Задумывались когда-нибудь, почему ваша кожа начинает морщиниться, если долго находится в воде? Ответ кроется в процессе эволюции, но его не так просто найти.
Около века назад хирурги выяснили, что если определенные нервы пальцев вырезать, реакция сморщивания исчезнет. Таким образом, то, что наши пальцы морщинятся, является признаком неповрежденной нервной системы. Пугаться надо, если этого не происходит, значит, что-то не так. По тому, морщится ли кожа от воды, врачи стали определять, насколько хорошо у пациентов функционирует симпатическая нервная система. В этом научное сообщество достигло консенсуса. Но то, как именно развилась такая реакция и адаптацию к чему она представляет, остается спорным вопросом.
Нейробиолог Марк Чангизи из 2AI Labs считает, что эта реакция является своеобразной адаптацией для улучшения движения. Чтобы доказать свою точку зрения, он приводит пример протекторов. В сухих условиях гладкие шины могут иметь наилучшее сцепление с асфальтом, и это объясняет, почему гоночные автомобили, как правило, имеют гладкие шины. Но вот при движении в дождь протекторы намного безопаснее.
Далее ученый предположил, что способность нашей кожи морщиниться в определенных условиях дает нам возможность одинаково хорошо передвигаться в разную погоду. Гладкие пальцы - для сухой поверхности, морщинистые - для влажной. Как только тело понимает, что оно находится в воде относительно длительное время - около пяти минут, «шины» меняются. Чрезвычайно трудно доказать, что любая биологическая функция является адаптацией, не говоря уже о том, как и почему она развились. Исследователи в этой области зачастую могут только искать подобные подсказки и аналогии и строить предположения.
В 2011 году Чангизи и его коллеги обнаружили доказательства того, что морщинистые пальцы действительно действуют как протекторы в дождь, отводя воду подальше от пальцев рук и ног во влажных условиях, позволяя приматам — людей и макакам, если точнее — осуществлять более жесткий захват. Можно сказать, что появляющиеся морщинки работают как дренажная система, в которой несколько мелких потоков объединяются в более крупные каналы и, в конечном итоге, сливают воду в центральную реку. Только здесь происходит обратный процесс.
Для того, чтобы увидеть, имеют ли пальцы такой же рисунок, как дренажные системы рек, Чангизи и его команда проанализировали фотографии 28 пальцев рук человека. Они обнаружили, что морщинистые пальцы имели рисунок в виде системы каналов. Но если в реках эти каналы существуют, чтоб объединять воду, то рисунки на пальцах устроены таким образом, чтобы воду от поверхности пальцев, стоп и ладоней отгонять. Если сморщенным пальцем, вытащенным из воды, нажать на твердую поверхность, вода из этих каналов выйдет под силой давления.
Не менее важно, что морщины не появляются до тех пор, пока кожа не пробудет в воде около пяти минут, то есть случайного контакта с водой не достаточно, чтобы привести к образованию складок, этот механизм может сработать только при длительном соприкосновении с водой. Кроме того, реакция появляется гораздо быстрее в пресной воде, чем в морской.
Исследование, проведенное в 2013 году британскими нейрофизиологами, показало , что морщинистые пальцы людей помогают лучше манипулировать влажными предметами. В ходе эксперимента 20 человек должны были переместить 45 объектов различных размеров из одного контейнера в другой. В одном случае объекты были сухими, в то время как пальцы участников были гладкими или сморщенными после пребывания в воде. В других случаях объекты были погружены в воду. Оказалось, что морщинистые пальцы позволили участникам более быстро перемещать влажные объекты, а вот в случае с сухими предметами никакой разницы замечено не было.
Гипотеза выглядит красиво, но аналогичное исследование , проведенное немецкими учеными в 2014 году обнаружило обратное. В этом эксперименте волонтерами были 40 человека, которые переносили 52 стеклянных шарика и кубика различных размеров и веса из одного контейнера в другой. Ученые не обнаружили никаких существенных различий в способности участников управляться с объектами, независимо от того, были ли гладкими или морщинистыми их пальцы, а предметы - сухими или мокрыми.
Группа тайваньских исследователей провела свой эксперимент , участниками которого стали мужчины в возрасте 24 лет. Ученые оценивали трение кожи, соприкасавшейся с гладкой поверхностью - сколько нужно приложить силы, чтобы кожа (сморщенная или гладкая) скользила по бруску. Также исследователи оценивали способность сжимать пружину при разном состоянии кожи. Они обнаружили, что когда кожа была намоченная и сморщенная, результаты были хуже.
