Чому у людей п’ять пальців на руці
Тут у раціональності справа. Зрештою, чотири або шість пальців було б з погляду еволюції приблизно порівнянно з п'ятьма. Механізм формування п'ятипалих кінцівок більшості тварин (не тільки людини - п'ять пальців у переважної більшості великих наземних тварин) досить хитромудрий. І вперше був запропонований, як не дивно, не біологом, а математиком - знаменитим Аланом Тьюрінгом.
Т'юринг ще 1952 року написав роботу " Хімічні основи морфогенезу " , де запропонував математичну модель, названу їм реакційно-дифузійним механізмом, у якій формування складних структур, зокрема і пальців на кінцівках, описується взаємодією двох рівноспрямованих чинників (морфогенів). З цих морфогенів один стимулює процес зростання і відтворення себе, інший - пригнічує. Швидкість поширення кожного фактора в тканинах організму якась своя. Та й за моделлю Тьюринга (ще раз: суто математичної) виходило, що в залежності від параметрів моделі можуть з'являтися різноманітні періодичні структури. Імен цією моделлю описується поява і смуг у зебри, і плям у леопарда.
Опусти майже три десятки років, у 1979 році, Ньюман і Фріш з Університету шт. Нью-Йорк припустили, що саме цей механізм відповідає за процес формування пальців у тварин. Однак, на той момент ще не було відомо, як саме цей механізм реалізується in vivo.
Це зуміли встановити порівняно недавно дослідники з Барселонського Центру геномного регулювання (керував групою Дж. Шарп). Вони пояснювали п'ятипалось експресією генів - процесом "розкодування" спадкової інформації, що міститься в ДНК, та її переведенням у структуру конкрентних білків.
Хідміркування їх було приблизно таке. Раз повинні бути два (мінімум), агенти, взаємодія яких і формує періодичні структури, то повинні бути зони, в яких активний один із цих компонентів, і відповідно зони, в яких активний інший. Відповідним кандидатом на цю роль виявився транскрипційний фактор (особливий білок, що переносить інформацію з ДНК на матричну РНК), що позначається як Sox9. Цей фактор вже на ранніх стадіях розвитку ембріона створює характерну структуру (паттерн) з п'яти смуг, з яких потім і формуються пальці.
Але вель має бути й інший фактор, який діє "у зворотному напрямку". І діологи дійсно знайшли два такі фатори - Bmp і Wnt. Bmp посилює активність Sox9 у тих зонах, де потім виникнуть пальці, а Wnt – пригнічує (інгібує) у проміжках. Серед можливих моделей, прорахованих дослідниками, одна найближче відповідала тому, що спостерігається в натурі. У цих моделях враховувалися й інші фактори, що діють у клітинах, насамперед фактори росту клітин сполучної тканини (FGF – фактори росту фібробластів) та транскрипційного фактора Hoxd13. Перший бере участь у освіті нової такні, майже будь-якої, від кровоносних судин до тканини, що утворюється при регенерації, другий регулює процес транскрипції при формуванні кінцівок. І ось FGF переважно накопичується якраз поблизу кінчиків майбутніх пальців, тим самим збільшуючи відстань між ними і змушуючи їх зачатки розходитися (через збільшення відстані між зонами експресії факторів Sox9 і Wnt).
Але це все не просто умоглядна модель. Були зроблені і прямі експерименти. На мишах, зрозуміло. Як тільки в процесі розвитку ембріона пригнічувалася активність будь-якого з цих факторів, змінювалася і структураформуються кінцівок. Скажімо, відключення фактора Wnt пригнічувало формування проміжків між пальцями. А якщо відключити ще й фактор Bmp, це призводило до зменшення числа майбутніх пальців.
Ну власне, це пояснює, чому взагалі формуються пальці. А чому х п'ять, а не чотири і не шість, пояснюється, мабуть, конкретними параметрами ось цих білків. Ну так вже вийшло, що рівноважна кутова відстань між пальцями, що формуються, відповідає п'яти. Якщо ця відстань менша, то посилюється вплив фактора, що пригнічує активність Sox9. Якщо воно більше, то, набір, це придушення слабшає. А коли п'ять – виходить якраз.