Η δημοφιλής παιδική ομοιοκαταληξία Αυτό το μικρό γουρουνάκι είναι μια πρώιμη παιδική ανάμνηση για πολλούς από εμάς. Είναι ένα ποίημα που περιλαμβάνει πέντε μικρά γουρουνάκια, το καθένα αντιστοιχεί σε ένα από τα δάχτυλα των χεριών ή των ποδιών μας. Τα παιδιά το λατρεύουν, αλλά αν κάνετε μια παύση για να σκεφτείτε, αυτή η απλή ομοιοκαταληξία εγείρει μια περίεργη ερώτηση: Γιατί έχουν οι άνθρωποι πέντε ψηφία σε καθένα από τα τέσσερα άκρα μας αρχικά;
Η απλή απάντηση είναι ότι το πώς εξελιχθήκαμε, αλλά ο προσδιορισμός από πού προήλθαν αυτά τα δάχτυλα και πώς είναι μια διαφορετική ιστορία. «Όταν μιλάτε για το γιατί έχουμε πέντε – όχι έξι ή όχι τέσσερα – δάχτυλα και δάχτυλα ποδιών, νομίζω ότι είναι μια αρκετά δύσκολη ερώτηση», λέει Tetsuya Nakamuraαναπληρωτής καθηγητής στο τμήμα γενετικής του Πανεπιστημίου Rutgers. Για να βρούμε την απάντηση, πρέπει να πάμε εκατομμύρια χρόνια πίσω.
Όλα ξεκινούν από έναν κοινό πρόγονο
Όλα τα τετράποδα, μια ομάδα που περιλαμβάνει αμφίβια, ερπετά, πουλιά και θηλαστικά, προέρχονται από έναν κοινό πρόγονο ψαριού. “Αν ρωτήσετε, “από πού ήρθαμε;” Ο κοινός μας πρόγονος ήταν τα ψάρια», λέει ο Nakamura.
Τα ψάρια αρχικά ανέπτυξαν άκρα για να περπατούν στη στεριά κατά τη διάρκεια της Γης Devonian Περίοδοςπου συνέβη πριν από περίπου 360 εκατομμύρια χρόνια. Σχετικά λίγο αργότερα (εξελικτικά μιλώντας), τα πρώτα τετράποδα πλάσματα — τα οποία είχαν έως και οκτώ ψηφία σε κάθε άκρο — ρίξει τους επιπλέον ψηφία. Από εκεί και πέρα, πέντε δάχτυλα των χεριών και πέντε δάχτυλα των ποδιών έγιναν ένα τυπικό χαρακτηριστικό για τα εναρκτήρια τετράποδα του κόσμου.
Αυτό το πενταψήφιο σχέδιο σύντομα έγινε κωδικοποιημένο στους πρώτους προγόνους μας» Γονίδια Hoxένα σύνολο βασικών γονιδίων ελέγχου που λειτουργούν ως γενετικό σχέδιο, διασφαλίζοντας ότι τα μέρη του σώματος, τα όργανα και τα άκρα καταλήγουν στις σωστές θέσεις τους. Έκτοτε, αυτά τα γονίδια Hox έχουν καθορίσει ότι όλοι οι κοινοί μας πρόγονοι έχουν εξελιχθεί από αυτό το πενταψήφιο σχέδιο.
Φυσικά, δεν έχει κάθε ζωντανό σπονδυλωτό πέντε δάχτυλα των χεριών και των ποδιών, αλλά περισσότερο από 99% τετράποδων (όλα τα χερσαία είδη με σπονδύλους) μοιράζομαι το ίδιο πεντάχτυλο δομή των οστών. Αυτό περιλαμβάνει θαλάσσια λιοντάρια, φάλαινες και φώκιες, που έχουν πέντε προεξοχές σαν δάχτυλα κρυμμένες μέσα στα βατραχοπέδιλά τους και νυχτερίδεςγεννημένοι με δικτυωτά δάχτυλα που σχηματίζουν τη δομή των φτερών τους. Ακόμη και έμβρυα αλόγων και πτηνών για λίγο ξεκινήστε με πέντε ψηφία πριν από την εκ νέου ανάπτυξη σε οπλές ή (στην περίπτωση των πτηνών) α μικρότερος αριθμός των δακτύλων των ποδιών.
Μόνο ένας στους 500 έως 1.000 ανθρώπους γεννιέται με επιπλέον δάχτυλα των χεριών ή των ποδιών. Αυτή η διαφορά γέννησης είναι γνωστή ως πολυδακτυλίακαι συνδέεται με ένα υπερεκφραστικό γονίδιο γνωστό ως ηχητικός σκαντζόχοιρος (σωστά διαβάσατε!).
Ανιχνεύοντάς το πίσω στα ψάρια
Ωστόσο, μόλις το 2016 μια ομάδα επιστημόνων από το Πανεπιστήμιο του Σικάγο καθόρισε πώς ακτινοβολούν τα πτερύγια ενός ψαριού (τα οποία είναι τα οστέινα σκελετικά στοιχεία που παρέχουν δομή, ευελιξία και πρόσθετη υποστήριξη για τα πτερύγια ψαριών) τελικά εξελίχθηκαν σε δάχτυλα των χεριών και των ποδιών. Ο Νακαμούρα ήταν μέλος της ομάδας.
Οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν μικροσκοπικά ψάρια με πτερύγια ακτίνων όπως το ζέβρα, μέδακακαι άλλα τροπικά ψάρια που βρίσκεις συχνά σε οικιακά ενυδρεία για τη μελέτη τους. Στη συνέχεια χρησιμοποίησαν το CRISPR-Cas, μια τεχνική γονιδιακής επεξεργασίας που τους επέτρεψε να αλλάξουν το DNA των ψαριών, για να διαγράψουν τα γονίδια Hox που απαιτούνται για την ανάπτυξη των άκρων.
Από εκεί, οι επιστήμονες συνέκριναν τα εμβρυϊκά κύτταρα σε αυτά τα μεταλλαγμένα ψάρια με ποντίκια καθώς μεγάλωναν και αναπτύχθηκαν, τελικά τον προσδιορισμό μιας γενετικής σύνδεσης μεταξύ των δύο. «Βρήκαμε ότι τα δάχτυλά μας και οι ακτίνες των πτερυγίων των ψαριών χρησιμοποιούν τα ίδια γονίδια Hox και τις λειτουργίες τους για να αναπτυχθούν», λέει ο Nakamura. Με άλλα λόγια, οι ακτίνες των πτερυγίων των ψαριών και τα δάχτυλά μας προέρχονται από την ίδια γενετική εργαλειοθήκη.
Τι σημαίνει όλο αυτό
Ενώ η έρευνά τους εντόπισε μια άμεση συσχέτιση μεταξύ των ακτίνων των πτερυγίων των ψαριών και των ψηφίων των τετραπόδων, υπάρχουν ακόμα πολλά να μάθουμε για το πώς οι άνθρωποι ανέπτυξαν τα δάχτυλα των χεριών και των ποδιών. «Βρήκαμε ότι τα δάχτυλά μας πιθανότατα εξελίχθηκαν από ακτίνες πτερυγίων, παρά το γεγονός ότι είναι πολύ διαφορετικές δομές», λέει ο Nakamura.
«Πολλά ερωτήματα παραμένουν», λέει. “Για παράδειγμα, πώς μετατράπηκαν σε δάχτυλα; Και τι είδους γονίδια και μόρια ρύθμισαν αυτόν τον μετασχηματισμό;” Με καλύτερα εργαλεία γονιδιακής επεξεργασίας όπως CRISPR-Cas9ένα πιο ακριβές είδος συστήματος CRISPR-Cas, που εμφανίζεται στη σκηνή την τελευταία δεκαετία, ο Nakamura πιστεύει ότι οι απαντήσεις μπορεί να έρθουν νωρίτερα παρά αργότερα.
Άλλα κοινά σημεία
Σύμφωνα με τον Nakamura, τα τετράποδα και τα ψάρια είναι γενετικά παρόμοια και με άλλους τρόπους. Για παράδειγμα, το τα οπίσθια άκρα των χερσαίων σπονδυλωτών εξελίχθηκαν από τα πτερύγια της λεκάνης των προγονικών ψαριών με λοβό πτερύγιο, ενώ οι ωμοζώνες (η οστική δομή που αποτελεί το θεμέλιο των ώμων μας) αναπτύχθηκαν από καμάρες βραγχίων, που είναι οι σκελετικοί βρόχοι που υποστηρίζουν τα βράγχια ενός ψαριού για αναπνοή και τροφή.
Σχετικές ιστορίες «Ρωτήστε μας οτιδήποτε».
«Παρόλο που τα ψάρια δεν έχουν λαιμό», λέει ο Nakamura, «κάπως κατά τη διάρκεια της εξέλιξης, οι άνθρωποι διαχώρισαν το οστό του κρανίου από την ζώνη των ώμων, δημιουργώντας το χώρο του λαιμού». Αυτό μας επέτρεψε να κινούμε το κεφάλι μας ανεξάρτητα από το σώμα μας για πράγματα όπως το κυνήγι και η σάρωση του ορίζοντα.
Είναι αυτό που είναι γνωστό ως «εξελικτική καινοτομία», ένα νέο χαρακτηριστικό ή χαρακτηριστικό που επιτρέπει στους οργανισμούς να λειτουργούν και να προσαρμοστούν περαιτέρω, όπως ακριβώς φτάσαμε να έχουμε τα δάχτυλα των χεριών και των ποδιών. «Πήραμε τις δομές που υπήρχαν στα πτερύγια των ψαριών», λέει ο Nakamura, «και το σώμα μας άλλαξε την ανάπτυξή τους με την πάροδο του χρόνου σε ιστούς που μοιάζουν με δάχτυλα που είναι πιο κατάλληλοι για τη στεριά».
Είναι απλώς ένας αριθμός
Για το γιατί έχουμε πέντε δάχτυλα των χεριών και πέντε δάχτυλα των ποδιών; Αυτό παραμένει ασαφές, αλλά ο αριθμός σίγουρα κάνει για μια καλή παιδική ομοιοκαταληξία.
Σε Ρωτήστε μας οτιδήποτετο Popular Science απαντά στις πιο περίεργες ερωτήσεις σας, από τα καθημερινά πράγματα που πάντα αναρωτιόσαστε μέχρι τα περίεργα πράγματα που δεν σκεφτόσασταν ποτέ να ρωτήσετε. Έχετε κάτι που πάντα θέλατε να μάθετε; Ρωτήστε μας.
2025 PopSci Outdoor Gift Guide
VIA: popsci.com
