Η εξελικτική προέλευση των δακτύλων

Τα πέντε δάχτυλα που εκτείνονται ακτινωτά από την παλάμη, μια διάταξη ταυτόχρονα ευέλικτη και ισχυρή, επιτρέπουν από το χειρισμό μουσικών οργάνων μέχρι σφυριών. Το χέρι είναι το πιο οικείο μέρος του σώματός μας, κεντρικό στοιχείο στις καθημερινές μας δραστηριότητες, από το ντύσιμο και την οδήγηση, μέχρι το μαγείρεμα και τον χειρισμό των ηλεκτρονικών συσκευών. Παρ' όλα αυτά, από εξελικτική σκοπιά, παρέμενε σε μεγάλο βαθμό μυστηριώδες, ειδικά όσον αφορά τα αρχικά στάδια της προέλευσής του. Αλλα ζώα με τέσσερα άκρα - τα τετράποδα όπως ονομάζονται - έχουν χέρια με διαφορετική εμφάνιση και λειτουργία σε σχέση με τα δικά μας. Στα πουλιά και τις νυχτερίδες, τα άκρα με συγκριτικά πολύ μακριά δάχτυλα βοηθούν στο σχηματισμό λεπτεπίλεπτων πτερύγων. Στους ελέφαντες, τα άκρα είναι μεγάλα σαν κορμοί δέντρων. Αλλά η βασική δομή τους είναι η ίδια. Το 1859, ο Κάρολος Δαρβίνος παρατήρησε τις ομοιότητες στο έργο του «Για την Προέλευση των Ειδών», γράφοντας: «Τι μπορεί να είναι πιο περίεργο από το ότι το χέρι του ανθρώπου, που διαμορφώθηκε για να πιάνει, εκείνο ενός τυφλοπόντικα για να σκάβει, το πόδι του αλόγου, το πτερύγιο του γουρουνόψαρου (σ.σ. είδος δελφινιού) και το φτερό της νυχτερίδας, είναι όλα κατασκευασμένα με το ίδιο μοτίβο και περιλαμβάνουν τα ίδια οστά, στις ίδιες μεταξύ τους θέσεις;».

Ο Δαρβίνος πρότεινε μια κομψή εξήγηση: Ολα αυτά τα διαφορετικά ζώα μοιράζονται το ίδιο μοτίβο, επειδή έχουν εξελιχθεί από έναν κοινό πρόγονο, που είχε άκρα με δάχτυλα. Στα περισσότερα από 160 χρόνια από τότε που ο Δαρβίνος διατύπωσε αυτή την επαναστατική ιδέα, οι εξελικτικοί βιολόγοι άντλησαν και συνέδεσαν στοιχεία από την παλαιοντολογία, τη γενετική και την εμβρυολογία και απέδειξαν ότι είχε δίκιο. Οι προσπάθειές τους φώτισαν την κοινή καταγωγή των τετράποδων, που εξελίχθηκαν από τα ψάρια. Εδειξαν ότι τα οστά που σχηματίζουν το ανθρώπινο χέρι, βρίσκονται επίσης στους βατράχους, στα πουλιά και τις φάλαινες, και εντόπισαν μερικά από τα γονίδια που ελέγχουν την ανάπτυξη των χεριών, των πτερύγων και των πτερυγίων. Αλλά το πρώτο κεφάλαιο αυτής της ιστορίας, το κομμάτι όπου το χέρι και ο καρπός εξελίσσονται από τα οστά του πτερυγίου αυτού του αρχαίου ψαριού, παρέμεινε νεφελώδες, επειδή οι επιστήμονες δεν είχαν στη διάθεσή τους επαρκή πλήρη απολιθώματα μεταβατικών πλασμάτων, ανάμεσα στα πλήρως υδρόβια ψάρια και τα τετράποδα της ξηράς.

Αποκάλυψη

Τον περασμένο Μάρτη, ο Τζον Λονγκ, καθηγητής Παλαιοντολογίας στο πανεπιστήμιο Φλάιντερς της Νότιας Αυστραλίας, και ο Ρίτσαρντ Κλουτιέ, καθηγητής στο Πανεπιστήμιο του Κεμπέκ, αποκάλυψαν ένα εξαιρετικό απολίθωμα, που είχε ανακαλυφθεί το 2010 στο Εθνικό Πάρκο Μιγκουάσα στο Κεμπέκ. Ηταν ο μήκους 1,57 μ. πλήρης σκελετός ενός ψαριού ηλικίας 375 εκατομμυρίων ετών, του Ελπιστοστεγούς γουατσόνι, που γέμισε σε μεγάλο βαθμό το κενό σχετικά με τη διαμόρφωση του χεριού των τετράποδων. Το απολίθωμα είχε άριστα διατηρημένα στα πτερύγιά του οστά, που αντιστοιχούν με αυτά που έχουμε στα δάχτυλά μας, αποδεικνύοντας ότι τα δάχτυλα προέκυψαν εξελικτικά πριν τα σπονδυλωτά βγουν από το νερό. Αυτή η ανακάλυψη ανατρέπει την καθιερωμένη αντίληψη ότι τα ανατομικά χαρακτηριστικά των άκρων των τετράποδων διαμορφώθηκαν όταν πια αυτά περπατούσαν στη στεριά.

