Ученые создали трехмерную модель развивающихся конечностей у человеческого зародыша и обнаружили ранее незамеченные мышцы — атавизмы, которые сохранились в эмбриональном развитии еще со времен предковых четвероногих животных. Порядок появления и исчезновения похожих мышц в развитии не совпадает с принятой сейчас эволюцией конечностей, а также различается в руках и ногах — а значит, сходство их строения может быть вторичным, пишут ученые в журнале Development.
Бóльшая часть знаний о развитии частей тела у человека, которыми мы сейчас располагаем, получена в начале ХХ века. Тогда анатомы исследовали мертворожденных и недоношенных младенцев, строили восковые модели их частей тела и изучали гистологические срезы тканей.
Современные технологии позволяют рассмотреть строение зародышей более детально. В 2017 году французские ученые создали трехмерную модель развития человеческого эмбриона в первом триместре беременности. Для этого они окрашивали 36 тел зародышей с помощью 70 разных антител, что помогло им восстановить расположение сосудов, нервов и мышц.
Руи Диого (Rui Diogo) из Медицинского колледжа университета Ховарда и его коллеги воспользовались этими данными, чтобы составить новое, более подробное описание развития конечностей у человеческих эмбрионов. В процессе они подтвердили, что в руках и ногах у них встречаются атавистические мышцы, которых нет у взрослых людей, но есть они, например, у рептилий.
Например, исследователи впервые обнаружили в ногах зародышей мышцу, противопоставляющую мизинец кисти. Она сохранялась у эмбрионов до 11,5 недели развития. Это необычно долго для атавизма: для сравнения, визуально различимый хвост пропадает у зародыша человека примерно к восьмой неделе.
Большинство из атавистичных мышц к моменту рождения исчезают бесследно или сливаются с другими мышцами. Но изредка все они могут встречаться и у взрослых людей — например, у носителей дополнительной 13, 18 или 21 хромосом. Сами по себе атавизмы никак не влияют на жизнь человека — по крайней мере в сравнении с другими патологиями, которые приносит с собой наличие лишней хромосомы. Факт их наличия, однако, позволил авторам работы предположить, что подобные врожденные аномалии могут быть связаны с остановкой или задержкой зародышевого развития.
Исследователи сравнили порядок появления и исчезновения мышц в верхней и нижней конечностях человека. Они обнаружили, что некоторые мышцы, которые похожи друг на друга по строению и функциям, образуются в разное время. Например, червеобразная мышца кисти, которая сгибает фаланги пальцев с указательного по мизинец, дифференцируется раньше соседей, а аналогичная мышца в стопе — последней, когда все остальные мышцы уже сформировались. На основании своих наблюдений авторы заключают, что сходство между мышцами конечностей может быть вторичным, а изначально их строение и развитие существенно различалось.
Наконец, ученые сравнили развитие конечностей человека с развитием других четвероногих животных. Они обнаружили, что порядок дифференциации мышц внутри конечности далеко не всегда совпадает с появлением их в эволюции. Например, среди сгибателей стопы подошвенная мышца развивается последней, хотя возникла она раньше некоторых других мышц.
В XIX веке считалось, что зародышевое развитие полностью воспроизводит эволюционное (в соответствии с биогенетическим законом, «Онтогенез есть рекапитуляция филогенеза»). К концу XX века было неоднократно показано, что не во всех случаях это так, но многие исследователи продолжают искать параллели между развитием и эволюцией. На примере конечностей человеческих зародышей исследователи в очередной раз продемонстрировали, что строгих параллелей между ними не существует.
Ученые то и дело находят в теле человека и других млекопитающих новые органы — хотя они обычно совсем не похожи на органы в привычном понимании этого слова, а скорее напоминают образования внутри тканей. Так, например, в соединительной ткани в 2018 году обнаружили новую структуру для транспорта жидкости, а в костях недавно нашли новый «орган» болевой чувствительности.
фото Rui Diogo, Natalia Siomava and Yorick Gitton
