Защо хората имат пет пръста на ръката си?

Не става въпрос само за рационалността. В края на краищата, четири или шест пръста биха били приблизително сравними с пет. Механизмът на образуване на петпръстите крайници на повечето животни (не само на хората - по-голямата част от големите сухоземни животни имат пет пръста) е доста сложен. И първо беше предложено, колкото и да е странно, не от биолог, а от математик - известният Алън Тюринг.

Още през 1952 г. Тюринг написва работата си "Химическите основи на морфогенезата", където предлага математически модел, който той нарича реакционно-дифузионен механизъм, при който образуването на сложни структури, по-специално пръстите на крайниците, е описано от взаимодействието на два еднакво насочени фактора (морфогени). От тези морфогени единият стимулира растежа и размножаването на себе си, другият потиска. Скоростта на разпространение на всеки фактор в тъканите на тялото е някак различна. Е, според модела на Тюринг (отново: чисто математически) се оказа, че в зависимост от параметрите на модела могат да се появят различни периодични структури. Именно този модел описва появата на ивици в зебра и петна при леопард.

След близо три десетилетия, през 1979 г., Нюман и Фриш от Държавния университет. Ню Йорк предположи, че именно този механизъм е отговорен за образуването на пръсти при животните. По това време обаче все още не беше известно как точно се прилага този механизъм in vivo.

Това беше установено сравнително наскоро от изследователи от Барселонския център за геномна регулация (ръководен от групата на J. Sharp). Те го обясниха с генна експресия - процесът на „декодиране“ на наследствената информация, съдържаща се в ДНК, и нейното превръщане в структурата на специфични протеини.

Линията на разсъжденията им беше нещо подобно. Тъй като трябва да има два (минимум) агента, чието взаимодействие образува периодични структури, тогава трябва да има зони, в които единият от тези компоненти е активен и съответно зони, в които е активен другият. Подходящ кандидат за тази роля се оказа транскрипционен фактор (специален протеин, който прехвърля информация от ДНК към информационна РНК), обозначен като Sox9. Този фактор още на най-ранните етапи от развитието на ембриона създава характерна структура (модел) от пет ивици, от които след това се образуват пръсти.

Но трябва да има и друг фактор, който работи "в обратната посока". И диолозите всъщност са открили два такива фатора - Bmp и Wnt. Bmp подобрява активността на Sox9 в онези области, където по-късно ще възникнат пръсти, а Wnt потиска (инхибира) между тях. Сред възможните модели, изчислени от изследователите, един най-тясно отговаря на това, което се наблюдава в природата. Тези модели отчитат и други фактори, които действат в клетките, предимно растежните фактори на клетките на съединителната тъкан (FGF - растежни фактори на фибробластите) и транскрипционния фактор Hoxd13. Първият участва в образуването на нова тъкан, почти всяка, от кръвоносни съдове до тъкан, образувана по време на регенерация, втората регулира процеса на транскрипция по време на формирането на крайниците. И сега FGF се натрупва основно близо до върховете на бъдещите пръсти, като по този начин увеличава разстоянието между тях и принуждава техните рудименти да се разминават (чрез увеличаване на разстоянието между зоните на изразяване на факторите Sox9 и Wnt).

Но това не е само спекулативен модел. Правени са и директни експерименти. На мишки, разбира се. Веднага щом по време на развитието на ембриона активността на който и да е от тези фактори е била потисната, структурата на формиращите крайници също се е променила. Например, деактивирането на фактора Wnt потиска образуването на пролуки между пръстите. И ако изключите и Bmp фактора, това доведе до намаляване на броя на бъдещите пръсти.

Ами собсно това обяснява защо изобщо се образуват пръсти. И защо х е пет, а не четири или шест, се обяснява, вероятно, от специфичните параметри на тези протеини. Е, случи се така, че равновесното ъглово разстояние между образуващите пръсти съответства на пет. Ако това разстояние е по-малко, тогава влиянието на фактора, потискащ активността на Sox9, се увеличава. Ако е повече, от друга страна, това потискане отслабва. А когато е пет - се оказва точно.