Язык — орган, который изменил жизнь на Земле

Язык — это не только средство общения, но и уникальный орган, который помогает нам воспринимать мир и себя. С помощью языка мы можем чувствовать вкус, запах, температуру и форму разных объектов. Но как появился язык и как он повлиял на эволюцию животных и растений?


Считается, что язык возник около 350 миллионов лет назад у первых земноводных — предков всех современных позвоночных. Они вышли из воды на сушу и столкнулись с новыми видами пищи, которые требовали специального органа для захвата и глотания. Этим органом стал язык, который развился из скелетных структур и мышц, ранее служивших для дыхания через жабры.

С течением времени язык стал более длинным, подвижным и разнообразным у разных групп животных. Например, у змей язык превратился в орган обоняния, который помогает им находить добычу на большом расстоянии. У лягушек и ящериц язык стал ловким и липким оружием для поимки насекомых. У птиц, питающихся нектаром, язык стал длинным и тонким для проникновения в глубокие цветки. У млекопитающих язык стал многофункциональным инструментом для жевания, глотания, терморегуляции и образования звуков.

Язык играл важную роль в адаптации животных к различным условиям среды и типам питания. Наиболее важной задачей языка у млекопитающих является расположение пищи для пережевывания и проглатывания. В зависимости от вида это может означать перекладывание пищи с одной стороны на другую при каждом укусе или ограничение ее только одной стороной, в то время как сам язык остается на безопасном расстоянии от жевательных зубов. Затем, с добавлением слюны, язык превращает растертую пищу в округлый «болюс», который легко проходит через горло. Наконец, он проталкивает этот болюс обратно для проглатывания, следя за тем, чтобы пища не попала в дыхательные пути.


— Дж. Д. Лоуренс-Чейзен, биолог из Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии.

Вся эта обработка позволяет млекопитающим переваривать пищу быстрее и эффективнее, поэтому они получают из своего рациона больше, чем большинство других животных. Эта щедрость подпитывала другие эволюционные достижения, такие как высокая скорость метаболизма и активность, пролонгированная беременность и большой мозг. Действительно, Каллум Росс, биомеханик и нейробиолог из Чикагского университета, считает происхождение жевания одним из трех изменяющих курс эволюционных переходов, обеспечиваемых языком, наряду с переходом от воды к земле и происхождением человеческой речи.

До недавнего времени исследователи не могли получить подробное представление о том, как язык перемещает пищу, потому что ему мешают губы, щеки и зубы. Но в последнее время группа Росса использует метод, называемый рентгеновской реконструкцией движущейся морфологии (XROMM), который включает в себя запись движений имплантированных хирургическим путем шариков с помощью рентгеновских лучей и преобразование результатов в 3D-анимацию.

В своих экспериментах с опоссумами и обезьянами камеры одновременно снимают изображения с разных ракурсов, когда животное ест или пьет, а реконструированная анимация позволяет исследователям увидеть, как движется язык по отношению к челюстям и зубам.

Мы можем видеть черты движения, которые были совершенно скрыты
— Элизабет Брейнерд, функциональный морфолог из Университета Брауна и пионер XROMM, которая посоветовала Россу адаптировать эту технологию для своих исследований.

Сравнивая движения языка у разных видов, исследователи надеются узнать, как языковая специализация могла способствовать эволюции образа жизни и пищевых предпочтений каждого животного.

Совсем недавно Лоуренс-Чейзен и Росс работали с коллегой из Чикаго Нико Хацопулосом и Фрици Арсе-МакШейном, ныне нейробиологом в Университете Вашингтона, над объединением анализа XROMM с записями нейронной активности у обезьян. Они надеются, что такие исследования покажут, как мозг координирует сложные движения языка, связанные с кормлением, питьем и, возможно, даже вокализацией. В одном из экспериментов набор электродов контролировал область коры головного мозга размером с пенни, когда обезьяны жевали виноград. Эта область содержит как сенсорные нейроны, которые получают информацию от языка и рта, так и моторные нейроны, которые посылают сигналы обратно, помогая контролировать движения языка. Команда обнаружила, что схема возбуждения двигательных нейронов точно предсказала изменения формы языка.

Работа опровергает некогда распространенное представление, что жевание, как и ходьба, в основном находится под контролем ствола мозга. Кора головного мозга также принимает активное участие, гарантируя, что язык «способен к сложным асимметричным деформациям», которые на лету приспосабливаются к мармеладным мишкам, стейкам и даже молочным коктейлям, объясняет Лоуренс-Чейзен.

Уишоу задается вопросом, могла ли ловкость человеческого языка помочь нам проложить путь к нашему прекрасному контролю над нашими руками и даже над нашим разумом. Его любопытство было возбуждено неожиданной находкой несколько лет назад. Его команда научила мышей использовать свои лапы вместо рта, чтобы собирать фрукты. Они заметили, что некоторые животные высовывали языки, когда дотягивались до них лапами, сообщали они в 2018 году.

В последующих исследованиях, которые еще не опубликованы, он, нейробиолог из Университета Дьюка Сюй Ань и их коллеги определили то, что они называют «оромануальной» областью коры, ранее неизведанной областью, которая контролирует как руку, так и язык. . Уишоу считает, что подобная область мозга существует у людей и может помочь объяснить, почему так много людей жестикулируют во время разговора, почему дети, учащиеся писать, часто скручивают язык, когда пальцы формируют буквы — явление, отмеченное Чарльзом Дарвином.

По словам Уишоу, общая область мозга для руки и языка имеет эволюционное значение. Ранним наземным животным для кормления был необходим ловкий язык; позже, когда некоторые животные начали хватать пищу конечностями, эволюция могла использовать те же мозговые схемы, которые направляют язык для координации движений рук. Он предполагает, что еще более сложное поведение, такое как мышление, могло возникнуть из-за способности мозга, которая изначально развилась для координации языка.