Может показаться, что в общепринятых сегодня биологических классификациях млекопитающих называют Mammalia (от латинского mamma – сосок) именно потому, что кормление детенышей молоком – столь фундаментальная особенность этой группы. Но действительно ли термин Mammalia побил термин Pilosa в состязании названий оттого, что биологи сочли кормление молоком более важным для млекопитающих, чем наличие шерсти? Современные биологические классификации начались с Линнея, который выбрал для млекопитающих именно название Mammalia, а не Pilosa. Однако Линней, как выяснила историк науки Лонда Шибингер, активно ратовал за то, чтобы шведские женщины кормили младенцев грудью, и даже написал на эту тему брошюру. Так что, как выясняется, упор на кормление молоком, а не на волосяной покров в его новаторской классификации был связан скорее с политикой, чем с биологией.
Разумно предположить, что общие предки всех млекопитающих кормили своих детенышей молоком. К сожалению, мы не можем проверить это предположение по палеонтологическим данным, как предположение о наличии волосяного покрова. Даже столь сложный признак, как выкармливание детенышей молоком, мог возникнуть в разных эволюционных ветвях независимо. Сходные потребности часто приводят к сходным адаптациям, так что независимое появление таких адаптаций (конвергенция) – довольно распространенное явление. Например, когда предки дельфинов и китов вернулись к жизни в воде, у них развилась обтекаемая форма тела, похожая на рыбью. Кормление детенышей молоком тоже могло возникать неоднократно, но как нам разобраться в его эволюции? Этот случай – один из восхитительных примеров того, как полученные за последние несколько лет генетические данные (существенно подкрепленные полной расшифровкой геномов многих видов млекопитающих) помогли решить эволюционную проблему.
Важное общее свойство молока всех млекопитающих – наличие особых белков, так называемых казеинов. Эти белки встречаются только у млекопитающих, а кодирующие их гены работают только в молочных железах. Ученые уже полностью расшифровали геномы яйцекладущего однопроходного (утконоса), сумчатого (опоссума) и пяти плацентарных млекопитающих (коровы, собаки, мыши, крысы и человека). Эволюционное древо, построенное на основании расшифровки последовательности нуклеотидов ДНК в генах, кодирующих синтез молочных белков – казеинов, свидетельствует о том, что эти гены возникли в ходе эволюции лишь единожды – у общего предка однопроходных, сумчатых и плацентарных. Этим фактом убедительно подтверждается предположение о том, что кормление детенышей молоком тоже возникло в ходе эволюции у древнейших млекопитающих лишь единожды. О том же свидетельствуют и содержащиеся в молоке углеводы. Сравнительный анализ показывает, что специфические углеводы молока имелись уже у жившего более 200 млн лет назад общего предка всех млекопитающих. На том этапе углеводы, содержащиеся в молоке, явно были еще очень разнообразны, потому что в молоке современных однопроходных, сумчатых и плацентарных преобладают разные углеводы. Однако у всех плацентарных, в том числе у человека, главным углеводом молока служит лактоза, а значит, она, несомненно, преобладала и в молоке общего предка всех плацентарных.
Молекула лактозы составлена из молекул двух простых углеводов: глюкозы и галактозы. Такие сложные углеводы, как лактоза, не могут проходить через стенку кишечника и, чтобы попасть в кровоток, должны быть переварены. В науке принято давать природным ферментам названия, заканчивающиеся на «-аза», поэтому фермент, расщепляющий лактозу на глюкозу и галактозу, называют лактазой. У потомства всех плацентарных млекопитающих лактазу кодирует один-единственный ген, работающий с самого рождения исключительно в клетках слизистой оболочки кишечника. Вскоре после того, как детеныш перестает питаться молоком, он обычно утрачивает способность переваривать лактозу. Например, у человеческих детей выработка лактазы нередко прекращается примерно к пятилетнему возрасту.
Если после прекращения выработки лактазы в кишечник попадает лактоза, она остается непереваренной и в неизменном виде доходит до толстой кишки. Живущие в толстой кишке бактерии быстро приспосабливаются к перевариванию оказывающейся там лактозы. Происходящее в результате брожение приводит к выделению больших объемов газовой смеси, содержащей водород, метан и углекислый газ. Именно поэтому у многих взрослых потребление молочных продуктов вызывает проблемы с пищеварением. Как иронично заметил один автор, оно приводит к «социально неприемлемым последствиям».
Поскольку обычно млекопитающие не потребляют молоко после того, как их прекращают кормить им в раннем возрасте, нет ничего удивительного в том, что многие взрослые люди не переносят лактозу. Но в некоторых обществах потребление молочных продуктов стало нормой и возникла вторичная адаптация, позволяющая переваривать лактозу в зрелом возрасте. Способность переваривать лактозу в разных человеческих популяциях сильно варьирует. По сравнению с Азией, где непереносимость лактозы преобладает, в Европе она встречается довольно редко. У взрослых людей, способных ее переваривать, работа гена лактазы претерпела изменения, и этот фермент продолжает вырабатываться на протяжении всей жизни. Известно, что эти изменения происходили в разных человеческих популяциях независимо и в Центральной Европе и Северной Африке были обусловлены разными генетическими модификациями. Судя по совокупности археологических и генетических данных, у народов Центральной Европы, у которых было развито молочное животноводство, переносимость лактозы у взрослых возникла около 7500 лет назад. В Африке ситуация оказалась сложнее: исследователи уже выявили там четыре разные генетические модификации, приводящие к сохранению у взрослых выработки лактазы, и вполне вероятно, что существуют и другие, пока не выявленные. Бо́льшая часть этих преобразований произошла в Африке несколько тысяч лет назад, но вариант, характерный для Европы, здесь тоже встречается.
На принципиальную важность кормления детенышей молоком для млекопитающих указывает исключительно раннее появление сосков в ходе развития. Базовый план строения тела будущего младенца постепенно оформляется еще на стадии эмбриона, занимающей у человека первые два месяца беременности. Все основные органы формируются к началу следующей стадии – плода. При этом молочные железы начинают развиваться еще в середине стадии эмбриона, после формирования зачатков конечностей, но задолго до того, как основные органы приобретают узнаваемый облик.
У всех млекопитающих на брюшной стороне тела эмбриона развиваются две параллельные молочные линии, тянущиеся по левому и правому бокам от подмышек до промежности. У человеческого эмбриона молочные линии формируются на пятой неделе после зачатия. Соски развиваются позже, обычно симметричными парами, как выросты молочных линий, в конечном итоге исчезающих. У человеческого плода на каждой молочной линии поначалу развивается несколько сосков. Большинство из них обычно исчезают еще до рождения, так что на каждой стороне тела остается только по одному соску. У женщин (как и у самок обезьян) обычно имеется лишь одна пара молочных желез, располагающихся на груди.
Иногда из-за нарушений в развитии у женщин развиваются дополнительные соски, хотя они обычно не снабжены молочными железами. Иногда сосков бывает две, три или даже больше пар, под которыми либо имеются, либо отсутствуют выпуклости. В 1886 году гинеколог Франц Нойгебауэр сообщил об обнаруженном им редком случае – женщине, у которой было пять пар сосков. Помимо обычных сосков, расположенных на округлых грудях, у нее имелось четыре дополнительных пары: одна под мышками, еще две над грудями и еще одна под ними. Когда Нойгебауэр осматривал эту женщину, она как раз кормила младенца молоком, которое вырабатывалось не только в груди: некоторое его количество вытекало из сосков под мышками, а немного выделялось при сжатии и из других дополнительных сосков.
