"Пешеходна риба" Откритие на еволюционната теория на човешкото локомоция

Ходенето е много по-сложно от поставянето на единия крак пред другия. За да се случи това, моторните неврони в мозъка и гръбначния мозък трябва незабавно да координират мускулите, от които се нуждаете, за да се движат напред, след това да управляват крайниците, белите дробове и мозъка, за да работят в хармония, за да ви отведат там, където трябва да отидете. Произходът на тази сложна организационна стратегия е мътна: Доскоро най-възприетата теория е тази, която сте видели на плакати за биология на гимназията, показвайки, че способността да се ходи еволюира като гръбначни животни, преминали от море към суша.

Но нови изследвания, публикувани в четвъртък, преразглеждат тази теория по неинтуитивен начин. В дневника клетка международен екип от учени съобщава, че способността на нервните клетки на гръбначния стълб да артикулират мускулите за ходене се появи преди милиони години в морето.

„Научихме, че някои от нещата, които обикновено смятаме за еволюирали в по-напредналите животински видове, като нервните клетки, контролиращи ходенето, всъщност са много по-древни, отколкото се смяташе по-рано”, съавтор и неврологът от Нюйоркския университет Джереми Дасен, Доктор, казва обратен.

Това означава, че първите същества, които са развили способността да ходят - общия прародител, свързващ риби и хора - остават под водата. Някои от техните потомци в крайна сметка станаха ходещи безгръбначни на сушата, докато други остават на дъното на океана днес, все още вървят.

Един от тези обитатели на морското дъно, малкото скейт, беше фокусът на това ново проучване. Кънките, които приличат на лъчи, са хрущялни риби, които не са се променили много в стотиците милиони години, които са съществували. И те "вървят", но вероятно не можете да разберете, като погледнете. Предишни проучвания показаха, че те махат по-малките си тазови перки в редуващи се движения с ляво-дясно движение, за да се промъкнат по дъното на океана - което едва ли би било забележимо за водолаз, плаващ над тях в западния Атлантически океан.

„Едно от най-изненадващите открития е колко сходно е движението на перките на скелетите в начина на използване на краката ни по време на ходене“, казва Дасен. „Можехме само да оценим това, като взехме видеоклипове от кънки по време на ходене. Това показва, че много от основните елементи на ходене, като редуването между левия и десния крак, удълженията на краката и флексията, се срещат в кънки."

Дасен и неговият екип започнаха да изучават група от кънки, докато се развивали в случаите с яйца. В ембриона на скейт опашката е най-силното нещо, което изтласква движението му, но след като се излюпва, опашката най-накрая регресира - вероятно защото движението през тазовите перки е готово да доминира.

Последващ експеримент върху кънки използва RNA секвениране, за да се прецени какви гени се експресират в моторните неврони на скейт и ги сравнява с гени, свързани с локомоция на бозайници. Това показва, че кънките и бозайниците всъщност имат много общи черти, включително молекули, експресирани в моторните неврони на земни гръбначни животни, молекулярни превключватели, които контролират мускулите, и интерневрони, които контролират движението.

„Много от гените, които изследвахме в кънките, бяха известни като много важни за функцията на моторните неврони, които контролират ходенето при бозайници”, казва Дасен. „Някои от тези гени произвеждат протеини, за които е известно, че функционират като„ генетични превключватели ”, които превръщат гените във или изключени. Нашето проучване показва, че същите тези ключове се използват както в кънки, така и в бозайници, за да помогнат за свързване на нервните вериги, необходими за ходене."

Взети заедно, наблюденията показват, че веригите, участващи в контрола на крайниците, са започнали с предшественик на гръбначни животни милиони години преди всичко да се движи по суша. По времето, когато нашите предци се въртяха по пясъка с техните първични крайници, процесите, които генерираха тяхното движение, отдавна бяха установени. Имайки това предвид, Дасен и неговият екип ще продължат да изучават малките кънки, за да разберат как точно се свързват техните моторни неврони, с надеждата, че един ден тези знания могат да помогнат на хората със сериозни травми на гръбначния стълб.

"Ние всъщност знаем много малко за това как нервните клетки в мозъка и гръбначния мозък общуват с моторните неврони, които контролират ходенето", казва Дасен.

"Надяваме се, че можем да се възползваме от относителната простота на скейтъра, за да разберем някои от важните нервни връзки, които правят ходенето възможно, и в крайна сметка да проверим дали същите тези връзки са важни за бозайниците."

Ако ви харесва тази статия, вижте този видеоклип, в който се обясняват изследванията, създадени от авторите на проучването: