Откуда у людей взялись локти и колени: ученые "раскопали" интересный факт

У акул и скатов нет костей, но они имеют суставы, как и люди. При этом ранее считалось, что синовиальные суставы (содержащие вязкую жидкость, поддерживающую их эластичность) есть только у костных позвоночных.

На самом деле они существовали у гораздо старшего предка хрящевых и костных рыб. Об этом свидетельствуют данные исследования, обнародованного bioRxiv, что, по словам ученых, расширяет эволюционную теорию суставов.

"Поскольку многие водные существа могут регенерировать свои поврежденные суставы, изучение их эволюции может привести к лучшему лечению артрита и другим проблемам людей", - говорит автор исследования Нил Шубин, эволюционный биолог из Чикагского университета.

Строение нашего тела определяют несколько видов суставов. Швы в черепе у взрослых не двигаются, а хрящевые (например соединяющие ребра с грудиной) обычно имеют очень ограниченную подвижность.

Но есть также синовиальные – это большинство межкостных соединений у людей. Заполненная жидкостью полость соединяет соседние кости, а хрящ обеспечивает максимальную и плавную маневренность.

По словам биологов, эволюция этих суставов – "большая инновация" в истории позвоночных.

Эволюционная история синовиальных суставов долго смущала биологов. В 1940-х годах анатомы нашли доказательства того, что они существовали у взрослых акул, эволюционировавших примерно 450 миллионов лет назад.

Но в последующие десятилетия в учебниках говорилось, что эти заполненные жидкостью суставы возникли у наземных животных примерно 50 миллионов лет спустя, чтобы помочь четвероногим ходить по земле. Со временем суставы позволили развить разнообразные стратегии передвижения и питания, включая способность человека ходить на двух ногах.

Это было общепринятым мнением до 2016 года, когда Крамп и его коллеги нашли генетические доказательства наличия этих суставов у костных рыб, эволюционировавших примерно 410 миллионов лет назад. По словам ученых, смазочные белки содержались в большом количестве в челюстях рыб и в плавниках данио, гари и цепняков. Тогда стало ясно, что синовиальные суставы возникли в водной среде.

Доктор Нилима Шарма решила узнать больше. Она искала эти суставы у трех животных: морского ската, бамбуковой акулы и морской миноги. Считается, что эти животные представляют позвоночных, возникших в процессе эволюции ранее. Скат и акула – челюстные хрящевые виды, а минога хоть и имеет хрящ, но безчелюстная.

Вместе с другой ученой, Ярой Харид, доктор провела микрокомпьютерную томографию маленьких эмбрионов в возрасте 20, 28 и более 30 недель и их генную активность.

Исследовательницы обнаружили, что эмбриональная челюсть и таз скатов первоначально выглядели как отдельная распавшаяся стойка, образовавшая сустав, разделенный полостью. Разрыв стимулировался сокращениями мышц и сопровождался наличием специфических сигнальных белков, называемых фактором дифференцировки роста-5 и бета-катенином. Когда ученые обработали эмбрионы химическим веществом, парализовавшим мышцы в процессе развития, потенциальные структуры челюсти и таза не ломались, а суставы не формировались.

Хотя суставы скатов соединяют хрящи, а не кости, они показывают тот же набор генов, что и их костные аналоги. Это привело к производству смазочных и увлажняющих молекул – гиалуроновая кислота, аггрекан и лубрицин. Известно, что они используются в лечении остеоартрита, глазных каплях и косметике для смягчения кожи.

Напротив, в скелете недоразвитой миноги таких пустот не образовалось. Это свидетельствует о том, что эти суставы возникли синхронно с эволюцией челюстей. И гены, обнаруженные активными только в суставах ската и других позвоночных, были активны по всему телу миноги.

"На самом деле это был вопрос их реорганизации и перепрофилирования", - говорит Медейрос.

Поскольку предки этих хрящевых существ предшествовали эволюции костей, очевидно, что эволюция суставов не имела ничего общего с адаптацией, связанной с наличием костного скелета, говорит Маурицио Пасифичи, биолог развития Детской больницы Филадельфии. Зато, считает он, физические потребности мобильного морского охотника способствовали эволюции этих суставов.

Медейрос соглашается: "Акульий хрящ очень хрустящий, так что можно ожидать, что им понадобятся суставы". В противоположность этому, говорит он, хрящ миноги мягкий и гибкий, будто их скелет является одним большим суставом.

Ученые добавляют: тот факт, что скат использует аналогичные молекулярные инструкции для построения суставов, что и птицы и млекопитающие, является "речистым примером того, как эволюция сохраняет и использует действенные механизмы". Узнать больше о суставах этих животных однажды может помочь нам понять артрит и другие заболевания суставов у людей и других млекопитающих.

"Чем больше мы будем знать об этих существах, тем больше мы сможем открыть новые способы стимулирования заживления ран в человеческих суставах", – говорит Шубин.

Ранее OBOZ.UA писал о том, что Вселенная, похоже, замедляет эволюцию вопреки теории.

Подписывайтесь на каналы OBOZREVATEL в Telegram и Viber , чтобы быть в курсе последних событий.