Журнал "Санкт-Петербургский университет" » Blog Archive » Одной левой

Опубликовано: 20.10.2018

Так мы говорим, подчеркивая, что сможем справиться с чем-то даже не главной своей рукой. Почему, собственно, у человека так ярко выражено, что одна рука сильнее и ловчее? И только ли для человека характерна такая специализация конечностей?

Одно из основных направлений работы ученых, которые занимаются асимметрией мозга, связано с человеком и выраженной у него праворукостью. Действительно, до 90% заданий для одной руки человек выполняет определенной,  своей ведущей рукой. Вторая специализируется на других заданиях и вообще выполняет их меньше. Примерно 80–90% людей  правши. Есть вариации по странам — например, в некоторых странах Запада левшей несколько больше. Возможно, это объясняется тем, что там, в отличие, например, от стран бывшего СССР и некоторых других, левшей не было принято переучивать. «Есть и специфические группы людей, в которых преобладают левши, — говорит доцент кафедры зоологии позвоночных СПбГУ, кандидат биологических наук Егор МАЛАШИЧЕВ. — Например, когорта людей, которые живут в Москве, а работают в Сибири. Они подвержены сильному стрессу в связи с постоянными перелётами и вахтовым методом работы, а в некоторых случаях левши более стрессоустойчивы, чем правши. Но это уже тема отдельного разговора».


Senators, Governors, Businessmen, Socialist Philosopher (1950s Interviews)

Нынешний вопрос, заинтересовавший Егора Малашичева и двух его аспирантов — Карину КАРЕНИНУ и Андрея ГИЛЁВА — эволюционное происхождение выраженной моторной асимметрии конечностей, или «рукости». Будем для краткости использовать последний термин из профессионального сленга биологов.

Все началось с дерева

Считается, что люди приобрели ярко выраженную праворукость в процессе эволюции от приматов, живших на деревьях. Существует так называемая «позная» (от «поза») теория рукости, которую предложил в начале восьмидесятых годов XX века американский психолог Петер Макнейледж. По его мнению, рукость у приматов возникла из-за того, что на дереве им приходилось сидеть в асимметричной позе. Представьте: если животное сидит, обхватив тонкий ствол передними лапами, одна лапа будет выше другой. А если, например, животное сидит на горизонтальной ветке и одной передней лапой держится за ствол, то вторая лапа тем самым освобождается. По мнению Макнейледжа, это и обусловило появление специализации рук у ранних приматов. Одна рука специализируется на хватании веток, а вторая используется для добывания пищи: хватания насекомых или сбора фруктов. Правда, у примитивных приматов ведущей рукой часто оказывается левая (как и у некоторых обезьян, например, орангутанов). У остальных обезьян в основном преобладает правая рука, однако сильнее всего асимметрия выражена у человека.

«Позная» теория — это хорошо, но нельзя забывать про еще один момент. Эволюция человека сопровождалась появлением выраженной бипедальности — хождением на двух конечностях. В чем соль? Исследования разных обезьян и низших приматов показали, что у тех, кто в обычной жизни ходит на двух ногах, рукость выражена больше, чем у тех, кто ходит на четырех. А если разделить обезьян на группы (квадропедальные — четвероногие, полуквадропедальные и прямоходящие) — в этом ряду выраженность асимметрии возрастает.

«Получается, что по существующим воззрениям выраженная рукость у человека объясняется тем, что у древесных предков была асимметрия позы, затем в процессе эволюции они перешли к прямохождению, которое каким-то  образом (достоверно неизвестно, каким) способствовало появлению выраженной рукости», — поясняет Егор Малашичев.

Есть и другие нюансы. Существует теория о том, что еще одним фактором развития специализации рук является их манипуляционная активность. Чем больше животное производит манипуляций, тем более развита у него латерализация (асимметрия в использовании конечностей). «С этих позиций мы и начинали исследование, — говорит Егор Малашичев. — Решили посмотреть, какие факторы действительно влияют на проявление рукости у разных видов животных».

Предыстория. Лягушки

Рукость, как выясняется, характерна не только для приматов. Несколько лет назад Егор Малашичев написал экспериментально-обзорную статью о лягушках. Было исследовано в общей сложности 11 видов лягушек, и оказалось, что у прыгающих лягушек моторная асимметрия очень низкая: правая и левая лапки одинаково активны. Ставили два эксперимента: смотрели, какой лапой лягушка будет смахивать бумажку с ноздрей (лягушка дышит только носом, а не ртом, поэтому если ноздри закрыть бумажкой, ей станет нечем дышать и она смахнет бумажку), и на какую сторону лягушка будет переворачиваться со спины на живот. И у прыгающих, и у водных лягушек, которые плавают брассом, нет асимметрии в передвижении, лапы работают одинаково. Зато у серых и зеленых жаб, у жаб-ага, которые двигаются несимметрично (не прыгают, а в большей степени ходят, попеременно переставляя лапы), возникает выраженная асимметрия, превышающая 70% (в исполнении тех же заданий по смахиванию бумажки и переворачиванию).

