Чтобы расти, животные вынуждены сбрасывать свои панцири. И хоть после раки наращивают новый панцирь, у них уже нет никаких камешков из кальция. Вместо этого членистоногие заключают в свои плавательные пузыри песчинки из окружающей среды. Их заменили металлической крошкой, которую животные принимали за песок и, ничего не подозревая, помещали в свои тела. Когда над таким раком держали магнит, он плавал вверх брюхом, поскольку металлическая крошка притягивалась в направлении магнита, и животному казалось, что там низ. Как бы ни были сбиты с толку подопытные раки, когда их против воли заставляли плавать на спине, на дефицит железа они уж точно не могли пожаловаться…
Итак, отсюда мы можем сделать вывод, что с точки зрения эволюции равновесие – одно из наших древнейших чувств. Оно существовало задолго до того, как уши позволили нам слышать, а глаза – видеть. Это логично, ведь потребность в других чувствах свойственна только организмам, которые могут двигаться. Зачем нужно движение, если понятия не имеешь, куда оно приведет? Для ориентации в пространстве необходимо ощущение положения собственного тела и направления движения. И это подводит нас к следующему шагу в эволюции уха.
Волос в супе, и как движение становится информацией
Первыми живыми существами, которые могли слышать, были рыбы. Теперь нам нужно представить подводный мир, где происходило восприятие шумов. Но что вообще такое восприятие? Источником всего восприятия у каждого живого существа служит преобразование внешних раздражителей в электрические сигналы, которые затем обрабатываются нервной системой. Без электрического тока ничего не работает – этот закон справедлив как для биологии, так и для технологии.
Но что именно в процессе слушания превращается в электрическое пиршество для жаждущих информации нервных клеток? Ответ: движение. Мы уже видели, как у кишечнополостных животных и раков маленькие кальциевые крошки стимулируют прикосновением сенсорные волоски, чтобы они генерировали электрические импульсы. Волоски располагаются на поверхности клеток, которые обязаны им своим названием: волосковые клетки. Благодаря чувствительным волоскам они способны преобразовывать мельчайшие движения в электрические импульсы и передавать их нервной системе.
Это всего лишь позволяет животным судить о положении собственного тела, но ничего не говорит им об окружающей среде. Для слуха решающее значение имеет движение всей окружающей среды, вне зависимости от того, жидкая ли она, как вода древнего моря, или газообразная, как воздух вокруг нас.
Первым этапом в развитии слуха должно было стать неизбежное возникновение чувствительной клетки, рецептора, которая могла бы преобразовывать движение в электрические сигналы – предшественницы волосковых клеток. Считается, что первая такая клетка возникла задолго до кембрийского взрыва как случайная мутация в коже неизвестного существа. Поначалу она не имела никакого конкретного предназначения, но и не причиняла вреда своему владельцу, поэтому передавалась из поколения в поколение и продолжала распространяться. Благодаря дополнительным мутациям и изменениям условий окружающей среды она нашла себе применение в качестве волосковой клетки у кишечнополостных животных. Из них выживали лишь те, которые с помощью своих плавательных пузырей умудрились остаться не раздавленными в глубинах моря. Таким образом, волосковые клетки оказывались полезными для сохранения вида и передавались дальше. И лишь гораздо позже они нашли свое место в органах слуха и равновесия у более развитых животных и людей. Следовательно, наше чувство равновесия и способность слышать с точки зрения эволюции имеют одни и те же древние корни.
Рыбы – это первые живые существа, у которых появился слух.
