Звідки у людей взялися лікті і коліна: вчені "розкопали" цікавий факт
Акули та скати не мають кісток, але мають суглоби, як і люди. При цьому раніше вважалось, що синовіальні суглоби (містять в’язку рідину, що підтримує їх еластичність) є лише у кісткових хребетних.
Насправді вони існували у набагато старшого предка хрящових та кісткових риб. Про це свідчать дані дослідження, оприлюдненого bioRxiv, що, за словами вчених, розширює еволюційну теорію суглобів.
"Оскільки багато водних істот можуть регенерувати свої пошкоджені суглоби, вивчення їх еволюції може призвести до кращого лікування артриту та інших проблем людей", – говорить автор дослідження Ніл Шубін, еволюційний біолог з Чиказького університету.
Будову нашого тіла визначають кілька видів суглобів. Шви в черепі у дорослих не рухаються, а хрящові (наприклад ті, що з’єднують ребра з грудиною) зазвичай мають дуже обмежену рухливість.
Але є також синовіальні – це більшість міжкісткових з’єднань у людей. Заповнена рідиною порожнина сполучає сусідні кістки, а хрящ забезпечує максимальну та плавну маневреність.
За словами біологів, еволюція цих суглобів – "велика інновація" в історії хребетних.
Еволюційна історія синовіальних суглобів довго бентежила біологів. У 1940-х роках анатоми знайшли докази того, що вони існували у дорослих акул, які еволюціонували приблизно 450 мільйонів років тому.
Але в наступні десятиліття у підручниках ішлося, що ці заповнені рідиною суглоби виникли у наземних тварин приблизно 50 мільйонів років потому, щоб допомогти чотирилапим ходити по землі. Згодом суглоби дозволили розвинути різноманітні стратегії пересування та харчування, включаючи здатність людини ходити на двох ногах.
Це було загальноприйнятою думкою до 2016 року, коли Крамп і його колеги знайшли генетичні докази наявності цих суглоб у кісткових риб, які еволюціонували приблизно 410 мільйонів років тому. За словами вчених, мастильні білки містились у великій кількості в щелепах риб і в плавниках даніо, гару та ціп’яків. Тоді стало зрозуміло, що синовіальні суглоби справді виникли у водному середовищі.
Доктор Ніліма Шарма вирішила дізнатися більше. Вона шукала ці суглоби у трьох тварин: морського ската, бамбукової акули та морської міноги. Вважається, що ці тварини представляють хребетних, які в процесі еволюції виникли раніше. Скат і акула – щелепні хрящові види, а мінога хоч і має хрящ, але безщелепна.
Разом із іншою вченою, Ярою Харіді, доктор провела мікрокомп’ютерну томографію маленьких ембріонів у віці 20, 28 і більше 30 тижнів і їх генну активність.
Дослідниці виявили, що ембріональна щелепа і таз скатів спочатку виглядали як окрема стійка, що розпалася і утворила суглоб, розділений порожниною. Розрив стимулювався скороченнями м’язів і супроводжувався наявністю специфічних сигнальних білків, що називаються фактором диференціювання росту-5 і бета-катеніном. Коли вчені обробили ембріони хімічною речовиною, що паралізувала м’язи у процесі розвитку, потенційні структури щелепи та таза не ламалися, а суглоби не формувалися.
Хоча суглоби скатів з’єднують хрящі, а не кістки, вони показують той самий набір генів, що й їхні кісткові аналоги. Це призвело до виробництва мастильних і зволожуючих молекул – гіалуронова кислота, аггрекан і лубрицин. Відомо, що вони використовуються в лікуванні остеоартриту, очних краплях і косметиці для пом’якшення шкіри.
Навпаки, у скелеті недорозвиненої міноги таких порожнин не утворилося. Це свідчить про те, що ці суглоби виникли синхронно з еволюцією щелеп. І гени, виявлені активними лише в суглобах ската та інших хребетних, були активні по всьому тілу міноги.
"Насправді це було питання їх реорганізації та перепрофілювання", — каже Медейрос.
Оскільки предки цих хрящових істот передували еволюції кісток, очевидно, що еволюція суглобів не мала нічого спільного з адаптацією, пов’язаною з наявністю кісткового скелета, каже Мауріціо Пасіфічі, біолог розвитку з Дитячої лікарні Філадельфії. Натомість, вважає він, фізичні потреби мобільного морського мисливця сприяли еволюції цих суглобів.
Медейрос погоджується: "Акулячий хрящ дуже хрусткий, тож можна очікувати, що їм знадобляться суглоби". На противагу цьому, каже він, хрящ міноги м’який і гнучкий, ніби їхній скелет "є одним великим суглобом".
Вчені додають: той факт, що скат використовує аналогічні молекулярні інструкції для побудови суглобів, що й птахи та ссавці, є "промовистим прикладом того, як еволюція зберігає та використовує дієві механізми". Дізнатися більше про суглоби цих тварин одного разу може допомогти нам зрозуміти артрит та інші захворювання суглобів у людей та інших ссавців.
"Чим більше ми будемо знати про цих істот, тим більше ми зможемо відкрити нові способи стимулювання загоєння ран у людських суглобах", – говорить Шубін.
Раніше OBOZ.UA писав про те, що Всесвіт, здається, вповільнює еволюцію всупереч теорії.
Підписуйтесь на канали OBOZREVATEL у Telegram і Viber, щоб бути в курсі останніх подій.