Przez stulecia ludzie zastanawiali się, dlaczego w naturalny sposób rozwija się po pięć palców u każdej dłoni i stopy. Rymowanka „That Little Pig” żartobliwie przypomina nam o tej fundamentalnej cesze biologicznej, ale prawdziwy powód leży głęboko w naszej ewolucyjnej historii. Naukowcy mają teraz jaśniejsze pojęcie o tym, jak powstał ten pięciopalczasty projekt, sięgając jego korzeni do naszych starożytnych przodków ryb.
Od płetw do palców: głębokie korzenie czteroramiennych kończyn
Około 360 milionów lat temu, w okresie dewonu, ryby zaczęły wypływać na ląd. Te wczesne czworonogi – pierwsze czworonożne kręgowce – pierwotnie miały kończyny z ośmioma palcami. Jednak z biegiem czasu ewolucja faworyzowała bardziej opływową strukturę, osiedlając się na pięciu palcach na kończynie. To nie był przypadek: zostało genetycznie zakodowane w genach Hox, głównych genach kontrolnych, które determinują rozwój planu ciała.
Najważniejszy wniosek jest taki, że struktura pięciopalczasta nie jest przypadkowym projektem, ale głęboko zachowaną cechą odziedziczoną po naszych wodnych przodkach. Obecnie ponad 99% kręgowców lądowych ma tę samą pięciopalczastą strukturę kości. Nawet ssaki morskie, takie jak foki i wieloryby, zachowują pięciocyfrową podstawę szkieletową w swoich płetwach, podczas gdy zarodki ptaków tymczasowo rozwijają pięć palców, zanim osiądą na kopytach lub mniejszej liczbie palców u nóg.
Plan genetyczny: jak płetwy ryb stały się palcami
Niedawne badania, w tym prowadzone przez Tetsuyę Nakamurę z Rutgers University, zidentyfikowały powiązanie genetyczne między promieniami płetwy rybiej a naszymi palcami. Korzystając z technologii edycji genów CRISPR-Cas, naukowcy zmienili DNA ryb płetwiastych, takich jak danio pręgowany, i porównali ich rozwój embrionalny z rozwojem myszy.
Odkryli, że te same geny Hox odpowiedzialne za rozwój promieni płetw u ryb regulują również powstawanie palców u ssaków. Oznacza to, że nasze palce nie pojawiły się znikąd; wyewoluowały z istniejących struktur ryb, których przeznaczenie zmieniano przez miliony lat. Proces obejmował przekształcenie promieni płetw w cyfry umożliwiające poruszanie się i manipulację na lądzie.
Innowacje ewolucyjne: nie tylko palce u rąk i nóg
Wzór pięciu palców nie jest jedyną spuścizną naszej wodnej przeszłości. Inne cechy kręgowców mają podobne pochodzenie. Na przykład tylne kończyny zwierząt lądowych wyewoluowały z płetw brzusznych ryb płetwiastych, a obręcze barkowe rozwinęły się z łuków skrzelowych ryb. Nawet ludzka szyja, struktura niespotykana u ryb, powstała w wyniku oddzielenia kości czaszki od obręczy barkowej, umożliwiając niezależny ruch głowy.
Te adaptacje są przykładami innowacji ewolucyjnych: zmiany przeznaczenia istniejących struktur na nowe funkcje. W przypadku palców u rąk i nóg promienie płetwy rybiej zostały z czasem zmodyfikowane w bardziej wszechstronne cyfry, których używamy dzisiaj.
Co pozostaje nieznane
Pomimo tych przełomów dokładne powody, dla których ewolucja zatrzymała się na pięciu palcach, pozostają niejasne. Niektóre rzadkie mutacje genetyczne, takie jak polidaktylia (dodatkowe palce u rąk i nóg), wskazują, że możliwe są alternatywne konfiguracje. Jednakże pięciopalczasty projekt został zachowany ze względu na jego skuteczność w środowisku lądowym.
Dziedzina ta szybko się rozwija dzięki udoskonalonym narzędziom do edycji genów, takim jak CRISPR-Cas9, co zapewnia lepszy wgląd w mechanizmy kształtujące nasze kończyny. Na razie historia pięciu palców u rąk i nóg stanowi mocne przypomnienie naszego głębokiego związku z przeszłością oceanu.
