Коллаген составляет порядка 90 % костной ткани, однако сам по себе не может обеспечить нужную плотность. Убедиться в этом можно с помощью простейшего домашнего научного эксперимента: замочите куриные кости в уксусе примерно на три дня, и они станут настолько податливыми, что вы сможете завязать их в узел. Уксусная кислота разрушает содержащиеся в кости минералы, оставляя лишь эластичный коллаген. Если бы мы попытались пройтись с таким скелетом, то нас сразу же начало бы клонить в стороны, если бы мы вообще смогли встать на ноги. И тут в дело вступает второй важнейший компонент кости. Минерал гидроксиапатит добавляет к гибкости коллагена прочность, составляя примерно 70 % веса костной ткани, хотя и присутствует в относительно меньшем количестве, чем коллаген. Впрочем, в избытке гидроксиапатит нам точно не нужен. Если удалить из кости весь коллаген, то она превратится в хрупкий кусок камня, рассыпающийся в пыль от малейшего удара.
Итак, коллаген делает кости гибкими, гидроксиапатит придает им достаточно прочности и жесткости для биомеханической эффективности. Убери одну из этих важнейших составляющих, и множество невероятных организмов — включая нас с вами — никогда бы не появились на свет.
Многогранность кости проявляется не только в ее биохимическом составе. Способность формирования и роста костной ткани также открыла огромное количество биологических возможностей. А все потому, что кость не сидит без дела. Она может показаться статичной, однако на самом деле невероятно динамична. Наше тело изменяется на протяжении всей жизни. Эти грандиозные трансформации возможны благодаря взаимодействию целой бригады специализированных клеток, которые выращивают, обслуживают и расщепляют ваши кости. Одними из самых важных участников являются остеобласты. Эти клетки ответственны за формирование новой костной ткани — они выстраиваются небольшими группами, слой за слоем создавая фундамент для нашего скелета. Представьте себе клеточные скопления, работающие по принципу 3D-принтера, слой за слоем выкладывающие костную ткань, — примерно это и происходит внутри вашего тела прямо сейчас.
Остеобласты выделяют материал под названием «остеоид» — своего рода предшественник костной ткани, богатый эластичным коллагеном. Из остеоида вокруг остеобластов формируются крестообразные стойки, образуя некое биологическое подобие арматурной сетки. Затем, когда эта остеоидная основа готова, из биохимической смеси кальция с фосфором начинает образовываться гидроксиапатит
[34]. Остеоидная решетка пропитывается этим минералом, навсегда запирая остеобласт внутри костной клетки.
В этот самый момент костеобразующие клетки меняют тактику. Остеобласт трансформируется и становится совершенно неактивным, словно загнанный в угол. Изолированный со всех сторон, остеобласт превращается в остеоцит
[35]. В нашем скелете порядка 42 миллионов таких клеток. Остеобласт замирает на месте и приступает к регулировке процесса обновления костной ткани, по большей части связанного с расщеплением старой, а не формированием новой. Разрушение производится главным образом клетками другого типа под названием «остеокласты». Вблизи этот процесс немного напоминает то, что происходило с палубой космического корабля «Ностромо» в фильме «Чужой», когда насыщенная кислотой кровь лицехвата прожигала насквозь пол. Так и в костях: кислота растворяет минеральную составляющую, а специальный фермент разрушает коллаген. Этот процесс называется резорбцией кости, и он является неотъемлемой частью постоянных ремонтных работ, которым подвергаются наши кости. Все видимые масштабные изменения являются результатом работы этих маленьких клеток, подобно тому, как поднимаются и оседают горы за счет постоянного подъема земной коры и эрозии. Костные клетки — живые свидетельства непрерывной активности нашего с вами скелета. Они сформировали кости жившего в плейстоцене человека из Ла-Брея, равно как и всех остальных людей, включая вас.
Итак, теперь мы кое-что знаем о том, из чего состоит кость и как функционирует костная ткань. Это происходит вовсе не беспорядочно. Все эти маленькие процессы протекают в рамках масштабного плана, формирующего наш с вами скелет. Механизмы и места образования костей меняются на протяжении жизни. Определенные участки ключицы, а также некоторые кости черепа, например, образуются в результате так называемого эндесмального окостенения. На эмбриональной стадии развития формирующая наш скелет костная ткань образуется из временной мягкой ткани, служащей предшественником для различных важнейших систем и жидкостей нашего организма, в том числе крови. Большинство остальных костей нашего тела формируется в процессе так называемого эндохондрального окостенения. Изначально кости скелета состоят из хрящевой ткани, которая в итоге заменяется костной, когда все эти крошечные остеобласты берутся за свою неустанную работу. Если задуматься о том, как именно все происходит, то это напоминает самую настоящую научную фантастику. Кровеносные сосуды нашего формирующегося тела проникают в хрящевые кости, создавая так называемые точечные питательные отверстия, откуда начинается и распространяется процесс окостенения. Причем с длинными костями наших конечностей все особенно странно. Они окружены жесткой оболочкой, и отвечающие за рост кости клетки делают свое дело в пространстве между поверхностью кости и этой жесткой оболочкой. Слой за слоем они выкладывают кость, постепенно заменяя хрящевую ткань костной. А по мере того как эти длинные кости принимают свою форму, остеокласты пожирают костную ткань с внутренней поверхности параллельно образованию новой костной ткани на внешней поверхности. В результате получается полый элемент, состоящий из костной ткани. Причем бо́льшая часть всего процесса приходится на самое начало нашей жизни. Пожалуй, скелет никогда не бывает таким активным, как во время нашего внутриутробного развития. По оценкам биологов, примерно за 11 недель до появления на свет в организме плода насчитывается примерно 800 отдельных центров окостенения, где мягкие ткани преобразуются в кости, и этот процесс завершается, когда все центры сливаются примерно в 206 отдельных костей, имеющихся у взрослого человека.
Несмотря на то, как долго способны сохраняться кости — тысячи лет в случае человеческих костей, обнаруженных на Ранчо Ла-Брея, и намного дольше для всевозможных доисторических видов, с которыми мы успели познакомиться, — живая костная ткань пластична. Да, наши кости по большей части остаются на своих местах, однако нельзя сказать, что после окостенения в младенческом возрасте скелет больше никогда не меняется. Даже после того, как ваш скелет достигает своей окончательной, взрослой формы, остеобласты продолжают выкладывать новые слои костного материала, в то время как остеокласты, подобно Пакману, жадно пожирают старые костные клетки. Это равновесие в старости может нарушиться и привести к заболеваниям вроде остеопороза, при которых либо остеобласты формируют недостаточно костной ткани, либо остеокласты слишком активно ее уничтожают, либо и то и другое. Вся эта бурная и никогда не прекращающаяся деятельность происходит на уже существующей поверхности кости. Мы постоянно добавляем новые слои на внешнюю поверхность наших костей, параллельно снимая старые, и весь этот процесс протекает под жесткой внешней оболочкой живой ткани под названием «надкостница». Эта биологическая обертка окружает каждую кость, за исключением суставов. Она выполняет множество различных функций, например, помогает образуемым костным мозгом кровяным клеткам распространяться по всему телу — а в рамках процесса формирования костной ткани надкостница создает клетки, которые становятся остеобластами, чтобы они потом наращивали внешний слой кости.
