Давні риби колись плавали у водах з особливостями, що передували людським ліктям і колінам. Вчені з’ясували, що наші гнучкі суглоби можна простежити до найдавніших щелепних риб, поєднуючи далеке минуле з нашими щоденними рухами.
Гнучкість скелета – не сучасна риса
Дослідження викопних решток показало, що гнучкість скелета не є сучасною особливістю. Безщелепні види не демонструють цієї структурної ознаки, що свідчить про значний еволюційний перехід у хребетних.
Ніліма Шарма з Чиказького університету є частиною команди, яка досліджувала скам’янілості та живі зразки, щоб визначити, де вперше з’явилися ці суглоби. Її робота показує, що ці рухомі з’єднання, які раніше вважалися унікальними для наземних кісткових видів, виникли в древніх водних істотах задовго до еволюції кінцівок.
Дослідження гнучких з’єднань
Синовіальні суглоби зазвичай зустрічаються у організмів, що потребують рухливості з мінімальним тертям. Вони виглядають як простори між кістками або хрящами, заповнені тонким шаром рідини. Ця структура забезпечує поєднання міцності та діапазону руху. Вона складніша, ніж нерухомі з’єднання або хрящові зв’язки з обмеженою рухливістю.
Чим відрізняються синовіальні суглоби
Поверхні кісток у цих гнучких з’єднаннях мають спеціалізовані клітини та білки. Вони сприяють плавному руху та запобігають зношуванню. Раніше вважалося, що така будова притаманна лише наземним хребетним. Проте нові дослідження кістяків певних риб спростовують цю гіпотезу.
Морські міноги, які належать до безщелепних, не мають синовіальних порожнин – їхні кісткові елементи з’єднуються без мастильного простору. Натомість бамбукові акули та скати демонструють іншу картину. Їхні суглоби містять шари тканин і білків, що раніше вважалися характерними лише для синовіальних структур.
Викопні знахідки підтверджують давнє походження суглобів
Команда використала передові методи візуалізації для вивчення викопної риби Bothriolepis. Цей екземпляр мав порожнину між скелетними частинами, що робить його одним із найдавніших відомих організмів із синовіальним суглобом. Деякі сучасні хрящові риби мають схожі структурні риси. Дослідники вважають, що це свідчить про те, що їхній спільний предок володів суглобами, здатними згинатися з меншим зношуванням.
Гнучкі суглоби покращили рухливість риб
Перехід від жорстких з’єднань до рухливих відкрив нові можливості у живленні та пересуванні. Розвиток щелеп був важливим кроком, але гнучкі суглоби біля них розширили діапазон можливих рухів. Еволюція суглобів також впливала на виживання. Риби, що мали кращу маневреність, мали перевагу при втечі від хижаків або полюванні.
Подальші дослідження
“Походження рухливих суглобів у наших рибоподібних предків дало їм змогу рухатися та живитися новими способами. Це дослідження показує, що механізми, відповідальні за утворення цих суглобів, виникли глибоко в еволюційній історії риб”, – зазначає Шарма. Науковці продовжують вивчати інші викопні групи, щоб точно визначити, коли ці структурні особливості виникли в різних гілках риб.
Підказки з ембріонального розвитку
Розвиток ембріонів часто містить ключі до еволюційної історії. Дослідники виявили, що ембріони ската формують суглоби подібним чином до чотириногих хребетних. У процесі розвитку з’являються специфічні білки, які сигналізують про утворення суглобів так само, як і в наземних тварин. Активність м’язів також відіграє вирішальну роль. Коли дослідники тимчасово паралізували ембріони ската, їхні суглоби не формувалися належним чином. Це вказує на те, що рух відіграє ключову роль у формуванні цих структур, як і у даніо-реріо та чотириногих.
Що це означає для людських суглобів
Розуміння походження наших синовіальних суглобів може допомогти дослідникам у вивченні захворювань суглобів. Наприклад, остеоартрит спричиняє руйнування хрящів, що призводить до болю та скутості. Вивчення еволюції цих структур може надати нові підходи до профілактики чи лікування таких хвороб.
Ці дослідження також можуть мати значення для регенеративної медицини. Якщо вчені зрозуміють, як ці суглоби вперше формувалися, вони можуть знайти способи стимулювати відновлення хрящів. Майбутні дослідження можуть зосередитися на тому, чи можна використати давні білки, що відповідають за формування суглобів, у терапії пошкоджень суглобів. Дослідження опубліковане в журналі PLOS Biology.