„Walking Fish” Discovery Scraps Ewolucyjna teoria ludzkiej lokomocji

Chodzenie jest o wiele bardziej skomplikowane niż stawianie jednej stopy przed drugą. Aby tak się stało, neurony ruchowe w mózgu i rdzeniu kręgowym muszą natychmiast koordynować mięśnie potrzebne do poruszania się do przodu, a następnie zarządzać kończynami, płucami i mózgiem, aby pracować w harmonii, aby dostać się tam, gdzie trzeba iść. Początki tej skomplikowanej strategii organizacyjnej są mroczne: do niedawna najbardziej akceptowaną teorią jest ta, którą widziałeś na plakatach biologii szkół średnich, pokazująca, że ​​zdolność do chodzenia ewoluowała jako kręgowce przechodzące z morza na ląd.

Ale nowe badania, opublikowane w czwartek, zmieniają tę teorię w sposób sprzeczny z intuicją. W czasopiśmie Komórka Międzynarodowy zespół naukowców donosi, że zdolność nerwów rdzenia kręgowego do artykułowania mięśni do chodzenia pojawiła się miliony lat temu w morzu.

„Dowiedzieliśmy się, że niektóre rzeczy, które generalnie uważamy za ewolucję w bardziej„ zaawansowanych ”gatunkach zwierząt, takie jak komórki nerwowe kontrolujące chodzenie, są w rzeczywistości znacznie starsze niż wcześniej sądzono”, współautor i neuronaukowiec z New York University Jeremy Dasen, Doktorat, mówi Odwrotność.

Oznacza to, że pierwsze stworzenia, które rozwinęły zdolność do chodzenia - wspólny przodek łączący ryby i ludzi - pozostały pod wodą. Niektórzy z ich potomków w końcu stali się chodzącymi bezkręgowcami na lądzie, podczas gdy inni pozostają dziś na dnie oceanu, nadal chodząc.

Jednym z tych mieszkańców dna morskiego, małej łyżwy, było centrum zainteresowania tego nowego badania. Łyżwy, które wyglądają podobnie do promieni, są rybami chrząstkowymi, które w ciągu setek milionów lat nie zmieniły się zbytnio. I „chodzą”, ale prawdopodobnie nie potrafiłbyś tego powiedzieć patrząc. Wcześniejsze badania wykazały, że machają mniejszymi płetwami miednicy na przemian ruchami lewy-prawy, aby pełzać po dnie oceanu - co nie byłoby zauważalne dla nurka pływającego nad nimi w zachodnim Oceanie Atlantyckim.

„Jednym z najbardziej zaskakujących odkryć było to, jak podobny jest ruch płetw miednicy w łyżwach do sposobu, w jaki używamy naszych nóg podczas chodzenia” - mówi Dasen. „Moglibyśmy docenić to tylko dzięki robieniu filmów spod rolek podczas chodzenia. Pokazało to, że wiele podstawowych elementów chodzenia, takich jak zmiana między lewą i prawą nogą, wydłużenie nóg i zgięcie, były obecne w łyżwach. ”

Dasen i jego zespół zaczęli studiować grupę łyżew, które rozwinęły się w swoich pudełkach na jajka. W zarodku na łyżwach ogon jest najsilniejszą rzeczą, która popycha jego lokomocję, ale po wykluciu ogon w końcu się cofa - przypuszczalnie dlatego, że ruch przez płetwy miednicy jest zdominowany.

W kolejnym eksperymencie na łyżwach zastosowano sekwencjonowanie RNA, aby ocenić, jakie geny uległy ekspresji w neuronach ruchowych łyżwy i porównano je z genami powiązanymi z lokomocją ssaków. Pokazało to, że łyżwy i ssaki rzeczywiście mają ze sobą wiele wspólnego, w tym cząsteczki wyrażane w neuronach ruchowych kręgowców lądowych, przełączniki molekularne kontrolujące mięśnie i interneurony kontrolujące ruch.

„Wiadomo, że wiele genów, które badaliśmy w łyżwach, jest bardzo ważnych dla funkcji neuronów ruchowych kontrolujących chodzenie u ssaków” - mówi Dasen. „Niektóre z tych genów wytwarzają białka, o których wiadomo, że działają jako„ przełączniki genetyczne ”, które włączają lub wyłączają geny. Nasze badanie pokazuje, że te same przełączniki są używane zarówno w rolkach, jak i ssakach, aby pomóc w okablowaniu obwodów nerwowych niezbędnych do chodzenia. ”

Podsumowując, obserwacje wskazują, że obwody zaangażowane w kontrolę kończyn zaczęły się od przodków kręgowców miliony lat wcześniej, zanim cokolwiek dotarło na ląd. Zanim nasi przodkowie zakołysali się na piasku swoimi pierwotnymi kończynami, procesy, które spowodowały ich ruch, od dawna zostały ustanowione. Mając to na uwadze, Dasen i jego zespół będą nadal badać małe łyżwy, aby zrozumieć, jak dokładnie łączą się ich neurony ruchowe, z nadzieją, że pewnego dnia ta wiedza pomoże ludziom z poważnymi urazami kręgosłupa.

„Właściwie niewiele wiemy o tym, jak komórki nerwowe w mózgu i rdzeniu kręgowym komunikują się z neuronami ruchowymi, które kontrolują chodzenie” - mówi Dasen.

„Mamy nadzieję, że będziemy mogli wykorzystać względną prostotę łyżwy do pływania, aby dowiedzieć się o niektórych ważnych połączeniach nerwowych, które umożliwiają chodzenie, i ostatecznie sprawdzić, czy te same połączenia są ważne dla ssaków”.

Jeśli spodobał Ci się ten artykuł, sprawdź ten film wyjaśniający badania stworzone przez autorów badania: