Где ты взял эту прогулку? Как и многие люди, вы можете догадаться, что походка наших позвоночных возникла у первых позвоночных существ, выбравшихся из моря, но исследование, опубликованное в Cell 8 февраля 2018 года, указывает на то, что первые ходоки делали это под водой.
Позднедевонское вторжение позвоночных на сушу, произошедшее примерно 382 миллиона лет назад, имело большое значение в истории Земли. Наши предки-четвероногие, ранее обитавшие в океане, вышли на поверхность и в течение миллионов лет сменили плавники и жабры на конечности и легкие. (Тетрапод просто относится к позвоночным с двумя парами конечностей.)
Вот короткое видео, любезно предоставленное журналом Cell и доцентом и соавтором Джереми С. Дасеном и его коллегами:
Примечательно, что, по словам группы исследователей, нейронные цепи, участвующие в управлении движением конечностей, уже сформировались за миллионы лет до того, как первый четвероногий расхаживал с важным видом. Другими словами, большая часть программного обеспечения существовала задолго до того, как появилось аппаратное обеспечение.
Исследователи изучили нервную систему маленького ската (Leucoraja erinacea). На эту хрящевую рыбу, может быть, и не на что смотреть, но она считается одним из самых примитивных позвоночных, живущих сегодня. Путешествуйте примерно на 420 миллионов лет назад, и вы найдете общего предка как скатов, так и четвероногих.
Маленький скат также интересен тем, что это одна из нескольких амбулаторных рыб, которые «ходят» по морскому дну. Скейт использует свои большие грудные плавники, чтобы плавать, и меньшие брюшные плавники, чтобы ходить с чередующимися движениями влево-вправо, очень похоже на походку наземного животного. Это сходство впечатлило исследователей, но сходство не ограничивалось движением.
Дасен и его коллеги использовали секвенирование РНК для изучения генов, экспрессируемых в двигательных нейронах скатов. Многие из этих генов появляются и у млекопитающих, включая подтипы нейронов, участвующие в мышечном контроле сгибания и выпрямления конечностей. Согласно результатам исследования, это представляет собой законсервированную генетическую программу ходьбы.
Дасен говорит, что ни «плавание», ни «ходьба» точно не описывают движения конька, но, возможно, это не так уж удивительно, учитывая антропоцентрическую природу языка.
«Режим скейт/луч я бы назвал «амбулаторным плаванием», тогда как аксиальный/хвостовой режим больше похож на «спинальное плавание», - отмечает Дасен по электронной почте. «Режим амбулаторного плавания действительно сделал возможным хождение как на коньках, так и на четвероногих».
Исследование проливает свет на историю ходьбы под водой, но исследователи надеются, что оно приведет к лучшему пониманию двигательных нейронов и даже к лечению неврологических расстройств у человека.
Дасен подчеркивает, что, хотя сложность нейронов высших организмов препятствует нашим исследованиям таких животных, как мыши, архаичная простота маленьких коньков делает их идеальной отправной точкой.
«Я думаю, что одно из преимуществ изучения нейронных цепей у коньков заключается в том, что они могут реализовать такое поведение, используя относительно простой набор связей между нейронами и мышцами», - говорит Дасен. «Мы надеемся, что сможем использовать эту простоту, чтобы понять базовую архитектуру схем, управляющих ходьбой».
Точная проводка этих цепей до сих пор не полностью изучена у людей или других четвероногих, но такие знания могут однажды помочь в лечении и восстановлении травм спинного мозга человека и заболеваний двигательных нейронов, таких как боковой амиотрофический склероз (БАС).).
Но, как говорится, прежде чем ходить, нужно проползти - или, лучше сказать, плавать?
Интересно
Хотите узнать, что еще общего у нас, людей, с маленькими скатами и акулами? Мы все челюстные позвоночные, или Gnathostomata, классификация, которая охватывает подавляющее большинство животных на Земле.