"Пішохідна риба" Відкриття Записки еволюційної теорії локомоції людини

Ходьба є набагато складнішою, ніж покласти одну ногу перед іншою. Щоб це сталося, моторні нейрони в мозку і спинному мозку повинні миттєво координувати м'язи, які потрібно рухати вперед, а потім керувати кінцівками, легенями і мозком, щоб працювати в гармонії, щоб ви потрапили туди, куди потрібно йти. Витоки цієї продуманої організаційної стратегії мутні: До недавнього часу найбільш поширеною теорією є та, яку ви бачили, викладені на плакатах біології середньої школи, показуючи, що здатність ходити еволюціонувала, коли хребетні переходили з моря на землю.

Але нові дослідження, опубліковані в четвер, переглядають цю теорію кон'юнктурним способом. У журналі Cell Міжнародна команда вчених повідомляє, що здатність нервів спинного мозку сформулювати м'язи для ходьби виникла мільйони років тому в море.

"Ми дізналися, що деякі з речей, які ми взагалі вважаємо розвиненими в більш" просунутих "видах тварин, таких як нервові клітини, які контролюють ходьбу, насправді набагато давніші, ніж вважалося раніше", - співавтор і нейрофізіолог Нью-Йоркського університету Джеремі Дасен, Кандидат, розповідає Обернено.

Це означає, що перші істоти, які розвивали здатність ходити - спільний предок, що зв'язує рибу і людей - залишилися під водою. Деякі з їхніх нащадків з часом стали ходити на безхребетних на землі, тоді як інші залишаються на дні океану, все ще йдучи.

Один з цих мешканців морського дна, маленький коник, був у центрі уваги цього нового дослідження. Ковзани, які схожі на промені, є хрящовою рибою, яка не змінилася багато в сотні мільйонів років існування. І вони "ходять", але ви, мабуть, не могли сказати, дивлячись. Попередні дослідження показали, що вони махають своїми дрібними тазовими плавцями в чергуванні ліво-правих рухів, щоб повзати вздовж океанського дна, що навряд чи було б помітним для аквалангістів, що плавають над ними в західній частині Атлантичного океану.

"Одним з найбільш дивовижних висновків було те, наскільки подібні рухи тазових плавників ковзанів пов'язані з тим, як ми використовуємо наші ноги під час ходьби", - говорить Дасен. «Ми могли тільки оцінити це, взявши відео з ковзанів під час ходьби. Це показало, що багато хто з основних елементів ходьби, як чергування лівої і правої ніг, розгинання ніг і згинання, були присутні в ковзанах."

Dasen і його команда почали вивчати групу ковзанів, як вони розвивалися в своїх яєчних випадках. У ембріона скейт, хвіст є найсильнішою річчю, яка штовхає його локомоції, але після того, як вона вилупиться, хвіст зрештою регресує - імовірно, тому, що локомотив через тазові плавці готується домінувати.

Наступний експеримент на ковзанах використовував секвенування РНК для оцінки того, які гени експресувалися в рухових нейронах скейт і порівнювали їх з генами, пов'язаними з локомотивним ссавцем. Це показало, що ковзани і ссавці дійсно мають багато спільного, включаючи молекули, виражені в моторних нейронах наземних хребетних, молекулярні перемикачі, які контролюють м'язи, і інтернейрони, які контролюють рух.

"Багато з генів, які ми вивчали в ковзанах, були дуже важливі для функціонування рухових нейронів, які контролюють ходіння у ссавців", - говорить Дасен. "Деякі з цих генів продукують білки, які, як відомо, функціонують як" генетичні перемикачі ", які включають або вимикають гени. Наше дослідження показує, що ці ж комутатори використовуються як в ковзанах, так і в ссавцях, щоб допомогти провести нервові ланцюги, необхідні для ходьби.

Взяті разом, спостереження показують, що схеми, що беруть участь у контролі кінцівок, почалися з предка хребетних мільйони років, перш ніж що-небудь ходили по суші. До того часу, як наші предки поворухнулися на пісок своїми первинними кінцівками, процеси, що сформували їх рух, вже давно встановлені. Маючи це на увазі, Dasen і його команда продовжуватимуть вивчати маленькі ковзани, щоб зрозуміти, як саме їхні моторні нейрони з'єднуються, з надією, що одного дня ці знання можуть допомогти людям із серйозними травмами хребта.

"Ми насправді дуже мало знаємо про те, як нервові клітини в мозку і спинному мозку спілкуються з руховими нейронами, які контролюють ходьбу", - говорить Дасен.

"Ми сподіваємося, що зможемо скористатися відносною простотою скейт-плавця, щоб зрозуміти деякі важливі нервові зв'язки, які роблять ходьбу можливим, і в кінцевому підсумку перевірити, чи є такі ж зв'язки важливими для ссавців".

Якщо вам сподобалася ця стаття, перегляньте це відео, що пояснює дослідження, створене авторами дослідження: