poniedziałek, 28 marca 2016

Skąd się wzięły włosy?

włos ludzki
Jan Homann, Wikimedia
Ciekawe ile osób spośród tych, które tak bardzo dbają o swoje włosy, traktują specjalnymi szamponami, odżywkami, suszarkami i innymi, zastanawiało się choćby raz nad tym, skąd w ogóle te nasze skórne przydatki się wzięły? Jak powstały i co stymulowało ten proces? Historia ich sięga odległej przeszłości. Tak dalekiej, że aż trudnej do wyobrażenia, bo wynoszącej co najmniej 164 miliony lat. Choć w skali czasu naszej planety, która trwa od około 4,6 miliarda lat to bardzo niewiele, naszym mózgom przyzwyczajonym do funkcjonowania w kilkudziesięcioletnich okresach trudno jest wyobrazić sobie taki dystans. Określone lata temu nasze włosy miały swe początki w gadzich łuskach lub czymś, z czego te powstały. Takich, jakie posiadali odlegli przodkowie współczesnych ssaków, którzy potrzebowali ochrony przed nocnym chłodem.

Włosy

łuskowiec
łuskowiec, 
Piekfrosh, Nordelch, 
Wikimedia
Włosy to nie jedyne wytwory rogowe. Obok nich doliczyć należy też paznokcie i pazury, wielorybie fiszbiny, kopyta, rogi oraz pióra, które także wyewoluowały z (proto) łusek – przydatku ostatniego już w naszym zestawieniu. Budowa włosa jest stosunkowo prosta. Mamy łodygę, korzeń, cebulkę i torebkę w towarzystwie gruczołu łojowego i mięśnia przywłośnego. Chemicznie nasz wyrostek składa się głównie z keratyny (z tejże, choć innych jej rodzajów zbudowane są także gadzie łuski), barwnika i składników mineralnych. Same włosy mogą przybierać różne formy. Zdamy sobie z tego sprawę, gdy na przykład popatrzymy na jeża. Z drugiej strony mamy też współcześnie występujące ssaki, które posiadają łuski – łuskowce. Wróćmy jednak do przeszłości.

Eomaia
Eomaia, American Museum of Natural History in New York
Wiemy na pewno, że ssaki wyewoluowały z gadów. Bardzo wczesnych, jak się okazuje, gdyż linia ta rozeszła na „typowo gadzią” (zauropsydy) oraz „ssaczą” (synapsydy) krótko po wydzieleniu się owodniowców (kręgowców zdolnych do zapewnienia zarodkowi wody poza jej zbiornikiem – w jaju – czyli ówczesnych gadów). Synapsydy, tj. gady ssakokształtne żyły już w Triasie. Jest to pierwszy z trzech okresów panowania dinozaurów. Drugim była Jura, w osadach której stwierdzono występowanie ssaków, a trzecim Kreda (wtedy właśnie po Ziemi stąpały popularne w mediach rodzaje dinozaurów, takie jak triceratopsy czy tyranozaury). Wspomniane trzy przedziały czasu składają się na erę mezozoiczną, która trwała od 252 do 66 milionów lat temu (nie do wyobrażenia!). Natomiast pierwszy dowód istnienia włosów jaki mamy pochodzi sprzed 164 milionów lat, czyli z Jury. Mowa o skamieniałości wymarłego ssaka z rodzaju Castorocauda odkrytego w roku 2004. Nie oznacza to jednak, że ewolucja nie wynalazła wcześniej włosów u naszych ssakokształtnych przodków. Przed publikacją z roku 2004 najstarszą znaną skamieniałością ze śladami futra była Eomaia, datowana na 125 milionów lat. Niewykluczone, iż za jakiś czas znajdziemy jeszcze starsze ślady sierści. W roku 2015 opublikowano w Nature pracę omawiającą jeszcze innego pradawnego ssaka (Spinolestes xenarthrosus), którego skamieniałość dowodzi posiadanej sierści.

Ewolucja włosów

ewolucja synapsydów
filogeneza synapsydów
Dlaczego czasowy kontekst jest tutaj dla nas taki ważny (chociaż może się okazać, że niekoniecznie taki kontekst właśnie, o czym za chwilę)? Jak już wspomniałem, ówcześnie na Ziemi panowały dinozaury. Drobne w większości, owadożerne ssaki musiały zająć te nisze ekologiczne, które były „wolne”. Gdyby tak się nie stało, wymarłyby, zaprzepaszczając szansę na powstanie dzisiejszych nas – ludzi (choć oczywiście starały się przetrwać nie po to, by ich bardzo dalecy potomkowie stworzyli rodzaj Homo). Często przytaczany jest pogląd, że u ssaków wyewoluowały włosy, ponieważ by uniknąć gadziej konkurencji, prowadziły nocny tryb życia. Chłodny okres doby (funkcjonowanie podczas jego trwania) dał selekcyjny nacisk na powstanie sierści. Z tego też zresztą powodu (działania nocą) ssaki widzą gorzej, choć co warte odnotowania, u naczelnych, nie będących często zwierzętami nocnymi, sytuacja ta uległa poprawie. W efekcie ludzie oglądają świat trójbarwnie, ale już nie nasz pies czy kot.

ewolucja włosów
Chang, Cheng, et al.
Wracając jednak do włosów. Wyobraźcie sobie populacje ssaków w świecie dinozaurów. Są one obiektem polowań, walki o pożywienie czy terytorium. Rozwiązaniem okazać się może przyjęcie nocnego trybu życia. Dinozaury jako gady i być może także organizmy zmiennocieplne, nocą nie były tak aktywne, jak za dnia. I oto ssaki znalazły swoją niszę. Lepiej radziły sobie jednak te, które skuteczniej ignorowały chłód nocy podczas poszukiwania pożywienia. Potrafiły się dobrze najeść, a dalej rozmnożyć i wykarmić potomstwo, dzięki czemu to ich cechy zostały przekazane dalej. Jedną z nich były włosy. W nietrudny do wyobrażenia sposób łuski stopniowo przekształcały się w pojedyncze keratynowe nici. Tworząc w końcu sierść. Dobrze izolując ciepło. Istnieją różne modele co do tego, jak dokładnie wyglądało przekształcenie łusek (lub czegoś, z czego te wcześniej lub później powstawały) we włosy.

ewolucja włosa
Chang, Cheng, et al.
Skąd ponowne podkreślanie, że włosy ewoluowały z łusek bądź czegoś do nich podobnego lub czegoś, z czego te powstały czy po sobie pozostawiły? Badacze tego problemu wskazują na różne ciekawe fakty. Na przykład włosy tworzone są z alfa keratyn, które znajdziemy nie tylko u ssaków, ale także płazów, gadów i ptaków. Beta keratyny natomiast wykryto jedynie u gadów i ptaków, w piórach i łuskach. Ponadto, a o czym już też wspominałem, linia ssaków bardzo szybko rozdzieliła się według współczesnych badań od linii gadów. Możliwe więc, że wspólny przodek ssaków i gadów miał coś łuskopodobnego, z czego niezależnie już powstały włosy oraz łuski i pióra. Nie można mieć też pewności co do opisanej wyżej sekwencji zdarzeń, bo choć bezpośrednią przyczyną wyewoluowania włosa była zapewne selekcja na ochronę przed chłodem, to pośrednio potrzebę tę niekoniecznie wywołać musiała obecność dinozaurów. Badania molekularne dowodzą jednak na wspólne do pewnego momentu ścieżki sygnalizacyjne w trakcie rozwoju prenatalnego dla łusek, włosów i piór, co choć nie rozwiewa powyższych wątpliwości, upewnia nas w przekonaniu, że wszystkie te trzy struktury mają wspólne ewolucyjne pochodzenie.

kotek
Pixabay
Historia włosów tutaj oczywiście się nie kończy. Jak wiemy po waleniach, golcach czy nas samych, owłosienie może z czasem zanikać. U ludzi na przykład jest ono bardzo skąpe, w porównaniu z szympansami. Wielorybom też sierść nie jest potrzebna od milionów już lat i współcześnie znajdujemy u nich jedynie szczątkowe futro, jako pozostałość po ich lądowych przodkach. Niewykluczone, że w przyszłości część ssaków całkowicie porzuci włosy na rzecz skuteczniejszych przystosowań. Natomiast cała sprawa z dochodzeniem skąd ta sierść się wzięła pokazuje, jak trudną pracę wykonują biolodzy, by odkryć historię ewolucyjną danej grupy organizmów czy jakiejś konkretnej struktury anatomicznej. Napisałem niedawno o ewolucji płuc z pęcherza pławnego – takiej wersji uczono mnie na studiach. Okazuje się jednak, że bardziej prawdopodobne jest, iż pęcherz pławny jak i płuca powstały niezależnie z uchyłka jelit, choć i to nie jest jeszcze ostatecznie potwierdzone. Są rzeczy, które w ogóle wiemy na pewno, w szczególe z kolei czeka je jeszcze mnóstwo badań.

Literatura
Alibardi, Lorenzo. "Adaptation to the land: the skin of reptiles in comparison to that of amphibians and endotherm amniotes." Journal of Experimental Zoology Part B: Molecular and Developmental Evolution (2003): 12-41.
Martin, Thomas, et al. "A Cretaceous eutriconodont and integument evolution in early mammals." Nature (2015): 380-384.
Chang, Cheng, et al. "Reptile scale paradigm: Evo-Devo, pattern formation and regeneration." The International journal of developmental biology (2009): 813.
Dhouailly, Danielle. "A new scenario for the evolutionary origin of hair, feather, and avian scales." Journal of anatomy (2009): 587-606.
Douglas J. Futuyma. Ewolucja. Wydawnictwo Uniwersytetu Warszawskiego. Warszawa 2008.
Hill, Robert V. "Integration of morphological data sets for phylogenetic analysis of Amniota: the importance of integumentary characters and increased taxonomic sampling." Systematic Biology (2005): 530-547.
http://stratigraphy.org
Ji, Qiang, et al. "A swimming mammaliaform from the Middle Jurassic and ecomorphological diversification of early mammals." Science (2006): 1123-1127.
Tadeusz Krzymowski. Fizjologia zwierząt. Państwowe Wydawnictwo Rolnicze i Leśne. Warszawa 2005. 

33 komentarze:

  1. ciekawy post, nie wiedziałem, że włosy pierwotnie miały za zadanie umożliwienie aktywności nocnej

    OdpowiedzUsuń
  2. Skoro włosy są po coś, to ciekawe jest, że mamy różne włosy, w zależności od miejsca z którego wywodzi się dana rasa czy po prostu człowiek i jaki to ma związek ze środowiskiem w którym żyje...?

    OdpowiedzUsuń
    Odpowiedzi
    1. Mutacje występujące w danej populacji.
      Z tego co wiem (choć mogę się mylić) migrowały niewielkie grupy (pra)ludzi. Jak wiadomo, przy ograniczonej puli genów, pewne mutacje mogą być "utrwalane" (patrz - hodowla nowych ras zwierząt gospodarczych)

      Usuń
    2. Wszystkie "rasy" ludzi (patrz niżej, w odpowiedzi na komentarz Druidki) mają włosy z tych samych przyczyn. Czyli mutacji, które się utrzymały przez wpływ doboru naturalnego.

      Usuń
  3. O, mnie też uczono (w liceum) że płuca powstały z pęcherza pławnego. Dobrze zaktualizować czasem wiedzę :)

    OdpowiedzUsuń
    Odpowiedzi
    1. Fajnie, że w ogóle Cię uczono :-P. Z tego co wiem, w wielu szkołach średnich rozdział o biologii ewolucyjnej jest pomijany.

      Usuń
    2. Na rozszerzeniu? Oj, mało prawdopodobne, co roku na maturze jest kilka pytań z tego ;) A uważam, że to jeden z najciekawszych działów w podstawie programowej.

      Usuń
    3. W podstawowej też jest teoria ewolucji, tylko okrojona. A fakt, to chyba najciekawszy dział biologii.

      Usuń
  4. Nigdy wcześniej się nad tym nie zastanawiałam. U zwierząt to pewnie kwestia kamuflażu i utrzymania ciepła ciała. U ludzi, nie wiem. Szczególnie w czasach teraźniejszych. Włosy to po prostu oznaka piękna.

    OdpowiedzUsuń
  5. Bardzo ciekawy post, obszerna wiedza.
    Ciekawi mnie teraz dlaczego ludzie mają krótkie włosy np. na rękach czy nogach, a ciągle rosnące i długie na głowie, czemu to miało służyć? Jesteśmy chyba jedną z niewielu ras gdzie włosy trzeba strzyc, bo rosną jak najęte.

    OdpowiedzUsuń
    Odpowiedzi
    1. U wszystkich ras ludzi włosy na głowie ciągle rosną (przy czym warto pamiętać, że w sumie nie mamy ras u ludzi, a haplogrupy czyli wydzielone genetycznie grupy, których w obrębie czarnoskórych jest dużo więcej, niż białoskórych, przez co określanie grupy ludzi jako "czarna rasa" nie ma merytorycznie uzasadnionego sensu). A czemu na głowie? Być może jako ochrona przed słońcem. Nasi przodkowie wiele lat ewoluowali w Afryce.

      Usuń
    2. A oficjalnie wyjaśnienie nie brzmiało właśnie tak, że w upalnym klimacie włosy na głowie pomagały chronić mózg przed przegrzaniem, a ich brak w innych miejscach ułatwiał chłodzenie organizmu?

      Bardziej ciekawi mnie dlaczego w ogóle ludziom pozostało szczątkowe owłosienie tu i ówdzie. I jeszcze po kiego grzyba mężczyznom rosną brody i wąsy. Tylko jako ozdoba, czy może miały jakąś funkcję?

      Usuń
    3. Być może jest to cecha szczątkowa, pośrednia między wcześniejszymi Homo, a przyszłymi ;-).

      Usuń
  6. Mogło by się wydawać, że mamy bo mamy, a jednak....

    OdpowiedzUsuń
  7. "Synapsydy, tj. gady ssakokształtne żyły już w Triasie."

    Chociaż technicznie zdanie poprawne, to jednak warto zauważyć, że synapsydy żyły także jeszcze wcześniej - bo w Permie (Czyli że "ssaki" żyją na Ziemi dłużej niż "dinozaury". Być ssakiem - to brzmi dumnie ;-) )

    Na obrazku ilustrującym sposób wykształcenia się włosów (przedostatni obrazek), w części B w górnej gałęzi (Maderson,...) widać, że włosy wykształciły się częściowo niezależnie od łusek i pierwotnie służyły jako "czuciowe szczecinki". Wspominam o tym, bo gdy to zobaczyłem przypomniało mi się, że słyszałem kiedyś o takiej hipotezie - wg. której włosy powstały właśnie w ten sposób i "czucie" było ich pierwotną funkcją, a do ogrzewania ciała zostały zaadaptowane później. Tak tylko wspominam.

    Mam pytanie - może wiesz (jestem trochę leniwy i w tej chwili nie chce mi się samemu szukać, ale pewnie później sam poszukam ;-) ).
    Nie wiesz może, czy łuski gadów są homologiczne z łuskami ryb? Czy powstały od nich niezależnie? Bo słyszałem np. że rybie łuski są homologiczne z zębami - jest to wg. mnie ciekawe zagadnienie.

    OdpowiedzUsuń
    Odpowiedzi
    1. Homologiczne z zębami - u rekinów na pewno. Jak dalej, w tej chwili precyzyjnie nie odpowiem.

      Usuń
  8. Chwila, przecież dinozaury były stałocieplne. Ich metabolizm był zbyt wysoki, żeby nie były. Albo były czymś między zmienno- , a stalocieplnymi zwierzętami

    OdpowiedzUsuń
    Odpowiedzi
    1. Chętnie poczytam, jeśli masz na to pewne publikacje :-). Z tego co ja wiem, wiele jest domysłów, bez przekonującego rozstrzygnięcia :-).

      Usuń
    2. Jeśli się nie mylę, wskazywała na ich częściową przynajmniej stałocieplność budowa ich kości, tempo wzrostu no i ogólna budowa, która pasuje bardziej do zwierząt prowadzących aktywny tryb życia. Także budowa ich serca, która bardziej przypominała ssaczą i ptasią na to wskazuje (jest taka jedna skamielina)

      https://en.wikipedia.org/wiki/Scipionyx

      Nawet jeśli jednak nie były prawdziwymi lub choćby częściowymi tylko endotermami, to jest coś takiego jeszcze jak gigantotermia ;-)

      https://en.wikipedia.org/wiki/Gigantothermy

      Usuń
    3. Dzięki za uwagi :-).