Конечно, если способность кожи морщиниться - это разновидность адаптации, то этот механизм развился не для каких-то лабораторных условий, в которых проводятся эксперименты. Марк Чангизи считает, что этот механизм помогает человеку поддерживать свой собственный вес во влажной среде, а не служит для перемещения мелких предметов. Он полагает, что чтобы найти ответ на вопрос, почему кожа морщинится в воде, нужно изменить сами эксперименты, участники должны держать стволы деревьев или еще более тяжелые и крупные вещи, а не перетаскивать маленькие предметы из одного контейнера в другой. По мнению Чингизи, ключ к отгадке заключается в том, чтобы оценить влияние морщинистой кожи на движение, а не на ловкость. Идеальный эксперимент, по мнению, Чангизи, может быть поставлен с участием паркурщиков - городских акробатов, которые будут демонстрировать свои трюки с разным состоянием кожи и в разных погодных условиях.
Некоторые части человеческой кожи, на которых не растут волосы, обладают уникальной реакцией на контакт с водой. В отличие от остального тела, кожа на пальцах рук и ног, ладонях и ступнях сморщивается после намокания. Обычно для этого бывает достаточно пяти минут.
Но почему эти участки кожи морщатся? Некоторые считают, что это биохимическая реакция, осмотический процесс, в котором вода вытягивает химические вещества из кожи, и в результате кожа высыхает.
Но уже сотню лет назад учёные знали, что эта реакция не объясняется простым рефлексом или результатом осмоса.
Хирурги обнаружили, что если перерезать определённые нервы в пальцах, эффект сморщенной кожи исчезает. Следовательно, этот эффект связан с работающей нервной системой. В результате этот эффект даже предлагали использовать как тест на работоспособность симпатической нервной системы в пациентах, не реагирующих на другие воздействия.
Так что по этому вопросу научное сообщество достигло консенсуса. Но причина, по которой в ходе эволюции возник эффект сморщивания кожи при намокании, и связан ли он с каким-либо механизмом адаптации, остаётся предметом дискуссий.
Нейробиолог Марк Чангизи [Mark Changizi ] из 2AI Labs уверен, что этот эффект - адаптация. Вспомним про рисунок на поверхности шин. В сухую погоду гладкие шины лучше сцепляются с асфальтом, поэтому у гоночных автомобилей шины гладкие, без рисунка. Но при езде в дождь шины с рисунком становятся безопаснее.
В 2011 году Чангизи с коллегами обнаружили доказательства того, что сморщенные пальцы действительно работают схожим с шинами образом, уводя воду от пальцев рук и ног в мокрых условиях, и позволяя приматам - конкретно, людям и макакам - сохранять надёжную хватку.
Иначе говоря, морщинки, появляющиеся от воздействия воды, можно считать крохотными системами для отвода жидкости. Река состоит из вливающихся в неё ручейков, а участки земли между ручьями не связаны друг с другом.
Чтобы проверить, похожа ли сморщенная кожа на пальцах на ветвящуюся речную систему, Чангизи с командой изучили 28 фотографий человеческих пальцев. Они обнаружили, что рисунок сморщенных пальцев является инвертированной копией речных систем - в нём поднятые участки связаны между собой, а между ними расположены не связанные канальцы.
При этом подъёмы расположены не абы как; их рисунок вполне осмыслен. Реки накапливают воду, а канальцы на пальцах должны её отводить. «Нажатие кончиком пальца на мокрую поверхность отводит жидкость из-под него через канальцы, и после этого весь палец получает контакт с поверхностью»,- описали эффект исследователи.
Кроме того, морщинки не появляются в течение первых пяти минут после намокания, поэтому случайный контакт с водой проходит бесследно. Такая реакция возникает лишь под дождём или во время росы. Кроме того, от пресной воды морщинки появляются быстрее, чем от морской - возможно, это отголоски тех условий, в которых такой механизм впервые возник у приматов.
Даже если этот механизм возник и не напрямую для усиления хватки, он может сохраняться именно по этой причине. Исследование от 2013 года , проведённое британскими неврологами, обнаружило доказательства, что сморщенные пальцы помогают людям работать с мокрыми объектами.
В эксперименте 20 человек должны были переместить 45 объектов разного размера - камешки и грузила - из одного контейнера в другой. В некоторых случаях они были сухими, при этом кожа у разных испытуемых была как гладкой, так и сморщенной. В других случаях объекты были мокрыми. Было обнаружено, что сморщенными пальцами переносить мокрые объекты проще, а для сухих объектов не было никакой разницы.
Однако похожее исследование, проведённое в 2014 году немецкими исследователями, обнаружило обратный эффект. 40 людей переносило 52 шарика и кубика различных размеров и весов между контейнерами. Учёные не обнаружили разницы в способности управляться с этими объектами вне зависимости от того, были ли пальцы испытуемых сморщены или нет, а объекты - сухими или мокрыми.
