В много детски песнички се пее за пръстите на ръцете и краката. Децата ги обожават, но ако се замислите, изниква един любопитен въпрос: защо изобщо хората имат по пет пръста на всеки от четирите си крайника? Простият отговор е, че просто така сме еволюирали, но да определим откъде са дошли тези пръсти и как е друга история. "Когато говорим защо имаме пет, а не шест или четири пръста на ръцете и краката, мисля, че това е доста труден въпрос", казва Тецуя Накамура, доцент в катедрата по генетика на университета Рутгерс. За да намерим отговора, трябва да се върнем милиони години назад.
Всичко започва с общ предшественик
Снимка: iStock
Всички четирикраки, група, която включва земноводни, влечуги, птици и бозайници, произлизат от общ предшественик – риба. "Ако попитате "откъде произлизаме?", нашият общ предшественик е рибата", казва Накамура, цитирана от "Popular Science".
Още: Клип разкрива еволюцията на вълците: Малцина са очаквали животно да прави подобно нещо (ВИДЕО)
Рибите първоначално развиват крайници, за да ходят по сушата по време на девонския период на Земята, който е настъпил преди около 360 милиона години. Сравнително кратко време по-късно (от еволюционна гледна точка) първите четирикраки същества, които са имали до осем пръста на всеки крайник, се освобождават от излишните си пръсти. Оттогава нататък петте пръста на ръцете и краката стават стандартна характеристика за първите четирикраки в света.
Снимка: iStock
Този петцифрен план скоро се кодира в гените Hox на нашите ранни предци, набор от главни контролни гени, които действат като генетичен план, гарантиращ, че частите на тялото, органите и крайниците се намират на правилните си места. Оттогава насам тези гени Hox определят, че всички наши общи предци са еволюирали от този петцифрен план. Разбира се, не всички живи гръбначни имат пет пръста на ръцете и краката, но повече от 99% от четирикраките (всички сухоземни видове с гръбнак) споделят една и съща петпръста костна структура. Това включва морски лъвове, китове и тюлени, които имат пет пръстоподобни израстъци, скрити в перките им, и прилепи, родени с перести пръсти, които формират структурата на крилата им. Дори ембрионите на конете и птиците започват с пет пръста, преди да се превърнат в копита или (в случая на птиците) в по-малко на брой пръсти на краката.
Още: Не е била между хора: Първата целувка се е случила преди около 20 милиона години
Само един на 500 до 1000 души се ражда с допълнителни пръсти на ръцете или краката. Тази разлика при раждането е известна като полидактилия и е свързана с прекомерно изразен ген, известен като sonic hedgehog (да, прочетохте правилно!).
Проследяване до рибите
Снимка: iStock
Все пак, едва през 2016 г. група учени от Чикагския университет установиха как перките на рибите (костните елементи на скелета, които осигуряват структура, гъвкавост и допълнителна опора на перките) в крайна сметка са еволюирали в пръсти на ръцете и краката. Накамура беше член на екипа.
Още: Защо се набръчква кожата на пръстите, ако стоим дълго във вода
За своето проучване учените са използвали малки риби с перки, като зебрариба, медака и други тропически риби, които често се срещат в домашните аквариуми. След това са използвали CRISPR-Cas, техника за редактиране на гени, която им е позволила да променят ДНК на рибите, за да изтрият Hox гените, необходими за развитието на крайниците.
Снимка: iStock
Оттам учените сравняват ембрионалните клетки в тези мутирали риби с мишки, докато те растат се развиват, и в крайна сметка установяват генетична връзка между двете. "Открихме, че нашите пръсти и перките на рибите използват същите Hox гени и техните функции, за да се развиват", казва Накамура. С други думи, перките на рибите и нашите пръсти произлизат от един и същ генетичен набор от инструменти.
Какво означава всичко това
Макар че изследванията им установяват пряка връзка между перките на рибите и пръстите на четирикраките, все още има много да се научи за това как хората са развили пръстите на ръцете и краката си. "Установихме, че пръстите ни вероятно са еволюирали от перките, въпреки че са много различни структури", казва Накамура. "Остават много въпроси", казва той. "Например, как са се превърнали в пръсти? И какви гени и молекули са регулирали тази трансформация?" С появата през последното десетилетие на по-добри инструменти за редактиране на гени, като CRISPR-Cas9, по-прецизен вид CRISPR-Cas система, Накамура вярва, че отговорите може да дойдат по-скоро, отколкото се очаква, пише "Popular Science".
Други общи черти
Снимка: iStock
Според Накамура, четирикраките и рибите са генетично сходни и по други начини. Например, задните крайници на сухоземните гръбначни животни са еволюирали от тазовите перки на предците им – рибите с лопатки, докато раменните колани (костната структура, която формира основата на раменете ни) са се развили от хрилните дъги на рибите, които са скелетните извивки, поддържащи хрилете на рибите за дишане и хранене. "Въпреки че рибите нямат шии", казва Накамура, "по някакъв начин по време на еволюцията хората са отделили черепната кост от раменния пояс, създавайки пространство за шията." Това ни е позволило да движим главите си независимо от телата си, за да ловуваме и да оглеждаме хоризонта.
Още: Пукате ли си пръстите? Причината е в мозъка ви
Това е т.нар. "еволюционна иновация" – нова черта или характеристика, която позволява на организмите да функционират и да се адаптират по-добре, подобно на това как сме придобили пръсти на ръцете и краката. "Взехме структурите, които съществуваха в перките на рибите", казва Накамура, "и с течение на времето телата ни промениха своето развитие към тъкани, подобни на пръсти, които са по-подходящи за сушата."
Защо имаме пет пръста на ръцете и пет на краката? Това остава неясен въпрос, но числото със сигурност е подходящо за детска песничка, завършват от "Popular Science".