      Usuń
  9. A jak to się stało, że ludzie mają tak gęste włosy na głowie? Co one mają na celu? To mnie zastanawiało nie raz. I dalej już chyba bardziej pytanie do antropologa: Jak to jest, że ludzie zaczęli dbać o włosy na głowie i traktować je jako ozdobę? :D

    OdpowiedzUsuń
    Odpowiedzi
    1. O wiele trudniej przeciąć skórę czy nawet uszkodzić kości czaszki chronione dodatkowo włosami, w porównaniu z łysą głową. A ochrona mózgu to priorytet #1
      No i do tego pewnie coś z chłodzeniem też jest na rzeczy...

      Usuń
  10. Włosy są, ale tak naprawdę mało kto zastanawia się nad jego ewolucją. Ciekawy post. :)

    OdpowiedzUsuń
  11. Zawsze znajdę tu coś ciekawego! Naprawdę interesujący post!
    A tak btw. - ostatnio oglądałam filmik o tym, że dinozaury to... nie są gady ;) Ale głowy nie dam za to, bo żem tylko łatwowierny ekonomista :D
    Pozdrawiam! :)

    OdpowiedzUsuń
    Odpowiedzi
    1. Dinozaury to osobna grupa gadów. W sumie można kwalifikować część z nich jako ptaki, bądź też ptaki zaklasyfikować do gadów. Nie jestem super na bieżąco w tym temacie, ale generalnie dinozaury mocno się różniły od typowych gadów, jakie znamy.

      Usuń
    2. Jeśli mogę pomóc - całość tego problemu (czy dinozaury to gady) sprowadza się do tego, że kiedyś używano systematyki opartej na podobieństwach, obecnie natomiast odchodzi się od tego na rzecz właśnie ewolucyjnej klasyfikacji nazywanej kladystyką i opartą na pokrewieństwie.

      Starszy system działał rzecz jasna bardzo dobrze, ponieważ owe podobieństwa wynikały w dużej mierze z pokrewieństwa różnych grup. Problem zaczął się, gdy zaczęto odkrywać i klasyfikować zwierzęta wymarłe, w tym wspólnych przodków współcześnie żyjących organizmów, które posiadały wiele cech wspólnych z różnymi swoimi potomkami.

      W starym ujęciu gadami nazywano różne zwierzęta zmiennocieplne, pokryte najczęściej łuskami lub innymi podobnymi tworami. Dzięki postępowi wiedzy wiemy, że poszczególne grupy gadów nie są ze sobą blisko spokrewnione. Takie sobie przykładowo krokodyle są bliżej spokrewnione z ptakami, niż z jaszczurkami (o czym notabene świadczy także ich budowa anatomiczna). Podobnie rzecz ma się z dinozaurami oraz z gadami ssakokształtnymi. Zalicza(ło) się je do gadów, ale więcej wspólnego mają ze swoimi potomkami, niż z „kuzynami” takimi jak żółwie czy jaszczurki.

      Nowa systematyka operuje tzw. kladami. W takim ujęciu do kladu należą wszyscy potomkowie jakiegoś wspólnego przodka. Wtedy – jeśli zaliczyć do gadów dinozaury – ptaki również stają się gadami. Ale jako że odchodzi się od używania określenia „gady”, wymyślono inne terminy na określenie przynależności różnych zwierząt (owodniowce – czyli wszystkie gady i ich potomkowie, diapsydy – do których zalicza się m.in. dinozaury, ale także i jaszczurki, synapsydy – saki, itp).

      W internecie wiele jest stron, z których można dowiedzieć się o tym jakie istnieją klady i które organizmy do nich należą. Oprócz wikipedii, na której z reguły znajdują się odpowiednie kladogramy warto zajrzeć na strony takie, jak np.

      http://tolweb.org/tree/phylogeny.html

      Usuń
  12. Bardzo interesujący artykuł, lubię takie tematy.
    U nas na biologii niedługo będziemy omawiali płuca - jestem ciekawy, jakiej wersji będą mnie uczyli...

    OdpowiedzUsuń
  13. Bardzo ciekawy wpis:) Włosy są niezbędne m in. dla zachowania ciepła oraz pełnią funkcję ochronną.

    OdpowiedzUsuń
  14. dobrze wiedzieć skąd wzięła się nasza "ozdoba" : ) pozdrawiam!

    OdpowiedzUsuń
  15. Bardzo ciekawy wpis, zazwyczaj czytam o włosach w innym kontekście:)

    OdpowiedzUsuń
  16. Super artykuł :) Kiedyś miałem na biologii budowę włosa ssaka ;) Pozdrawiam.

    OdpowiedzUsuń