Точно так же группа тайваньских исследователей провела эксперименты при помощи добровольца. Они измеряли трение между гладкой поверхностью и его гладкими или сморщенными пальцами. Также они проверяли возможность испытуемого свести концы пружины вместе. Они обнаружили, что в каждом из тестов результаты были хуже при работе сморщенными пальцами.
Конечно, если эффект сморщивания появился в результате адаптации, он испытывался в более естественных условиях, чем лабораторные.
Чангини считает, что этот эффект полезен для поддержания веса всего тела, а не для манипуляций с мелкими предметами. «Если уж и проводить тесты там, где эффект имеет значение, то для этого нужно хвататься за деревья или тяжёлые предметы, а не за шарики,- говорит он. - [При переносе шариков между контейнерами] гидропланирование вам не грозит». Нужно ассоциировать этот эффект с передвижением, а не с ловкостью.
Получается, что идеальный эксперимент, с его слов - это нанять любителей паркура , показывающих свои трюки как с гладкой, так и со сморщенной кожей, поочерёдно в сухих и влажных условиях. «Только как-то нужно обеспечить их безопасность»,- добавляет он.
Всем известно, что после принятия ванны кончики пальцев морщатся. Почему?
Кратким ответом может служить следующий: этот вид морщин возникает из-за деформации верхнего слоя кожи и исчезновения защищающих ее естественных масел. По словам доктора Марианны О"Донохью, профессора дерматологии Чикагского университета Раш, когда мы погружаемся в ванну, "верхний слой кожи впитывает много воды. Нижний слой не способен увеличиваться, поэтому верхний вынужден сморщиваться, образуя складки. К счастью, этот эффект обратим".
Но вы можете задать и другой вопрос: почему мы морщимся, как старый высохший плод, а не разбухаем, как губка? Дело в том, что без масла, защищающего нашу кожу, ладони рук и ступни ног обезвоживались бы, погружаясь в воду, а не наоборот. Происходит это так.
Примерно 75% нашего тела составляет вода. Этот процент варьируется в зависимости от количества жира, который содержится в тканях организма. Обезвоживание происходит, когда защитные масла смываются с поверхности кожи. Вода начинает просачиваться из клеток наружу. Эти клетки обладают полупроницаемыми мембранами, а это значит, что они легко отдают воду, но не способны так же легко ее впитывать. Если кожа теряет масло, после 15 минут пребывания в воде клеточные мембраны открываются наружу, вода покидает клетки и образуются морщины.
Кончики пальцев и ладони морщатся быстрее, чем тыльная сторона рук, поскольку в ней находятся дополнительные сальные железы. Эти железы постоянно пополняют запасы защитного масла, делая это почти с той же скоростью, с которой его смывает вода7.
- Внешние ссылки откроются в отдельном окне О том, как поделиться Закрыть окно
Правообладатель иллюстрации Getty Images
Вы когда-нибудь задумывались о том, почему в воде наша кожа морщится только на пальцах? Обозреватель исследует возможные ответы на этот вопрос.
Участки кожи, лишенные волос, по-особому реагируют на воду. В отличие от других частей тела, кожа на пальцах рук и ног, ладонях и ступнях после пребывания в воде становится сморщенной. Как правило, для этого хватает пяти минут.
Но почему этот феномен затрагивает только указанные участки кожи?
Бытует мнение, что это результат биохимической реакции, осмотического процесса, при котором из кожи "вымываются" определенные вещества, и она деформируется.
Однако уже сто лет назад ученые знали, что эта любопытная реакция не является простым рефлексом или результатом осмоса .
Хирурги заметили, что если в пальцах повреждены определенные нервы, то кожа на них не морщится.
Таким образом, бугорки на пальцах - это признак того, что нервная система не повреждена.
Ученые даже предложили использовать эту реакцию для проверки того, насколько хорошо функционирует симпатическая нервная система пациентов, если на иные воздействия они не реагируют.
Правообладатель иллюстрации Getty Images Image caption Обычно кожа начинает морщиться примерно через пять минут пребывания в водеПо всем этим вопросам научное сообщество уже достигло консенсуса. Тем не менее споры о происхождении этой реакции и о том, является ли она результатом приспособления, все еще продолжаются.
Нейробиолог Марк Чангизи из исследовательской лаборатории 2AI Labs уверен в том, что это результат адаптации. В качестве примера можно рассмотреть протектор шины.
На сухой дороге лучшее сцепление обеспечивают гладкие шины. Именно поэтому в гоночных автомобилях, как правило, используют шины без канавок. Однако во время дождя шины с протектором незаменимы.
Таким образом, пальцы с морщинками и бугорками лучше всего удерживают и сухие, и мокрые предметы.
