Почему кожа от воды сморщивается. Эволюционная теория образования морщин на пальцах

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.

Почему пальцы морщатся в воде. В жизни не догадаетесь

Каждый из нас с раннего детства знает, что от долгого пребывания в воде кожа на пальцах начинает морщиться. Родители даже разрешали раньше купаться в ванной до тех пор, пока пальчики не покроются морщинками. Они говорили, что раз пальцы уже набухли от воды, пора вылезать. Но так ли это на самом деле?

Сначала ученые действительно объясняли это явление именно так. По их мнению, из-за впитывания влаги площадь верхнего слоя кожи увеличивалась, а нижние слои оставались прежних размеров. И якобы из-за этого наша кожа шла волнами.

Но у этой версии было несколько изъянов. Ведь если бы наша кожа действительно впитывала влагу, то морщинами покрывалось бы всё тело, а не только пальцы. Кроме того, еще в 1935 году несколько врачей заметили, что у пациентов с поврежденной нервной системой кожа от воды не морщилась. Следовательно, объяснение этому феномену нужно искать в области неврологии.

Врачи пришли к выводу, что сморщивание кожи на пальцах рук и ног — это непроизвольная реакция организма на долгое пребывание в воде. Но чем именно этот рефлекс вызван?

Ученые-биологи считают, что эта реакция организма выработалась в процессе эволюции. Таким образом природа позаботилась, чтобы человек имел лучшее сцепление с различными мокрыми поверхностями.

Сморщенная кожа играет роль своеобразного протектора на шинах. Благодаря морщинкам увеличивается плотность сцепления с поверхностью. Так человеку намного проще поймать рыбу в воде или передвигаться по мокрой траве.

И хотя мы давно уже не ходим босиком, а мокрые предметы (например, во время мытья посуды) берем резиновыми перчатками, этот рефлекс всё еще полезен. В следующий раз, когда будешь принимать душ или ванну, обрати внимание на то, что кусок мокрого мыла гораздо проще удерживать тогда, когда пальцы покрываются морщинками.

Вот так матушка-природа позаботилась о том, чтобы человек как можно лучше мог приспособиться к различным условиям. Если эти сведения стали для тебя неожиданностью, то обязательно поделись ими со своими друзьями.

Как ни забавно это звучит, но сморщиванием пальцев и разгадкой того, что кроется за этой особенностью, занимается серьезная наука.

Если Вы хоть раз проводили много времени в бассейне, в море или, в расслабляющей горячей ванне, Вы, наверняка, знакомы с феноменом сморщенных пальцев. Хотите - верьте, хотите - нет, но ученые бьются над разгадкой этого феномена уже десятилетия, пытаясь выяснить, почему же, пальцы на руках, а иногда и на ногах сморщиваются после долгого пребывания в воде.

Кожа пропитывается водой?

Одна из самых распространенных теорий состоит в том, что кожа сильно пропитывается водой. Согласно данным Библиотеки Конгресса (национальной библиотеки США ), эпидермис или внешний слой кожи, состоит из мертвых клеток кератина, которые впитывают влагу, при погружении в воду на длительное время. Впитывание влаги приводит к тому, что клетки набухают и внешний слой кожи расширяется, но поскольку они соединены с нижними слоями кожной ткани, не обладающей способностью расширяться, внешний слой кожи сморщивается, компенсируя этим свою увеличившуюся площадь поверхности. Происходит что-то вроде того, когда Вы пытаетесь надеть огромную простыню на двуспальный матрас – лишний материал за неимением места, неравномерно сбивается в кучи на поверхности.

Однако этот феномен затрагивает только пальцы рук и ног - почему же все Ваше тело не сморщивается?
Ученые говорят, это потому, что наши руки и стопы обладают самым толстым эпидермисом на теле и, соответственно, в них больше клеток кератина, впитывающих воду. Кстати, Ваши ногти также содержат кератин, именно поэтому после ванны, или после того как Вы помоете посуду они становятся мягче обычного.

Для чего нужно сморщивание?

Проблема вышеупомянутой гипотезы в том, что она не учитывает тот факт, что пальцы рук и ног не сморщиваются, если их нервные окончания были повреждены, в результате травмы , или, например, в результате осложнений при сахарном диабете . Это может объясняться другой теорией, которая предполагает, что сморщивающийся эффект - это не результат насыщения кожи водой, а скорее, это реакция центральной нервной системы – «классическая механическая проблема », как назвал ее в одном из своих интервью инженер биомеханик Колумбийского Университета, доктор философии Кси Чен .

Теория механики основывается на концепции вазоконстрикции - сужении кровеносных сосудов. В сущности, когда пальцы погружены в горячую или холодную воду, нервные окончания подают сигналы, которые заставляют кровеносные сосуды сжиматься и ткань под кожей стягиваться. Это, в свою очередь, заставляет внешний слой кожи собираться в складки, в результате чего кожа морщится.

Однако недавно проведенные исследования предлагают, что существует еще одна версия сморщивания пальцев. Нейробиолог Марк Чангизи и его команда из 2AI Labs , города Бойсе, Айдахо работают над тем, чтобы доказать свою теорию. Согласно их теории, сморщивание пальцев не является результатом дерматологических причуд, скорее, это генетический эквивалент дождевых протекторов – функциональных канавок на автомобильных шинах и на обуви, способствующих лучшей силе сцепления в мокрую погоду. Чангизи верит, что эти, так называемые «протекторы» на руках и ногах были вложены в ДНК на протяжении веков для улучшения способности сцепления конечностей с различными поверхностями у наших предков.

«Наши морщащиеся пальцы - это важнейшая особенность, которая досталась нам в наследство от наших предков приматов », - написал Чангизи в своей статье. «В тот момент, когда у наших предков приматов на пальцах появились ногти вместо когтей, «протекторы» стали их необходимой заменой ».

В поддержку этой теории, Чангизи и его команда проанализировали 28 фотографий с образцами сморщенных пальцев. На всех 28-ми образцах морщинки формировали вертикальные каналы, служащие для отвода воды с кончиков пальцев.

«Для того чтобы рукой ухватиться за влажную поверхность без опасности аквапланирования, необходим способ эффективного удаления воды между кожей и поверхностью, за которую пытаешься уцепиться », - объяснил он. «Как известно, лучший способ для быстрого перемещения воды, это каналы ».

Необходимо провести больше исследований, чтобы доказать гипотезу Чангизи , но он уже работает над следующими изучениями. В списке следующих задач - проверить достоверность того, что сморщивание способствует лучшему сцеплению, а также проверить, если у млекопитающих во влажном климате, более вероятно сморщивание пальцев, чем у млекопитающих в сухих местообитаниях.

Если теория подтвердится, то мы можем использовать свойство сморщенных пальцев для улучшения существующих технологий изготовления протекторов для автомобильных шин и обуви.

«Это далеко не досадное недоразумение природы », - написал Марк Чангизи , «сморщивание пальцев - это еще одно завещание совершенства биологии ».

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.