Кости: внутри и снаружи - Рой Милз

Я упомянул остеодерму для полноты картины. Она обеспечивает защиту, а у крокодилов участвует в терморегуляции, но не выполняет опорную функцию. Поэтому давайте вернемся к скелету.

Вы когда-нибудь видели червяка толщиной пять сантиметров? Нет, конечно, потому что таких червей не бывает. А вот змеи достигают таких размеров, хотя их тело тоже цилиндрическое. Возникает вопрос: почему змеи бывают большими и страшными, а червяки нет? Если раздавить большого червя – я отнюдь не призываю вас это делать, – раздастся хлюпающий звук. Если же вы наступите на толстую змею, она может укусить вас, но вы услышите хруст множества ломающихся ребер. Костный скелет поддерживает массу тела змеи, позволяя ей быстро передвигаться. Кости служили опорой даже динозаврам, размер туловища которых равнялся половине длины футбольного поля, а рост – высоте четырехэтажного здания. У червей нет жесткого внутреннего каркаса. Они не могут эффективно сопротивляться гравитации и потому обречены на скромное существование. Некоторые лишенные костей обитатели морей и океанов, например медузы, могут вырасти до внушительных размеров, но от гравитации их оберегает вода. Помимо скелета существует несколько других успешных способов создания опоры. Эти конструкции не позволяют живым организмам вырасти до размеров динозавра, но вполне заслуживают упоминания.

Улиткам, а также устрицам и другим двустворчатым моллюскам жесткую опору обеспечивает внешняя раковина из карбоната кальция – одна из разновидностей экзоскелета[10]. Улитки, устрицы и моллюски добавляют карбонат кальция по краям раковины, чтобы продолжать расти, сохраняя при этом защиту и опору. Такая раковина очень тяжелая. Вес гигантских моллюсков достигает двухсот семидесяти килограммов, и почти все это – карбонат кальция.

Коралловые полипы в течение жизни не меняют размеров – они величиной с рисовое зернышко, – но выделяют карбонат кальция для своего наружного скелета так же, как улитки. Полипы объединяют усилия и образуют один общий риф – надежный, но неподвижный. Они не могут ни погнаться за добычей, ни убежать, чтобы самим ею не стать. А что придумали другие обитатели нашей планеты?

Насекомые и их сородичи – пауки, крабы, креветки и омары – имеют экзоскелет другого типа. Он хрустящий и сделан из хитина – длинных цепочек молекул, синтезируемых из глюкозы. Хитиновый скелет закрывает своего владельца, как щит, и более водостоек, чем кожа, – это становится преимуществом, особенно если живешь не в воде. Такая конструкция годится для крохотных животных вроде комаров, мошек и клещей. Самым маленьким позвоночным, то есть животным с внутренним костным скелетом, считается лягушка, обитающая в дождевых лесах Папуа – Новой Гвинеи: ее размер чуть больше шести миллиметров. Если надо быть миниатюрным, но защищенным, хитин – отличный выбор.

Хитиновые скелеты легкие, поэтому одетые в них существа способны перемещаться быстрее улиток, а некоторые даже летают. Это, несомненно, удачная конструкция, поскольку видов насекомых на нашей планете раз в десять больше, чем всех других видов животных вместе взятых. Однако у хитинового скелета есть два недостатка. Во-первых, он не может увеличиться в размерах, и владельцу периодически приходится выбираться из него наружу и ждать, пока сформируется более удобная оболочка. В этот момент обладатель хитинового скелета становится уязвимым для хищников, включая любителей сэндвичей с мягкопанцирным крабом. Во-вторых, хитин выдерживает массу тела лишь до определенных пределов, особенно на суше: можно найти двухкилограммового омара, но, к счастью, пауки такой величины вокруг нас не разгуливают. Если не считать палочника, длина которого доходит до шестидесяти сантиметров, самое большое в мире насекомое уместится у вас на ладони (вот это повезло!). Сравните его с крупнейшим сухопутным динозавром: если верить оценкам, он весил пятьдесят тонн – почти как восемь африканских слонов. Так что, если хочешь быть большим и при этом жить на суше, просто какой-нибудь опоры для внутренних органов, по всей видимости, недостаточно: она должна располагаться внутри тела и состоять из костной ткани – а из чего же еще.

Ради биологической точности я сделаю небольшое отступление. Позвоночные – это животные, которые имеют позвоночник, в том числе рыбы, земноводные, пресмыкающиеся, птицы и млекопитающие. В большинстве случаев позвоночник, окружающий спинной мозг, состоит из кости, но есть и исключение: акулы и скаты. Их скелеты сформированы из хряща – как гибкая часть вашего носа и ушная раковина. Хрящ легче и намного эластичнее кости, поэтому хрящевые рыбы очень хорошо плавают. Акулы вдобавок весьма прожорливы, своими крепкими и острыми зубами они легко перекусывают любую добычу, поскольку хрящи их челюстей твердые из-за отложений кальция. Кальцинированный хрящ – это не кость, хотя на первый взгляд может показаться ею. Надеюсь, это вас немного успокоит, когда столь замечательное создание начнет приближаться к вам.

Однако у большинства позвоночных скелет сделан из кости. Некоторые животные вырастают до жутких размеров, но, поскольку кость полая и относительно легкая, они сохраняют способность быстро двигаться. И эндоскелет[11], и экзоскелет могут похвастаться своими историями успеха. Лично мне вполне комфортно с костями внутри. Улиткам и жучкам с их опорными и защитными конструкциями я не завидую: мне не надо периодически сбрасывать скелет, и он не треснет, если только на меня кто-нибудь хорошенько не наступит. И все-таки ничего идеального в мире нет, и даже кость иногда подводит.

Что будет, если рьяно взяться за повышение плотности костной ткани и начать каждый день проходить по шестнадцать километров с восемнадцатикилограммовым рюкзаком за плечами? Можно заработать усталостный – или стрессовый – перелом, который военные называют маршевой стопой. Вот как он образуется.

Если согнуть проволочную вешалку для одежды один раз, ничего не случится. Если много раз согнуть ее в одной точке, то сначала облупится покрытие, затем блестящий металл потускнеет, и, наконец, проволока нагреется и сломается. То же самое может произойти с костью. Режущие конусы работают с определенной скоростью. Если они не успевают за постоянными нагрузками, кость ослабнет. В ней появятся микроскопические трещины, возникнет локальная болезненность – особенно в процессе нагрузки на это место. Изначально трещины настолько малы, что не видны на рентгеновском снимке, хотя магнитно-резонансная томография (МРТ) покажет скопление жидкости в травмированной области.

От усталостных переломов страдают ступни солдат, голени бегунов, бедра танцоров и запястья гимнастов. Если на несколько недель воздержаться от травмирующей деятельности, конусы обычно наверстывают упущенное и даже работают с опережением. Повышать интенсивность нагрузок после этого надо не торопясь. Если игнорировать боль и не снижать нагрузку, кость может отказать полностью – сломаться, как вешалка для одежды. Починить проволочную вешалку без сварки невозможно, а удивительная костная ткань способна лечить себя – как правило, от травмы не остается и следа.