В 2011 году Чангизи и его коллеги нашли доказательство того, что сморщенные пальцы играют роль своеобразного протектора
Тем не менее очень сложно доказать, что та или иная биологическая особенность является результатом приспособления, а определить причины ее возникновения может быть еще труднее. Ученым остается только искать подсказки и строить предположения о том, что является результатом адаптации, а что нет.
В 2011 году Чангизи и его коллеги нашли доказательство того, что морщинки на пальцах играют роль своеобразного протектора.
Другими словами, эти морщинки, возникающие в результате воздействия воды, можно сравнить с бассейном реки, где множество мелких потоков объединяются в более крупные каналы, впадающие в речное русло, или с деревом, где мелкие веточки растут на крупных ветвях, которые, в свою очередь, берут свое начало в стволе.
При этом участки суши между каналами и ручьями не соединены между собой.
Чтобы проверить, обладают ли сморщенные пальцы приматов строением, схожим с речным бассейном, Чангизи и его коллеги проанализировали фото 28 пальцев, принадлежавших разным людям.
Они действительно обнаружили сходство этих расходящихся в разные стороны и не пересекающихся канавок с речной сетью.
Ученые также пришли к выводу, что расположение складок подчиняется определенной логике. Река собирает воду, в то время как канавки на сморщенном пальце призваны отводить ее.
"При нажатии подушечкой пальца на мокрую поверхность вода стекает по каналам, обеспечивая оптимальный контакт пальца с поверхностью", - пишут ученые.
Следует учесть еще один факт: морщинки появляются только по истечении пяти минут непрерывного соприкосновения с водой.
Правообладатель иллюстрации Thinkstock Image caption Зачем же нам эти бугорки и морщинки?Это означает, что для начала этого процесса случайного контакта с водой недостаточно, и эта особенность организма становится полезной только в дождливую или влажную погоду.
Кроме того, реакция намного быстрее протекает в пресной, а не в соленой воде. Это может указывать на условия, в которых мы эволюционировали в приматов.
Возможно, неровности на пальцах и не имеют прямого отношения к эволюционным процессам, связанным с улучшением захвата, однако пальцы с морщинками с этой задачей все же справляются лучше.
Так, исследование, проведенное британскими нейробиологами в 2013 году, показало, что бугорки на подушечках пальцев помогают крепче удерживать мокрые предметы.
В ходе эксперимента 20 человек перемещали 45 предметов различных размеров - стеклянные шарики и рыболовные грузила - из одного контейнера в другой.
Чангизи считает, что бугорки на коже полезны для поддержания тела в равновесии
В некоторых случаях предметы были сухими, а пальцы участников - гладкими или сморщенными. В других - предметы были погружены в воду.
Ученые обнаружили, что участники со сморщенными пальцами быстрее перемещают предметы под водой, а сухие предметы - с такой же скоростью, как и остальные.
Тем не менее схожее исследование немецких ученых в 2014 году показало обратное.
Исследователи попросили 40 человек переместить 52 стеклянных шарика и игральных кубика различных размеров и массы из одного контейнера в другой.
Все участники - и с гладкими, и со сморщенными пальцами - перемещали сухие и мокрые предметы и показали примерно одинаковые результаты.
Группа тайваньских исследователей провела серию собственных экспериментов с участием мужчины 24 лет.
Они измерили трение кожи его пальцев, соприкасавшейся с ровной поверхностью в гладком и сморщенном состоянии, а также силу его рук при скольжении по бруску. Они также оценили способность испытуемого сжимать пружину.
Как ни странно, они обнаружили, что все упражнения были выполнены хуже, когда кожа на пальцах была сморщенной.
Правообладатель иллюстрации Getty Images Image caption Появление бугорков на коже под воздействием воды - естественный процессЧто же из этого следует? Независимо от того, является ли неровная кожа рук продуктом эволюции или нет, вряд ли лабораторные условия подходят для подобных испытаний.
Чангизи считает, что бугорки на коже нужны для поддержания тела в равновесии, а не для манипуляций с мелкими предметами.
"Чтобы провести действительно показательный эксперимент, нужно попросить участников хвататься за деревья или более тяжелые предметы, а не за маленькие шарики", - говорит он.
Эксперт отмечает, что при перемещении шариков между контейнерами отсутствует риск скольжения по воде.
В то же время важно оценить влияние неровностей на коже на двигательную активность человека, а не на ловкость его рук.
Какой же эксперимент он считает идеальным? Например, можно привлечь к исследованию паркурщиков - городских акробатов, которые смогли бы показать свои трюки с разным состоянием кожи и в разных погодных условиях.
"Разумеется, следует позаботиться об их безопасности", - добавляет он.