Анатомия переживает ренессанс

Всего два десятилетия назад, когда я начинал свои PhD-исследования в Калифорнийском университете в Беркли, говорили о смерти анатомии как научного направления. Этого не произошло. Вместо этого наука анатомия в последнее время переживает ренессанс, вызывая возобновленный интерес не только у исследователей, но и у публики.

В 2011 году моя команда выяснила, почему у слонов есть ложный «шестой палец», что оставалось загадкой с 1710 года. В прошлом году с исследователями из Университета Юты мы помогли выявить, что у крокодилов «птицеподобные» легкие, в которых воздух движется по одностороннему контуру, а не взад-вперед, как в легких млекопитающих. Последующая работа коллег показала, что так же делают и вараны.

Исследователи также раскрыли тайну того, как у варанов появились ядовитые железы. Они обнаружили, что у китов, питающихся путем «заглатывания», есть особый сенсорный орган в подбородке, который помогает им поглощать огромное количество пищи. И, похоже, у крокодилов, как и у китов, есть сенсорные органы в челюстях, которые могут обнаруживать вибрации в воде. Анатомия нашла даже шестеренки в природе: оказалось, у цикадок есть крошечные шестерни в ногах, помогающие совершать удивительные и точные прыжки.

Взлеты и падения анатомии

С XVI до XIX века анатомия человека была одним из ведущих исследовательских полей. Анатом Жан Франсуа Фернель, придумавший слово «физиология», писал в 1542 году:

Анатомия относится к физиологии, как география к истории; она описывает театр событий.

Но затем с анатомическими исследованиями произошло нечто, на что трудно указать. Постепенно анатомия стала областью, над которой насмехались как над устаревшей, нерелевантной или просто «решенной». Казалось, анатомам не осталось ничего важного для открытия. Это кажущееся затмение анатомии ускорилось с подъемом генетики и расцветом методов изучения молекулярной и клеточной биологии.

Однако сегодня анатомия на уровне целых органов, организмов или линий переживает ренессанс. Возможно, другая причина в том, что большинство людей думают, что мы уже хорошо знаем анатомию человека. Но это не совсем так. Например, в прошлом году бельгийские ученые заново открыли антеролатеральную связку колена человека, упускавшуюся из виду с 1879 года.

Высокотехнологичная анатомия

Огромная часть этого возрождения анатомической науки — технологии, особенно методы визуализации. Мы больше не ограничены только скальпелем и световым микроскопом. Цифровые технологии, такие как трехмерная визуализация в сочетании с компьютерной графикой, позволяют исследователям по-новому смотреть на части тела. Например, используя такие методы, мы смогли переписать эволюцию позвоночника ранних наземных животных — тетрапод.

Наука движется вперед быстрее всего с разработкой новых инструментов, и анатомия — отличный пример. Недавно исследователи из Бристольского университета обнаружили, что, используя простой раствор для окрашивания тканей животных, они могут получать трехмерные сканы с помощью КТ (компьютерной томографии), которая является гораздо более доступным инструментом визуализации, чем более мощная и дорогая МРТ (магнитно-резонансная томография). Этот прогресс позволил им проводить «цифровые вскрытия».

Анатомия преобразилась, потому что теперь мы можем заглядывать внутрь тел организмов с беспрецедентной детализацией, делясь и сохраняя находки в высокоразрешающих цифровых форматах. Мы можем делать это, не беспокоясь, что уникальный новый вид из бразильских тропических лесов или захватывающая ископаемая находка кембрийского периода будут разрушены, если мы исследуем определенные вопросы об их анатомии, невидимые снаружи.

Вычислительная мощность также выросла до такой степени, что невероятно детальные 3D-модели, созданные на основе визуализации реальных целых образцов, можно с легкостью манипулировать (даже у живых животных), чтобы наука могла лучше понять, что анатомия означает для физиологии, поведения, биомеханики и эволюции животных.

Больше, чем просто любопытство

Современная релевантность анатомии значительна. Возьмем пример с пальцами геккона. На концах пальцев у них миллионы тонких волокон, которые могут цепляться почти за что угодно, включая очень гладкое стекло. Их кожа была изучена настолько детально и воспроизведена для создания революционных супер-адгезивов, таких как продукт «Geckskin», 16 квадратных дюймов которого в настоящее время могут удерживать на весу 700 фунтов.

Другие примеры приходят из био-вдохновленных инноваций в инженерии и дизайне, особенно в робототехнике. Изучая скромного таракана, Роберт Фулл из Калифорнийского университета в Беркли создал новые способы проектирования роботов с ногами, которые могут обыскивать завалы после землетрясений в поисках выживших или исследовать далекие планеты.

Анатомические знания также ключевы для улучшения сохранения и охраны дикой природы. Например, изучение смертности слонов в зоопарках показало, что около половины этих крупных животных умирают в неволе от проблем, связанных с их ногами, таких как артрит или абсцессы в костях стопы или области когтей. Это влияет на усилия по созданию самоподдерживающихся популяций в неволе в западных центрах охраны природы.

Пример такой спасительной помощи приходит от команды Уитмера, которая изучала анатомию рога носорога, что оказалось чрезвычайно полезным в нашумевшем трагическом случае с носорогом Тэнди в Южной Африке. Рог Тэнди был отрезан браконьерами, но она выжила достаточно долго, чтобы ветеринары попытались ее лечить. Благодаря исследованиям Уитмера, Тэнди выжила и сейчас беременна.

Проблемы современности

Анатомия как научная дисциплина явно процветает в исследованиях, в то время как она сокращается в преподавании. Все меньше и меньше университетов, кажется, преподают основы сравнительной анатомии, которые были основой биологических программ столетие назад. Медицинские школы все чаще, кажется, избегают практического анатомического вскрытия в пользу цифрового обучения.

Анатомия также имеет проблему с идентичностью. Частично это происходит из-за культурных установок, но частично — из-за ее собственного успеха. Будучи интегрированной во многие аспекты биологии, область может быть воспринята как движущаяся к собственному забвению.

Я изо всех сил пытался найти ярлык для себя как исследователя в начале карьеры. Я боялся, что называние себя «анатомом» сделает меня старомодным или неамбициозным в глазах комиссий по собеседованию на факультетские должности, и я знаю, что многие мои коллеги чувствовали то же самое. Я остановился на ярлыке «эволюционный биомеханик» как лучшем термине для моей специальности.

Мы должны прислушаться к тому, что хорошо знали классические ученые: на пользу науке, человечеству и миру — ценить анатомию, которая окружает нас повсюду. Мы наследуем это сокровище через преподавание; уклоняться от этой обязанности — значит отказаться от этого клада. При миллионах видов сегодня и бесчисленном множестве в прошлом, всегда должно быть богатство анатомии, из которой каждый может учиться, о которой преподавать и которой радоваться.