зачем кожа сморщивается в воде
Почему кожа в воде сморщивается
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.
Почему наша кожа морщится от воды?
Мы с детства знаем, что от долгого пребывания в воде наша кожа на ладонях и ступнях начинает морщиниться. Замечено, что пресной воде это происходит быстрее, чем в морской. Причем, остальная кожа на теле после контакта с водой остается неизменной. Любопытно, что конкретного объяснения этой загадки человеческого организма до сих пор не найдено – к единому выводу ученые пока не пришли.
Расширение верхнего слоя кожи
Большинство биологов предполагают, что появление морщинистой кожи происходит из-за разбухания внешнего слоя, состоящего из мертвых кератиновых клеток. Пока человек находится в бассейне или ванне, кожа напитывается влагой, а площадь эпидермиса значительно увеличивается. Но, поскольку он плотно соединен с нижними слоями кожной ткани, не обладающей способностью расширяться, внешний слой кожи сморщивается, компенсируя разбухший объем и увеличенную площадь.
Так почему же спонтанный рефлекс происходит с ладонями и стопами, а не с другими частями тела? Потому что на этих участках самый толстый слой кератиновых клеток, значит и вода впитывается гораздо активнее. Эта теория является наиболее распространенной в сравнении с другими доводами, объясняющих почему пальцы рук и ног морщатся в воде.
Сморщивание как рефлекс
Другая гипотеза, получившая признание, заключается в сужении кровеносных сосудов пальцев. Врачам с 1930-х годов известно, что у людей с повреждением нервов пальцев при погружении в воду кожа не морщинится.
Дальнейшие исследования подтвердили, что эффект складок является непроизвольной реакцией вегетативной нервной системы организма – системы, которая также контролирует дыхание, частоту сердечных сокращений и потоотделение.
Таким образом, наша нервная система снижает приток крови к конечностям, что приводит к сужению сосудов под кожей и последующему образованию складок на верхнем слое кожи.
Эволюция
Ученые, предложившие и самую «свежую» теорию, считают, что такая реакция организма выработалась в процессе эволюции. Природа позаботилась, чтобы человек имел лучшее сцепление с различными мокрыми поверхностями. Так нашим предкам было намного проще поймать скользкую рыбу в воде или передвигаться по подводным камням или мокрой траве.
Морщинистая кожа на пальцах действует примерно как протектор на автомобильных шинах, утверждают создатели подобной теории. Кроме лучшего сцепления, бороздки, появляющиеся от воздействия воды, можно считать крохотными системами для отвода жидкости.
В 2013 году ученые университета Ньюкасла в Великобритании проверили эксперимент, тестируя возможности людей с морщинистыми и гладкими пальцами, которые должны были поднимать разные влажные и сухие предметы. Оказалось, что с морщинистыми пальцами мокрые предметы поднимались на 12% быстрее: морщинки на подушечках пальцев необходимы для лучшего захвата.
Тем не менее схожее исследование немецких ученых в 2014 году показало обратное. Все участники – и с гладкими, и со сморщенными пальцами – перемещали сухие и мокрые предметы (стеклянные шарики и игральные кубики) и показали примерно одинаковые результаты.
Пока научное сообщество дискутирует в объяснении феномена, нам остается восторгаться природе человеческого тела. Во всяком случае, когда в следующий раз будете мыть посуду, будьте благодарны тому, что морщинки на ваших пальцах не дают выскользнуть гладкой посуде из мокрых рук.
Об оздоровительном эффекте плавания читайте в материале «Не взлетим, так поплаваем…».
Почему кожа на пальцах морщится, когда мы принимаем ванну
Автор фото, Getty Images
Вы когда-нибудь задумывались о том, почему в воде наша кожа морщится только на пальцах? Обозреватель BBC Future 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.
Ученые даже предложили использовать эту реакцию для проверки того, насколько хорошо функционирует симпатическая нервная система пациентов, если на иные воздействия они не реагируют.
Автор фото, Getty Images
Обычно кожа начинает морщиться примерно через пять минут пребывания в воде
По 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.
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.
Следует учесть еще один факт: морщинки появляются только по истечении пяти минут непрерывного соприкосновения с водой.
Автор фото, Thinkstock
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.
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.
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.
Автор фото, Getty Images
Что 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.
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.
В общем, сидеть нам и дальше в воде, любуясь на свои сморщившиеся пальцы и не понимая, зачем это нам.
Почему кожа сморщивается от воды?
Долгое время считалось, что кожа делается морщинистой из-за обычного осмоса: вода просачивается в клетки, и внешние слои кожи из-за этого набухают и деформируются. Однако эксперименты и наблюдения последних лет убедили учёных в том, что тут, скорее всего, дело в нервах. Когда кожа оказывается под водой, нервы дают её сосудам команду сузиться, и ткань уменьшается в объёме. В результате поверхность кожи всё равно сморщивается, хотя и по другой причине.
Известно, что если некий процесс подчиняется «нервному» управлению, то у него есть эволюционное обоснование, то есть он точно для чего-то нужен. Но для чего нужно, чтобы кожа морщилась под водой? Два года назад появилась гипотеза, что морщины на руках помогают схватить и удержать что-то подводное или просто мокрое. Эксперименты исследователей из Ньюкаслского университета (Великобритания) эту гипотезу полностью подтвердили. Испытуемые должны были выполнить нехитрое задание: достать одной рукой из-под воды небольшой предмет вроде стеклянного шарика или рыболовного грузила, передать его сквозь небольшое отверстие в другую руку и затем опустить через новое отверстие в ящик. Понятно, что успех манипуляции зависел от того, насколько цепко пальцы держали предмет.
Оказалось, что с морщинистой кожей на руках участники эксперимента выполняли задание на 12% быстрее (а кожу сморщивали, опуская руки на полчаса в горячую воду). При этом с сухими предметами морщинистая кожа никакого преимущества не давала. То есть неровности, появляющиеся на коже под водой, действительно улучшают сцепление с мокрой поверхностью, подобно протекторам на автомобильной шине. (Эта аналогия особенно уместна, если вспомнить, что кожа становится морщинистой не только на руках, но и на ногах.) Результаты исследования будут опубликованы в журнале Biology Letters.
Правда, остаётся неясным, что именно даёт морщинистой коже это преимущество. По одной версии, морщины отводят избыток воды от места, где соприкасаются две поверхности, и тогда кожа и предмет могут непосредственно контактировать друг с другом, без слоя воды между ними. По другой — морщины просто увеличивают площадь соприкосновения. В то же время неясно, стало ли это предметом отбора или побочным следствием работы нервной системы. Чтобы выяснить эволюционные пути морщинистой кожи, нужно предпринять исследования на приматах.
Стоит заметить, что это не единственное объяснение того, зачем от воды на коже образуются морщины. Есть предположение, что морщинистая кожа становится менее чувствительной; это может иметь какие-то плюсы под водой или просто в условиях повышенной влажности. Морщинистая кожа может, к примеру, делаться боле уязвимой и тем самым заставлять её обладателя двигаться более осторожно. Однако, как видим, пока что у учёных руки дошли лишь до одной из гипотез.
Почему кожа сморщивается от воды?
Долгое время считалось, что кожа делается морщинистой из-за обычного осмоса: вода просачивается в клетки, и внешние слои кожи из-за этого набухают и деформируются. Однако эксперименты и наблюдения последних лет убедили учёных в том, что тут, скорее всего, дело в нервах. Когда кожа оказывается под водой, нервы дают её сосудам команду сузиться, и ткань уменьшается в объёме. В результате поверхность кожи всё равно сморщивается, хотя и по другой причине.
Известно, что если некий процесс подчиняется «нервному» управлению, то у него есть эволюционное обоснование, то есть он точно для чего-то нужен. Но для чего нужно, чтобы кожа морщилась под водой? Два года назад появилась гипотеза, что морщины на руках помогают схватить и удержать что-то подводное или просто мокрое. Эксперименты исследователей из Ньюкаслского университета (Великобритания) эту гипотезу полностью подтвердили. Испытуемые должны были выполнить нехитрое задание: достать одной рукой из-под воды небольшой предмет вроде стеклянного шарика или рыболовного грузила, передать его сквозь небольшое отверстие в другую руку и затем опустить через новое отверстие в ящик. Понятно, что успех манипуляции зависел от того, насколько цепко пальцы держали предмет.
Оказалось, что с морщинистой кожей на руках участники эксперимента выполняли задание на 12% быстрее (а кожу сморщивали, опуская руки на полчаса в горячую воду). При этом с сухими предметами морщинистая кожа никакого преимущества не давала. То есть неровности, появляющиеся на коже под водой, действительно улучшают сцепление с мокрой поверхностью, подобно протекторам на автомобильной шине. (Эта аналогия особенно уместна, если вспомнить, что кожа становится морщинистой не только на руках, но и на ногах.) Результаты исследования будут опубликованы в журнале Biology Letters.
Правда, остаётся неясным, что именно даёт морщинистой коже это преимущество. По одной версии, морщины отводят избыток воды от места, где соприкасаются две поверхности, и тогда кожа и предмет могут непосредственно контактировать друг с другом, без слоя воды между ними. По другой — морщины просто увеличивают площадь соприкосновения. В то же время неясно, стало ли это предметом отбора или побочным следствием работы нервной системы. Чтобы выяснить эволюционные пути морщинистой кожи, нужно предпринять исследования на приматах.
Стоит заметить, что это не единственное объяснение того, зачем от воды на коже образуются морщины. Есть предположение, что морщинистая кожа становится менее чувствительной; это может иметь какие-то плюсы под водой или просто в условиях повышенной влажности. Морщинистая кожа может, к примеру, делаться боле уязвимой и тем самым заставлять её обладателя двигаться более осторожно. Однако, как видим, пока что у учёных руки дошли лишь до одной из гипотез.