А вот у некоторых жаб, для которых характерна не только асимметрия движения, но и манипуляционная активность — например, у роющих, которые закапываются в землю, поочередно задними лапами закидывая на себя грунт, чтобы лучше спрятаться — у них латерализация в тестах достигает 90%, как у человека! Правда, в отличие от человека, это латерализация задних, а не передних конечностей. Так же высок уровень латерализации у древесных лягушек — квакш. Во-первых, вспомним о том, что симметрично на дереве сидеть невозможно, во-вторых, квакши по очереди передвигают лапы при хождениях по веткам и даже используют манипуляции. «Причем некоторые виды квакш при добыче пищи используют манипуляции совершенно так же, как приматы, — объясняет Егор Малашичев. — Они не просто могут достать добычу и подтянуть ее к себе, они захватывают предмет с ротацией кисти к себе. И среди квакш есть выраженные левши и правши».

Анализ данных «лягушачьего» исследования привел Егора Малашичева к следующим выводам: «Появилось понимание того, что выраженная рукость, в том числе и человека, возникала неоднократно в эволюции, а степень ее проявления могла усиливаться в разных группах животных в зависимости от обстоятельств, — говорит Егор Малашичев. — Во-первых, тенденции к асимметричному использованию парных конечностей возникали уже у рыб и ранних тет-рапод; во-вторых, рукость зависит от базового типа локомоции (движения), которую использует животное, симметричную или асимметричную.  Это позволяло достигать уровня статистической значимости асимметрии моторной конечности уровня 70% или чуть больше. В-третьих, если к этому добавлялись другие факторы (например, выраженная манипуляционная активность или бипедальность (как у человека), то эти дополнительные факторы ещё больше усиливали рукость. Таким образом, данные о рукости (и ногости) у лягушек говорили о том, что у человека выраженная рукость сложилась на базе нескольких факторов: 1) он ходил, а не скакал; 2) пожил на дереве; 3) приобрел бипедальность; 4) стал активно применять манипуляции. Стало очевидным, что рукость — совсем не простой вопрос, нужно искать комплексные предпосылки, выяснить все подробно».

Почему сумчатые?

И вот биологи решили взяться за малоисследованную группу — сумчатых млекопитающих — и не прогадали: получили ответы на некоторые вопросы, которые давно будоражат сознание ученых. Но как им вообще пришло в голову изучать именно сумчатых?

«Среди сумчатых есть все варианты, которые нас интересовали: 1) квадропедальные и бипедальные виды; 2) прыгающие на двух ногах (как кенгуру) и ходящие, попеременно переставляя лапы; 3) манипулирующие предметами и не манипулирующие; 4) наземные и древесные, — объясняет Егор Малашичев. — Таким образом, мы могли изучить все факторы, которые нас интересовали в происхождении рукости, на отдельных видах животных в сравнительно-этологическом аспекте. Что нас удивило — оказалось, что даже австралийские ученые, занимающиеся рукостью у птиц и приматов, например, такая известная исследовательница, как Лесли Роджерс, всерьез не изучали сумчатых. Есть всего две работы: в одной из них нет статистически достоверной разницы, в другой изучается зрительная, а не моторная асимметрия, а основной вывод — всё как у других».

Для изучения выбрали четыре основных вида сумчатых: кенгуру Беннета, домашнего опоссума, сумчатую летягу и бетонга (кенгуровую крысу). Поскольку до Австралии ехать далеко и дорого, исследования решили для начала проводить в зоопарках. Карина Каренина и Андрей Гилев выяснили, в каких зоопарках какие виды есть, наметили план поездок, и с двумя видео-камерами стали наносить визиты в зоопарки Москвы, Петербурга, Калининграда, Берлина, Дортмунда, Кадиса.

В зоопарке для биологов свое-образные условия работы: экспериментов ставить нельзя, создавать специальные условия тоже. Поэтому пришлось продумать список наблюдаемых действий, которые животные совершают одной рукой: например, какой берут добычу, какой умываются, почесываются, берут строительный материал для гнезда, оттягивают сумку, чтобы пососать молоко. На каждый вид выбрали четыре таких действия и фиксировали их в своих наблюдениях.

