180 миллионов лет назад динозавры господствовали во влажных саговниковых лесах, а под их ногами сновали первобытные ящерицы, которые большую часть своей жизни проводили в подземных пустотах, чтобы не быть затоптанными гигантскими соседями. Постепенно рептилии обрели множество адаптаций, которые позволили им выживать в укромных уголках подземелья. Среди них и обострённое стерео-обоняние: о его механизме мы расскажем Вам в нашей статье.
Ранние рептилии часто скрывались от недружелюбного окружения под землёй. Чтобы приспособиться к передвижению по узким норам и расщелинам, их тела стали длинными, стройными и мускулистыми. За ненадобностью первобытные ящерицы и змеи частично или полностью утратили конечности и остроту зрения, которое компенсировало обострённое обоняние. Именно на этом этапе эволюции прото-змеи заполучили одну из самых узнаваемых черт пресмыкающихся – длинный, подвижный, раздвоенный язык. В конце концов эти рептилии начали выходить на поверхность, но только существенное сокращение популяции динозавров позволило увеличить численность и видовое разнообразие змей.
Загадка на века
Уникальный вид змеиных языков занимал учёных на протяжении многих веков. Аристотель считал, что вилообразный язык позволял змеям испытывать вдвое более интенсивный вкус пищи. Подобную идею развил французский натуралист Бернар Жермен Этьен де ла Виль, который предполагал, что раздвоенная структура мышцы помогает рептилиям крепче ухватить потенциальную жертву, чтобы как следует оценить её вкус. В XVII веке астроном и натуралист Джованни Баттиста Годиерна высказал мнение, что язык с заострёнными кончиками необходим змеям, чтобы очищать от грязи собственные ноздри – «ведь они только и делают, что ползают по земле». В то же время коллеги Годиерна были уверены: при помощи языка змеи с невиданным проворством ловят мух.
Согласно одному из самых распространённых заблуждений, активно продвигаемому самим Шекспиром, ядовитые пресмыкающиеся жалили своих жертв именно острым раздвоенным языком. По другому, значительно менее абсурдному мнению, слабое зрение вынуждало змей использовать язык как инструмент осязания, чтобы ощупывать сразу несколько объектов на своём пути. Это предположение авторства Жан-Батиста Ламарка служило ключевым объяснением функционала змеиных языков до конца XIX века.
Обоняние при помощи языка
Наука приблизилась к пониманию истинной природы змеиного языка в начале XX века, когда учёные наконец как следует изучили таинственный парный орган, расположенный над нёбом рептилий. Это образование известно как вомероназальный орган или орган Якобсона: оно представляет собой обонятельную луковицу с выходом рецепторной поверхности через небольшие каналы в нёбе животного. Данный орган присутствует у множества обитателей суши, включая некоторых млекопитающих. Биологи обнаружили, что вомероназальные органы отвечают за обоняние и являются периферийным отделом дополнительной обонятельной системы. Расположенные в нём рецепторы также анализируют молекулы запахов и посылают сигналы в соответствующий отдел мозга.
Осознание предназначения вомероназальных органов привело к пониманию того, что подвижный раздвоенный язык нужен змеям вовсе не для восприятия вкуса или осязания, но для обоняния. В 90-х годах XX века учёные впервые засвидетельствовали, как, отбирая «пробы» запахов на земле, змеи максимально разводят кончики языка. Это действие позволяет им захватить молекулы аромата из двух удалённых точек в пространстве одновременно. Каждый кончик языка доставляет молекулы в собственный орган Якобсона, помогая рептилии оценить интенсивность запаха с той или иной стороны. Таким образом, раздвоение языка необходимо змеям по той же причине, по которой люди имеют два глаза или два уха: такая структура органа создаёт «стерео» картинку окружающего пространства.
Вихри аромата
У родственных змеям ящериц раздвоенный язык также отвечает за обоняние, однако безногие рептилии имеют более развитую механику улавливания запаха веществ. В частности, в отличие от ящериц, змеи постоянно быстрыми движениями раскачивают свой язык снизу-вверх. Современные технологии позволили учёным отследить, как подобные движения влияют на воздушные массы вокруг животного. Оказалось, что колеблющийся язык создаёт невидимые миниатюрные вихри, которые буквально втягивают молекулы запаха из окружающего воздуха. Поскольку обычно частицы аромата рассеяны в пространстве в небольших количествах, создаваемые языком вихри позволяют змеям сконцентрировать молекулы в одном месте и ускорить их попадание в органы Якобсона.
Данные предварительных наблюдений также позволяют установить, что поток воздуха в вихрях остаётся достаточно направленным. Таким образом змеи сохраняют «стерео» обоняние, не смешивая молекулы ароматов из разных точек в пространстве. История науки, генетики и множество других факторов нередко демонстрируют учёным, что процесс естественного отбора далеко не всегда способствует формированию оптимальных характеристик организма живых существ. Впрочем, когда дело касается змеиного языка, кажется, эволюция справилась с задачей максимально добросовестно.