Но вернемся к рыбам, плескавшимся в первичном бульоне: наши обладавшие плавниками предки изначально были глухонемыми, но имели примитивный вестибулярный аппарат, который, по всей вероятности, напоминал такой же орган у кишечнополостных животных. Позже он развился в так называемый орган боковой линии, его и сегодня можно встретить у рыб. Орган проходит по обоим бокам по всей длине тела животного и представляет собой заполненный жидкостью канал, где находятся волосковые клетки. Их стимуляция происходит уже не под действием веса кальциевого камешка, а путем движения воды в непосредственной близости. Это движение передается жидкости в канале, что заставляет волоски перемещаться вперед и назад, подобно тому как течение шевелит водоросли на дне моря. Благодаря этому рыба может регистрировать место нахождения добычи или даже опасных хищников, охотящихся на нее. Кроме того, она чувствует водные потоки, что помогает избежать нежелательного дрейфа, а также определять расположение неподвижных объектов, оказывающих влияние на поток. Это в разы увеличивает шансы вида на выживание, что заметно по успешности этого принципа: органы боковой линии были обнаружены у окаменелых останков примитивной рыбы Astraspis, жившей 470 миллионов лет назад. Кстати, у этого подводного жителя уже были глаза. Однако одного лишь зрения для обеспечения выживания вида было явно недостаточно – чтобы держаться на плаву, животным требовалась дополнительная поддержка в виде органа боковой линии.
Чувство равновесия и способность слышать, с точки зрения эволюции, имеют одни и те же древние корни.
Что же такое умел делать этот орган, чего не умели глаза? В целом его действие было близко к слуху: орган боковой линии создавал ощущаемое животными невидимое движение окружающей среды, то есть воды. Но они могли чувствовать только простые движения – более сложные и легкие, вызванные звуковыми колебаниями, пока не удавалось распознать.
Долгое время исследователи полагали, что человеческое внутреннее ухо развилось из органа боковой линии доисторических рыб. Однако в последнее время считается, что оно образовалось независимо, причем оба органа для своего формирования, вероятно, использовали одну и ту же основу, а именно волосковые клетки.
Поиск источника происхождения слуха привел нас к волоскам в супе, точнее, к волосковым клеткам в первичном бульоне.
Расшифровки для врачей, ученых и других любителей иностранных слов, не владеющих простым языком
• Маленькие слуховые пузырьки у беспозвоночных, они же органы равновесия, – статоцисты.
• Кальциевый камешек в вестибулярном аппарате – статолит, отолит.
• Сенсорные волоски волосковой клетки – стереоцилии.
• Жидкости в кожистых и костных частях внутреннего уха – эндо- и перилимфа.
• Туго натянутая перепонка в улитке внутреннего уха, на которой располагаются волосковые клетки, – базальная мембрана.
Телефонный разговор об ушах
– Возможно, врач назвала болезнь Меньера[2]? – второе слово прозвучало в динамике моего смартфона как Мениер.
Немного подумав, я отвечаю:
– Да, именно так!
На другом конце линии повисает тишина.
– Андреас, ты еще здесь?
Мобильная связь в больнице нестабильна, а быть может, вообще оборвалась.
– Да-да, я здесь, – слышу я голос своего друга и опытного медика.
Я позвонил Андреасу рано утром сразу же после сумбурного визита лечащего врача, приведшего меня в замешательство. Из его так называемого объяснения я ни черта не понял и теперь надеюсь, что друг сможет объяснить мне, что происходит. Головокружение почти прошло, но после ужасной ночи в незнакомой обстановке я чувствую себя обессиленным, и кажется, что пол слегка покачивается, как только я поднимаюсь с кровати.
– Это плохо или хорошо, если у меня и правда окажется эта болезнь? – интересуюсь я.
– Нужно быть осторожнее с такими поспешными диагнозами, – отвечает Андреас. – Что именно врач сказал о том, почему так решил?
Я закрываю глаза и пытаюсь вспомнить. Все произошло так быстро. Молодой мужчина в белом халате с шумом влетел в палату, подержал перед моими глазами странный приборчик со встроенными увеличительными стеклами, через которые разглядывал меня. Свет, исходящий от этой штуковины, слепил так сильно, что по щекам начали течь слезы. Но что же он тогда сказал?
– Он говорил об этом… как его… нустаге… нюста…
Андреас подсказывает:
– Нистагм[3]?
– Точно! Что это такое, и что он хотел этим сказать?
– Это значит, что твои глаза бесконтрольно двигаются, поэтому и было головокружение[4]. О’кей, а нистагм еще сохранился?
– Да, он еще слабо ощущался. Тогда врач стал задавать мне вопросы и сказал, что это вполне может быть Morbus Meniére[5], и может потребоваться оперативное вмешательство.
– Какой кошмар! – гремит из динамика.
Я испуганно вздрагиваю.
– У меня все настолько плохо?
– Нет-нет, прости, это к тебе не относится. Я о враче! Он поступил крайне опрометчиво, вывалив все это на тебя. Скажи, какие вопросы он тебе задавал?
– Он спрашивал, нарушен ли у меня слух. Ты же знаешь, что я ношу слуховой аппарат в левом ухе. Я об этом тоже сказал. Тогда он спросил, нет ли у меня тиннитуса, и сколько приступов головокружения я пережил до этого. Я сказал, что три, и решил рассказать, что, будучи диджеем, много лет работаю по ночам и подвергаюсь воздействию громкого шума. Может быть, это как-то связано. Но это его нисколько не заинтересовало. Он говорил что-то о, погоди, по-моему, эндолимфе и гидро- как-то там. Но это можно прооперировать и перерезать слева нерв преддверия или убить вестибулярный аппарат с этой стороны какими-то антибиотиками. Тогда мозг полностью настроится на здоровую правую сторону, и с головокружениями будет покончено.
На другом конце линии я слышу фырканье.
– Невероятно, – комментирует Андреас. – Во-первых, на основании имеющихся фактов еще нельзя поставить точный диагноз. Твои симптомы указывают на болезнь Меньера, но это может быть и что-то другое. Во-вторых, даже если это окажется Меньер, операция – последнее, что нужно делать, потому что в этом случае твое больное ухо может совсем оглохнуть.
У меня перехватывает дыхание. Слышать весь мир в моно вместо стерео. Мне, как музыканту, такое даже представить страшно!
Андреас продолжает:
– Операцию делают только в очень, очень тяжелых случаях, когда больные на протяжении многих лет испытывают приступы головокружения настолько часто, что больше не могут жить нормальной жизнью. Ничто не указывает на то, что с тобой будет то же самое. Некоторые люди с диагностированным заболеванием Morbus Meniére за всю жизнь пережили всего два – три приступа. Можно сильно повлиять на это своим образом жизни. Избегать шума и стресса, заниматься спортом, высыпаться, есть здоровую пищу и так далее. И, как говорится, пока вообще не стоит рассматривать болезнь Меньера. Это заболевание встречается крайне редко – им страдает лишь один из тысячи.
Я сбит с толку. Доктор ничего об этом не сказал. О тяжелой операции он говорил так уверенно и буднично, что я не усомнился в его словах, тем более что все равно понял только половину из всего сказанного. Когда я собрался задать еще несколько вопросов, он поглядел на свои наручные часы и заявил, что на выходных один присматривает за всем отделением, поэтому ему нужно идти к другим пациентам, но я мог бы поговорить с его коллегой в начале этой недели. Потом он испарился, оставив меня без ответов. С Андреасом на другом конце моей личной горячей линии вдруг все начинает выглядеть совершенно иначе!
Далее мы подробно обсуждаем возможности. К сожалению, его фирма еще не разработала чудесное лекарство для ушей, тема сложная, и предстоит еще много исследований. Действительно ли в моем случае имеет место болезнь Меньера, по словам Андреаса, можно установить наверняка только при наличии патологического расширения внутреннего уха под названием «эндолимфатический гидропс». Этот термин я записываю в небольшой блокнот, который в предстоящие недели мне очень пригодится. Андреас продолжает: это можно выяснить только с помощью МРТ – технической процедуры, позволяющей визуализировать телесные жидкости на экране. Вспоминаю, что врач говорил о том, что нужно провести что-то подобное в больнице. Если бы я захотел сделать МРТ, мне пришлось бы задержаться здесь на несколько дней, а на это у меня нет никакого желания.
– Обязательно пройди обследование, – советует Андреас. – Когда у тебя будет результат, мы узнаем больше. На твоем месте я пока не стал бы заморачиваться мыслями о том, болезнь Меньера у тебя или нет.
О’кей, я должен некоторое время провести в больнице, чтобы в ближайшее время лечь в трубу МРТ. Думаю, все не так уж плохо.
– Но осталось еще кое-что, что тебе следует знать, – нерешительно продолжает Андреас. – Возможно, это прозвучит не очень приятно.
Я делаю глубокий вдох и настраиваюсь на худшее:
– Выкладывай.