Сколько ног и сколько рук

Что же заметили ученые, наблюдая за разными видами сумчатых? Кенгуру Беннета — бипедальный вид, скачущий на двух ногах, с ярко выраженной асимметрией передних конечностей. Преимущественно берут корм левой рукой, а правую руку используют для опоры на субстрат, когда встают на четыре лапы. Домашний опоссум — наземный квадропедальный зверь, сумчатая летяга — древесный, тоже квадропедальный. Однако оба животных могут садиться на задние лапы и из этого положения что-то доставать или есть передними лапами. Наконец, четвертый вид — бетонг, или кенгуровая крыса. Маленький зверек, который почти все время прыгает на задних лапах, его бипедальность даже более выраженная, чем у кенгуру.

Оказалось, что у домашнего опоссума и сумчатой летяги тип асимметрии очень похож: она не очень выражена. Для них нет разницы, в отличие от кенгуру, в каком положении находиться перед тем, как совершить какое-то асимметричное действие. У кенгуру, если он стоит на четырех лапах, асимметрия меньше выражена, чем если он стоит на двух. Если кенгуру стоит на трех лапах, а четвертой тянется за кормом, то ему все равно, какой лапой тянуться, а вот если стоит на двух, то одна из двух предпочтительнее. А вот домашнему опоссуму и сумчатой летяге и на двух, и на четырех лапах стоя все равно — асимметрия выражена одинаково слабо.

«Мы сделали предположение, что если четырехногие сумчатые имеют маловыраженную рукость по сравнению с кенгуру, а внутри этой пары древолазающий вид (летяга) оказывается более асимметричным видом, чем бегающий по земле (опоссум), то логично, что если мы возьмем животное еще более бипедальное, например, кенгуровую крысу, окажется, у нее рукость будет выражена еще сильнее, чем у кенгуру, — объясняет Егор Малашичев. — И действительно, при исследовании стандартных четырех видов поведения оказалось, что у бетонга выраженность асимметрии еще больше, чем у кенгуру, и доходит до 90-100%. Получается, что кенгуровая крыса асимметрична в поведении, почти как человек. И эта тенденция усиления асимметрии в ряду от наземных видов, постоянно передвигающихся на четырех ногах, к тем, кто постоянно ходит на двух, оказалась у сумчатых очень ярко выраженной».

Исследование сумчатых позволило по-новому интерпретировать некоторые ранее предложенные другими учеными гипотезы. Например, на кошках проверяли гипотезу о том, что в бипедальном положении животные имеют более выраженную рукость. Оказалось, что кошка, если дать ей задание дотянуться одной передней лапой до предмета – например, до корма на полочке – не демонстрировала более ярко выраженной рукости, стоя на двух ногах вместо четырех. Из этого делался вывод, что фактор бипедальности в отношении усиления рукости играет роль только у человека и приматов, но не у других млекопитающих. Однако исследование биологов СПбГУ на сумчатых показывает, что дело не в этом. А в том, что кошки, как и домашний опоссум, большую часть времени проводят на четырех лапах. Передвижение на четырех ногах не дает сильно выраженной рукости, и ее нельзя увеличить насильной постановкой животного в вертикальное положение на две ноги. И наоборот: если животное бипедальное, то даже поставив его на четыре лапы, рукость можно ослабить (как у кенгуру), но она все равно будет значимой.

Еще один интересный факт, выявленный в ходе исследования сумчатых — оказалось, что у видов, передвигающихся на четырех ногах, ярко выражены половые различия (самцы левши, а самки правши), а у двуногих сумчатых такого полового различия не наблюдается. Любопытно, что у плацентарных млекопитающих в этом есть определённое сходство с сумчатыми.

Истина где-то рядом

Вывод, который в результате исследования можно сделать однозначно: действительно, бипедальность и горизонтальное / вертикальное положение тела в пространстве влияют на проявление рукости. А вот с чем это связано и как и когда возникло в эволюции — это проблемный вопрос для будущих исследований. «Пока все нюансы этого процесса не ясны, — поясняет Егор Малашичев. — По крайней мере, сейчас становится понятным, что предшествующий древесный образ жизни — не единственное и не обязательное условие для возникновения выраженной рукости; как показывает пример кенгуровой крысы, даже просто вертикальное положение тела животного может этому способствовать».

