Skąd ludzie mają łokcie i kolana: naukowcy "odkryli" interesujący fakt

Rekiny i płaszczki nie mają kości, ale mają stawy, podobnie jak ludzie. Wcześniej sądzono jednak, że stawy maziowe (zawierające lepki płyn, który utrzymuje ich elastyczność) występują tylko u kręgowców kostnych.

W rzeczywistości istniały one u znacznie starszych przodków ryb chrzęstnych i kostnych. Dowodzi tego badanie opublikowane przez bioRxiv, które zdaniem naukowców rozszerza ewolucyjną teorię stawów.

"Ponieważ wiele stworzeń wodnych może regenerować swoje uszkodzone stawy, badanie ich ewolucji może prowadzić do lepszych metod leczenia zapalenia stawów i innych ludzkich problemów" - mówi autor badania Neil Shubin, biolog ewolucyjny z University of Chicago.

Struktura naszego ciała jest zdeterminowana przez kilka rodzajów stawów. Szwy w czaszce u dorosłych nie poruszają się, a szwy chrzęstne (na przykład te łączące żebra z mostkiem) mają zwykle bardzo ograniczoną ruchomość.

Istnieją również szwy maziowe, które stanowią większość połączeń międzykostnych u ludzi. Wypełniona płynem jama łączy sąsiednie kości, a chrząstka zapewnia maksymalną i płynną manewrowość.

Według biologów ewolucja tych stawów jest "wielką innowacją" w historii kręgowców.

Historia ewolucji stawów maziowych od dawna zastanawiała biologów. W latach czterdziestych XX wieku anatomowie znaleźli dowody na to, że istniały one u dorosłych rekinów, które wyewoluowały około 450 milionów lat temu.

Ale w kolejnych dziesięcioleciach podręczniki mówiły, że te wypełnione płynem stawy wyewoluowały u zwierząt lądowych około 50 milionów lat później, aby pomóc czworonożnym zwierzętom chodzić po ziemi. Z biegiem czasu stawy pozwoliły na rozwój różnych strategii lokomocji i karmienia, w tym zdolności ludzi do chodzenia na dwóch nogach.

Była to konwencjonalna mądrość aż do 2016 roku, kiedy Crump i jego koledzy znaleźli genetyczne dowody na istnienie tych stawów u ryb kostnych, które wyewoluowały około 410 milionów lat temu. Według naukowców, białka smarujące znaleziono w dużych ilościach w szczękach ryb oraz w płetwach danio, gar i tasiemców. Wtedy stało się jasne, że stawy maziowe rzeczywiście powstały w środowisku wodnym.

Dr Neelima Sharma postanowiła dowiedzieć się więcej. Szukała tych stawów u trzech zwierząt: płaszczki morskiej, rekina bambusowego i minoga morskiego. Uważa się, że zwierzęta te reprezentują kręgowce, które powstały wcześniej w procesie ewolucji. Płaszczka i rekin to gatunki chrzęstnoszkieletowe ze szczękami, podczas gdy minóg, choć ma chrząstkę, jest bezszczękowy.

Wraz z innym naukowcem, Yarą Haridi, lekarz przeprowadził mikrokomputerową tomografię małych embrionów w wieku 20, 28 i ponad 30 tygodni oraz ich aktywności genowej.

Naukowcy odkryli, że embrionalna szczęka i miednica płaszczek początkowo wyglądały jak oddzielny słupek, który rozpadł się i utworzył staw oddzielony jamą. Pęknięcie było stymulowane przez skurcze mięśni i towarzyszyła mu obecność specyficznych białek sygnałowych zwanych czynnikiem różnicowania wzrostu-5 i beta-kateniną. Gdy naukowcy potraktowali zarodki substancją chemiczną, która sparaliżowała mięśnie podczas rozwoju, potencjalne struktury szczęki i miednicy nie uległy rozpadowi, a stawy nie utworzyły się.

Chociaż stawy płaszczki łączą chrząstkę, a nie kość, wykazują ten sam zestaw genów, co ich odpowiedniki kostne. Doprowadziło to do produkcji cząsteczek smarujących i nawilżających - kwasu hialuronowego, agrekanu i lubryny. Są one stosowane w leczeniu choroby zwyrodnieniowej stawów, kroplach do oczu i kosmetykach zmiękczających skórę.

Wręcz przeciwnie, w szkielecie niedorozwiniętego minoga nie powstały takie wgłębienia. To sugeruje, że te stawy powstały w synchronizacji z ewolucją szczęk. Geny, które okazały się aktywne tylko w stawach płaszczki i innych kręgowców, były aktywne w całym ciele minoga.

"To naprawdę była kwestia ich reorganizacji i zmiany przeznaczenia" - mówi Medeiros.

Ponieważ przodkowie tych chrzęstnych stworzeń poprzedzają ewolucję kości, jasne jest, że ewolucja stawów nie miała nic wspólnego z adaptacjami związanymi z obecnością kościstego szkieletu, mówi Maurizio Pacifici, biolog rozwojowy ze Szpitala Dziecięcego w Filadelfii. Zamiast tego, uważa on, że fizyczne potrzeby mobilnego łowcy morskiego przyczyniły się do ewolucji tych stawów.

Medeiros zgadza się: "Chrząstka rekina jest bardzo chrupiąca, więc można by się spodziewać, że potrzebują stawów". W przeciwieństwie do tego, chrząstka minoga jest miękka i elastyczna, tak jakby ich szkielet "był jednym wielkim stawem".

Fakt, że płaszczka wykorzystuje podobne instrukcje molekularne do budowy stawów jak ptaki i ssaki, jest "wymownym przykładem tego, jak ewolucja zachowuje i wykorzystuje skuteczne mechanizmy" - dodają naukowcy. Dowiedzenie się więcej o stawach tych zwierząt może pewnego dnia pomóc nam zrozumieć zapalenie stawów i inne choroby stawów u ludzi i innych ssaków.

"Im więcej wiemy o tych stworzeniach, tym więcej możemy odkryć nowych sposobów stymulowania gojenia się ran w ludzkich stawach" - mówi Shubin.

Subskrybuj kanały Telegram i Viber OBOZREVATEL, aby być na bieżąco z najnowszymi wydarzeniami.