– Для проведения этой процедуры нужно будет ввести контрастное вещество.
Я выдыхаю и с гордостью сообщаю:
– Ну здесь проблем не будет. Я не боюсь уколов.
– Это еще не все. В этом случае тебе сделают инъекцию в оба уха.
– Что значит в оба уха? Куда-то в слуховой проход?
– Придется проколоть барабанную перепонку и впрыснуть контрастное вещество в среднее ухо.
По моей спине ползут мурашки. Ужасно! Длинный шприц в ухе кажется мне более страшным, чем лечение зубного нерва у тюремного врача-садиста!
Андреас добавляет:
– Не бойся, тебе предварительно сделают местную анестезию. Возможно, будет немного неприятно, но не болезненно.
– О’кей. Все равно спасибо за предупреждение.
Об этом, естественно, врач тоже ничего не говорил. Мы прощаемся, и, после того как я завершаю вызов, на дисплее смартфона отображается время разговора продолжительностью три четверти часа. Это примерно на сорок минут дольше беседы с лечащим врачом. Теперь я чувствую себя во всеоружии перед новой встречей с немецкой системой здравоохранения, у которой, очевидно, не хватает времени на пациентов с жизненно важными диагнозами. Тем не менее теперь у меня в рукаве есть два туза: я располагаю ценными профессиональными знаниями и в любое время могу позвонить Андреасу, если в дальнейшем понадобятся его советы.
Следующее, что я делаю – в очередной раз за этот сумасшедший день набираю номер жены, чтобы рассказать ей о недавно приобретенных знаниях. Кроме того, нам нужно обсудить, сможет ли она забрать со вчерашнего места проведения вечеринки мой фургон вместе с музыкальной установкой. Я надеюсь, что моя техника пережила ночь с необузданной толпой за пультом управления, и задаюсь вопросом, как вообще этот праздник прошел без диджея…
Звук, ша-ла-ла-ла-ла
Акустический концерт, акт первый: о волнах, которые на самом деле представляют собой сферы
Чтобы понять, как развивался наш слух и на какие невероятные достижения он способен, сначала следует обратиться к вездесущему явлению природы – звуку. Мы установили, что доисторические рыбы посредством волосковых клеток в органе боковой линии могли чувствовать простые движения воды, но еще не звук, или, точнее, звуковые волны. Вы, определенно, много раз слышали этот термин, и, возможно, он вызывал те же ассоциации, что и у меня: я представлял себе волны на поверхности воды, подобные тем, какие можно увидеть на озере или море. Я считал, что и звук похожим образом раскачивается вверх и вниз по воздуху. Однако такое представление ошибочно: звуковые волны выглядят совершенно иначе!
Вообще, они для нас, конечно, ни на что не похожи, ведь наши глаза не могут их различить. Чтобы получить наглядное представление о том, что такое звуковые волны и как они распространяются, придется покинуть мир видимого. Предположим, вы хлопаете в ладоши, а мы увеличиваем это движение с помощью гигантского микроскопа. Тогда мы смогли бы увидеть, что пространство между ладонями и вокруг него вовсе не пустое. Там носятся миллионы молекул воздуха. Для простоты на мгновение представим их в виде маленьких синих шариков (даже если какой-нибудь специалист по физике элементарных частиц, услышав такое сравнение, начнет рвать на себе волосы). До того, как ваши руки приходят в движение, эти шарики парят между ними, равномерно распределившись в пространстве. Через наш микроскоп мы можем наблюдать все, как в замедленной съемке: ладони медленно двигаются навстречу друг другу и сильнее сдвигают шарики. Синий цвет сгущается между руками, так как все больше молекул воздуха сталкиваются друг с другом. Затем ладони встречаются, и в этот момент раздается звук хлопка. По логике вещей, когда руки соприкасаются, между ними едва ли остается место для синих молекул воздуха. Они резко выдавливаются по бокам. Молекулы толкают соседние молекулы, которые также врезаются в соседей и приводят их в движение. Поскольку частицы не всегда отлетают прямо вперед, но и смещаются в стороны, рикошеты образуют замкнутую сферу вокруг ваших рук. Это достойно стоп-кадра. Итак, пауза!