения и связи. Моя трехлетняя дочь уже хорошо усвоила этот принцип. Когда она создает картины с помощью клея и блесток, то сначала наносит на бумагу рисунок клеем. Затем, вместо того чтобы аккуратно наносить блестки по нарисованным линиям, она рассыпает их по всей поверхности листа, а затем просто смахивает излишки. Так же в процессе развития глаза отмирание клеток хрусталика позволяет его зачатку отделиться от покрывающего его слоя эктодермы. Программированная клеточная смерть – самоубийство клеток – обеспечивает прорезание просветов в сплошных клеточных тяжах, превращая их в трубки – именно так образуются у эмбрионов кровеносные сосуды. Камеры сердца формируются благодаря сочетанию запрограммированной смерти одних клеток и размножения других. В кончиках развивающихся конечностей людей, мышей и птиц клеточная смерть помогает пальцам отделиться друг от друга. Если клетки перестают отмирать, то ребенок может родиться со сросшимися пальцами.

В ходе изменения конечности от зачатка до вполне узнаваемой миниатюрной руки или ноги интересны не только эти внешние преобразования, но и процессы, происходящие внутри растущей конечности. В упомянутом мезодермальном ядре эмбриональные клетки образуют скопление и дифференцируются в хрящевые клетки. К шестой неделе в зачатках конечностей уже содержатся хрящевые модели их будущих костей. В игру снова вступает клеточная смерть, на этот раз для того, чтобы сформировать суставы между хрящевыми моделями. Из клеток, окружающих новообразованные суставные полости, образуется хрящевая выстилка суставных поверхностей сочленяющихся костей, а также оболочки сумок с вязкой синовиальной жидкостью, смазывающей суставные поверхности.

В течение восьмой недели в середине «моделей» из хрящей начинает образовываться истинная костная ткань, и это окостенение продолжается до тех пор, пока хрящевая ткань (к моменту рождения) остается только на концах костей. После рождения очаги окостенения появляются и в этих концах, но эти очаги не сливаются с зонами окостенения в стержнях костей в течение следующих многих лет. Секрет быстрого роста костей в детстве заключается в том, что в костях остается немного хрящевой ткани. Эти хрящевые участки имеют форму дисков, заключенных между телом и концом каждой длинной кости организма. Этот диск называют «пластинкой роста» или «зоной роста». Окончательное исчезновение этих хрящевых зон происходит с их окостенением при достижении костью «взрослой» длины, а случается это в конце подросткового периода. После окостенения зон роста кость теряет способность расти в длину. В некоторых костях такое закрытие зон роста происходит очень поздно – зоны роста в ключицах закрываются у взрослых людей иногда только к тридцати годам.

Развитие руки и кисти человеческого эмбриона

Зоны роста разных костей закрываются (согласно заложенной генетической программе) в разном возрасте (правда, в биологии все изменчиво), а это значит, что по динамике закрытия зон роста можно следить за правильностью развития ребенка. Это также очень полезно для определения возраста наступления смерти у подростков, чьи скелеты обнаруживают при археологических раскопках. Вот один пример из поселения викингов на острове Англси в Северном Уэльсе.

Место обнаруженной стоянки находится близ одной фермы на северо-восточном побережье Англси, откуда открывается превосходный вид на Сноудонию, расположенную на северо-западной оконечности Уэльса. Эта стоянка была обнаружена каким-то человеком с помощью металлоискателя – сначала он нашел древнюю монету, после чего на место прибыли археологи из Национального музея Уэльса во главе с доктором Марком Редкнэпом. Это поселение оказалось первым свидетельством заселения викингами Уэльса, на перевалочных пунктах торговых путей между Скандинавией и Северо-Западной Англией, Западной Шотландией и Ирландией. Раскопки производились каждое лето в течение более десяти лет. Мне посчастливилось участвовать в этой работе в качестве палеонтолога и специалиста по человеческим скелетам. Было открыто несколько захоронений, включая пять скелетов, обнаруженных в глубокой канаве на краю поселения. Пожалуй, слово «захоронение» не очень соответствует тому, что мы там увидели: похоже, эти трупы швырнули в канаву без всяких ритуалов и почестей. У одного скелета (принадлежавшего взрослому мужчине) руки были заведены назад и располагались близко друг другу – вероятно, его бросили в яму со связанными за спиной руками. Кем бы ни были эти люди, они, скорее всего, умерли насильственной смертью. Два скелета принадлежали подросткам.

Я помогала откапывать скелеты, но моя работа продолжалась еще долго после того, как траншеи были снова засыпаны землей. В Национальном музее Уэльса в Кардиффе скелеты были тщательно очищены, а кости размещены в должном порядке. Потом настала моя очередь: мне надо было выяснить все о людях, которым принадлежали эти останки.

У скелета под названием «скелет из второго захоронения» концы длинных трубчатых костей оказались незаращенными. Поверхности тупых концов тел костей и поверхность эпифизов были покрыты волнообразными зазубринами – типичная поверхность участков кости, сочлененных с хрящевой зоной роста. Хрящ – это мягкая ткань и не сохраняется в захоронениях, остаются лишь твердые кости, точнее, их неорганический остов. Я внимательно осмотрела область сращения в месте зон роста. Сращение отсутствовало в нижней части плечевой кости – обычно оно происходит в возрасте около 17 лет; в основаниях фаланг пальцев кистей зоны роста тоже оказались незаращенными – они зарастают к шестнадцати годам. Заращенными оказались зоны роста бедренных костей, а они начинают зарастать в возрасте одиннадцати лет. Эти данные указывали на то, что скелет принадлежал мальчику в возрасте от одиннадцати до шестнадцати лет. У этого скелета хорошо сохранились также зубы, и осмотр зубов позволил мне еще точнее определить возраст этого человека в момент смерти. Вторые коренные зубы у него уже прорезались, а третьи (зубы мудрости) – нет; коронки этих зубов полностью сформировались, а корни были еще недоразвиты. Это означало, что скелет принадлежал ребенку в возрасте от двенадцати до тринадцати лет.