Що робить додаток? Біологи пояснюють складну еволюцію цього незручного органу

(MENAFN — The Conversation) Більшість людей знають лише дві речі про апендикс: його не потрібно, і якщо він лусне, потрібна швидка операція.

Ця базова історія сягає щонайменше часів Чарльза Дарвіна, англійського натураліста, який розробив теорію природного відбору. У «Походженні людини» він описав апендикс як залишковий орган: залишок від предків, що їли рослини і мали більший травний тракт. Більше ніж століття ця інтерпретація формувала як підручникову, так і повсякденну медичну мудрість.

Але еволюційна історія апендикса виявилася набагато складнішою.

Разом із нашою колегою Хелене М. Хартман, студенткою, яка готується до кар’єри у сфері охорони здоров’я, ми об’єднали наші знання з поведінкової екології, біології та історії, щоб переглянути наукову літературу про апендикс, очікуючи отримати просту відповідь.

Замість цього ми знайшли орган, який еволюція постійно переосмислювала, і він виявився більш цікавим, ніж уявляють більшість людей.

Як еволюціонував апендикс?

Апендикс — це невелика сумка, що відгалужується від першої частини товстої кишки. Його форма і структура дуже різняться між видами — натяк, що еволюція могла змінювати його кілька разів.

Деякі види, зокрема деякі примати, такі як люди та великі мавпи, мають довгий циліндричний апендикс. В інших, зокрема кілька сумчастих тварин, таких як вомбат і коала, апендикс коротший або більш воронкоподібний. Ще інші, зокрема деякі гризуни і кролики, мають структури з різними пропорціями або гілками. Це різноманіття структури свідчить про те, що еволюція модифікувала цей орган у різних екологічних умовах.

Це припущення підтверджується еволюційними аналізами. Порівняльні дослідження показують, що подібна до апендикса структура незалежно виникла щонайменше в трьох різних лініях ссавців — сумчастих, приматів і глірів, групи, що включає гризунів і кроликів. Ширше еволюційне дослідження виявило, що апендикс еволюціонував щонайменше 32 рази у 361 виді ссавців.

Коли ознака еволюціонує багаторазово і незалежно, біологи називають це конвергентною еволюцією. Конвергенція не означає, що структура є необхідною. Але вона свідчить про те, що за певних умов навколишнього середовища наявність цієї структури давала достатню перевагу для повторного її виникнення.

Інакше кажучи, апендикс навряд чи є випадковою еволюційною помилкою.

Що робить апендикс?

Апендикс підтримує імунну систему. Він містить лімфоїдну тканину, пов’язану з кишечником — імунні клітини, вбудовані у стінку кишечника, які допомагають контролювати мікробну активність у кишечнику. У ранньому віці ця тканина сприяє розвитку імунних клітин, допомагаючи організму навчитися розрізняти безпечних симбіонтів і шкідливі патогени.

Апендикс особливо багатий на структури, звані лімфоїдні фолікули, у дитячому та підлітковому віці, коли імунна система ще формуються. Ці компоненти імунної системи беруть участь у мукозному імунітеті, який допомагає регулювати мікробні популяції вздовж слизової оболонки кишечника та інших слизових поверхонь. Лімфоїдні фолікули виробляють антитіла, такі як імуноглобулін А, для нейтралізації патогенів.

Дослідники також висловлювали припущення, що апендикс слугує як мікробне укриття. Деякі вважають, що тонкі, структуровані спільноти бактерій — біоплівки — вистилають апендикс. Під час важких інфекцій шлунково-кишкового тракту, що змивають значну частину мікробіому з кишечника, корисні бактерії, захищені цими біоплівками, можуть вижити і допомогти відновити мікробіом після інфекції. Ці корисні мікроби сприяють травленню, конкурують з патогенами і взаємодіють з імунною системою, зменшуючи запалення і сприяючи одужанню.

Ці гіпотези спонукали нашу команду поставити питання: якщо апендикс допомагає зберігати мікробну стабільність, чи може його видалення тонко впливати на репродуктивну здатність?

Старі клінічні побоювання полягали в тому, що апендектомія або запалення апендикса можуть погіршити фертильність через запалення і рубцювання — так звані трубні спайки — у маткових трубах. Таке рубцювання могло фізично перешкоджати проходженню яйцеклітини до матки. Але кілька великих досліджень згодом не виявили зниження фертильності після видалення апендикса — у деяких випадках дослідники навіть зафіксували невелике підвищення рівня вагітностей.

Здається, апендикс виконує кілька функцій, зокрема імунних і мікробних. Вплив на фертильність, однак, не здається одним із них.

Еволюційне значення і сучасне життя

Хоча апендикс має цікаву історію, і еволюція постійно його переосмислює, його сучасна важливість є мінімальною. Дарвін недооцінював історію цього органу, але його інстинкт був майже правильним у сучасній медицині: деякі частини людської біології були важливішими у середовищах, у яких еволюціонували люди, ніж у сучасному житті.

Ранні люди жили в умовах з низьким рівнем санітарії та сильним соціальним контактом — ідеальні умови для спалахів патогенів, що викликають діарею. Апендикс, який швидко відновлював мікробіом після інфекції, міг значно підвищити шанси на виживання. Але за останнє століття чиста вода, покращена санітарія і антибіотики різко зменшили кількість смертей від діарейних захворювань у країнах з високим рівнем доходу.

Внаслідок цього еволюційний тиск, що раніше сприяв розвитку апендикса, майже зник. Тим часом, медичні ризики його збереження — найпомітніше запалення апендикса — залишаються. Сучасна хірургія зазвичай видаляє інфікований апендикс. Структура, яка колись була глобальною еволюційною перевагою, тепер є швидше медичним недоліком.

Цей розрив між минулими адаптаціями і сучасним середовищем ілюструє основний принцип еволюційної медицини: еволюція оптимізує виживання і репродукцію в праісторичних умовах, а не здоров’я, комфорт або довголіття у сучасних.

Еволюція діє на рівні популяцій протягом поколінь, сприяючи ознакам, що підвищують середній репродуктивний успіх, навіть якщо ці ознаки іноді шкодять окремим особинам. Медицина працює навпаки — допомагаючи окремим людям процвітати у сучасному світі, а не виживати у минулому.

Апендикс — це не запасна частина IKEA, яку тримають «на всяк випадок», але й не є життєво необхідним сьогодні. У людській біології багато ознак, які колись були корисними, тепер є маргінальними — і їх розуміння допомагає медицини приймати кращі сучасні рішення.