Μέχρι αυτή την αποκάλυψη, οι επιστήμονες στηρίζονταν μόνο σε ορισμένα άλλα εντυπωσιακά απολιθώματα, που φαίνονταν να γεφυρώνουν την απόσταση ανάμεσα στα ψάρια και τα πρώιμα τετράποδα. Ενα απ' αυτά είναι το ψάρι Παντεριχθύς ρομβολέπις, ηλικίας μεταξύ 379 και 384 εκατομμυρίων ετών. Με τα αρκετά μακριά οστά του βραχίονα και του πήχη του χεριού και το παρόμοιο με των τετράποδων κρανίο του, ο Παντεριχθύς έδωσε τις πρώτες ενδείξεις για την ομάδα των ψαριών που ήταν πιο κοντά στα τετράποδα, τα ελπιστοστεγαλιανά.
Το 2006 ανακαλύφθηκε στην καναδική Αρκτική το απολίθωμα ενός άλλου ελπιστοστεγαλιανού ψαριού, του ηλικίας 380 εκατομμυρίων ετών Τικτααλίκ. Το Τικτααλίκ έδωσε πλειάδα πληροφοριών για το πόσο εξελιγμένα ήταν τα θωρακικά πτερύγια αυτών των ψαριών, καθώς εκτός από καλά αναπτυγμένα οστά βραχίονα και πήχη, διέθεταν και ευκίνητες αρθρώσεις καρπού. Επιπλέον, το κεφάλι του είχε χαρακτηριστικά που θυμίζουν εκείνα των τετραπόδων: Μακρύ και πλατύ ρύγχος και κρανίο προσαρμοσμένο στα ανατομικά χαρακτηριστικά του εγκεφάλου.

Στήριξη

Ομως τόσο ο Παντεριχθύς όσο και το Τικτααλίκ δεν είχαν δάχτυλα. Κάποιες ενδείξεις δαχτύλων στον Παντεριχθύ απορρίφθηκαν στην πορεία μετά από πιο προσεκτική εξέταση, αλλά και το απολίθωμα του Τικτααλίκ δεν περιλάμβανε ολόκληρο το θωρακικό πτερύγιο. Το Ελπιστοστεγές γουατσόνι φαίνεται να είναι λίγο πιο πρόσφατος πρόγονος των τετράποδων από τα άλλα είδη ελπιστοστεγαλιανών.
Συνδυάζοντας τις παρατηρήσεις σχετικά με το σκελετό του Ελπιστοστεγούς μαζί με τη φυλογενετική του ανάλυση, αρχίζει να αποκαλύπτεται πώς προέκυψε το βασικό σχέδιο των χεριών των τετράποδων, συμπεριλαμβανομένου του ανθρώπου. Η παρουσία σειρών μικρών οστών στα πτερύγια του Ελπιστοστεγούς υποδηλώνει ότι αυτή η διάταξη πρωτοπαρουσιάστηκε εξελικτικά στα λοβο-πτέρυγα ψάρια (με μυώδη πτερύγια) προς το τέλος της Δεβόνιας περιόδου, πριν από 380 εκατομμύρια χρόνια. Είναι πιθανό ότι εξυπηρετούσαν στη στήριξη του βάρους του σώματός τους, καθώς πολλά μικρά οστά σε διάταξη σε αυτή την περιοχή θα επέτρεπαν στο ακραίο τμήμα του πτερυγίου να έχει την ελαστικότητα και τη δύναμη να σπρώχνει το ψάρι προς τα πάνω.

Προς το επόμενο βήμα

Αλλά γιατί ένα ψάρι θα ωφελούνταν από κάτι τέτοιο; Το κρανίο του Ελπιστοστεγούς δίνει μια ένδειξη: Στο πίσω μέρος του υπάρχει ένα ζευγάρι από μεγάλες τρύπες, σαν αυτές του φυσητήρα της φάλαινας. Μερικά σύγχρονα ψάρια που αναπνέουν αέρα από την ατμόσφαιρα έχουν τέτοιες τρύπες. Αν αυτές εξυπηρετούσαν τον ίδιο σκοπό και στο Ελπιστοστεγές, τότε η ικανότητα να χρησιμοποιεί τα πτερύγιά του για να ανασηκώνεται στα ρηχά ποταμάκια και καταφύγια όπου ζούσε, ώστε να αναπνεύσει, θα του έδινε πλεονέκτημα.
Το Ελπιστοστεγές δεν είναι σίγουρο ότι περιοριζόταν μέσα στα ρηχά νερά. Πνευμονόψαρα που ζουν σήμερα, αλλά και ορισμένα γατόψαρα μπορούν να κινηθούν για μικρό χρονικό διάστημα στη στεριά σπρώχνοντας με τα πτερύγιά τους. Με τα πολύ πιο ισχυρά πτερύγιά του, το Ελπιστοστεγές ίσως ήταν αρκετά πιο ικανό απ' αυτά έξω από το νερό. Το Ελπιστοστεγές αποκαλύπτει όμως και κάτι άλλο για τη μετάβαση από το πτερύγιο στο άκρο του τετράποδου. Επειδή εκτός από οστά του καρπού και δάχτυλα έχει και ακτίνες πτερυγίου, πρέπει να υπάρχει και κάποια επιπλέον εξελικτική φάση ανάπτυξης του χεριού, όπου χάνονται οι ακτίνες και μένουν μόνο οι φάλαγγες.

Επιμέλεια:
Σταύρος ΞΕΝΙΚΟΥΔΑΚΗΣ
Πηγή: «Scientific American»