Чтобы как следует разобраться, каковы причины выраженной рукости, нужно изучать еще больше животных, которые обладают особыми свойствами. «Сейчас лично я увлекся крыланами, хожу в наш зоопарк, наблюдаю, — говорит Егор Малашичев. — Это летучая «мышь», точнее, летучая собака, которая питается фруктами. Висит вверх ногами. Без всякой двуногости в смысле хождения. Без особой выраженной манипуляционной активности передних конечностей (это крылья, они должны летать). Но у них асимметрия проявляется во время еды. Когда приносят корм, крылан хватает его зубами, летит в укромное место, подвешивается сначала обычным образом — задними ногами, потом хватается и когтями передних лап, а потом одну заднюю отпускает и ею придерживает корм, который сразу не проглотить — а так его можно держать и откусывать кусочки. Пока наблюдения продолжаются, но уже очевидно, что асимметрия, по крайней мере в этом типе поведения, явно есть: какой задней лапой крылан придерживает корм. Возможно, крыланы помогут нам ответить на некоторые вопросы более четко и объединить исследования лягушек, сумчатых и наблюдения за приматами и другими плацентарными млекопитающими».

Оставшиеся вопросы связаны с деталями, правда, весьма существенными. «Непонятно, почему, собственно, вертикальное положение все-таки приводит к рукости? — говорит Егор Малашичев. — Есть объяснение, что когда вы стоите на задних лапах, передние высвобождены для манипуляции. Но почему тогда квадропедальные, стоя на двух лапах, не проявляют рукости? Мы сделали предположение, что это связано с высвобождением конечностей от функций передвижения. Поэтому интересно посмотреть на крыланов: у них задние ноги освобождены от функций передвижения, соответственно, должна быть выраженная асимметрия. Это подтвердило бы наши предположения. Нельзя забывать и о том, что исследования, проведенные в зоопарках, могут давать искаженное представление о явлении, поэтому впереди еще и экспериментальная работа, и работа в естественных природных условиях. Первая наша экспедиция за дикими кенгуру на о. Мария близ Тасмании уже стартовала. Мои аспиранты Карина Каренина и Андрей Гилёв вместе с коллегами из Тасманийского университета как раз сейчас проводят рекогносцировочные наблюдения в природе».

Что дальше?

Казалось бы, теория уже выглядит вполне стройно. Очевидно, что асимметрия в использовании конечностей у человека началась еще со способа передвижения наземных четвероногих предков (попеременного переставления конечностей, а не прыжков). А дальше передвижение на четырех лапах является тормозом в развитии рукости, и только освобождение передних конечностей от функций передвижения либо вовлечение их в манипуляционную активность делает животное «рукастым».

Однако этим последним предположением — что освобождение передних конечностей от участия в передвижении влияет на асимметрию в их использовании — Егор Малашичев до конца не удовлетворен: «У меня такое впечатление, что есть еще другие факторы, может, физические, гравитационный… Фактор нервного контроля положения тела. Почему все-таки при вертикальном положении тела рукость усиливается? Наше объяснение далеко не исчерпывающее и пока является рабочим».

Как бы ни был длинен последующий путь исследований, очевидно, что нынешняя работа, посвященная сумчатым, позволила существенно продвинуться вперед. Поэтому ученые направили статьи в престижные журналы с высоким импакт-фактором, в том числе «Animal Behavior» — один из классических и престижных журналов в области поведения животных, а также (по новой традиции) в журналы с открытым доступом — «BMC Evolutionary Biology» и «PLoS ONE».

Резюме для гуманитариев

После полуторачасового разговора об исследованиях право- и леворукости я наконец-то понимаю, что мне все еще не совсем ясно главное. А именно: какое значение в жизни человека и других животных имеет рукость? «А вот это как раз основной вопрос, на который мы и пытаемся ответить. Раз она сохраняется в эволюции — значит, это выгодно, — говорит Егор Малашичев. —  Удобно же одной рукой держать предмет, а другой в нем ковырять. Получается, что две половины мозга одновременно выполняют две разные функции, а это в два раза увеличивает эффективность работы нервной системы и всего организма! Соответственно, асимметрия в использовании конечностей увеличивает эффективность использования своих возможностей. Если по какой-то причине в двуногом положении руками можно пользоваться по-разному — животное будет этим пользоваться. Такой механизм закреплён генетически. В этом причина, почему кошка тянется произвольной лапой, стоя хоть на двух лапах, хоть на четырех: у нее это генетически не заложено». Ладно, поверим: выраженная рукость — это действительно полезно. Но почему одни виды чаще левши, а другие — правши? «Трудно сказать, — честно отвечает Егор Малашичев. — Самое общее философское рассуждение — во Вселенной нет лево и право. Стороны равны. Асимметрии все равно, в какую сторону быть асимметричной».

Елизавета БЛАГОДАТОВА

 

rss