Разное

Значение как свои пять пальцев: «Как свои пять пальцев» — значение и происхождение фразеологизма

ОпубликованоАвторalexxlab

как математика управляет развитием пальцев

Статья на конкурс «био/мол/текст»: Чтобы выразить в разговоре свои глубокие познания в определенной области, мы привыкли говорить: «знаю, как свои пять пальцев». Но хорошо ли мы их знаем? Например, известно ли вам, откуда у нас пять пальцев и как они формируются? Как ни странно, ответить на эти вопросы биологам помогла математическая модель, описанная Аланом Тьюрингом более 60 лет назад.

Эта работа заняла первое место в номинации «Лучшее новостное сообщение» конкурса «био/мол/текст»-2014.

Главный спонсор конкурса — дальновидная компания Генотек.
Конкурс поддержан ОАО «РВК».

Спонсором номинации «Биоинформатика» является Институт биоинформатики.
Спонсором приза зрительских симпатий выступила фирма Helicon.
Свой приз также вручает Фонд поддержки передовых биотехнологий.

«Что может быть любопытнее того, что рука человека, лапа крота, нога лошади, ласт дельфина и крыло летучей мыши построены по тому же самому образцу?»

 — писал Чарльз Дарвин в «Происхождении видов». Вопрос о том, как формируются конечности позвоночных, давно интересовал ученых. С развитием методов эмбриологии стало больше известно о том, как формируется зачаток конечности [1], но до конца не было ясно, какие механизмы управляют развитием пальцев. Анализируя экспрессию генов и используя математическое моделирование, группа ученых под руководством Джеймса Шарпа из Центра геномной регуляции в Барселоне выяснила, какие молекулы являются главными участниками в процессе формирования пальцев [2].

Математика развития

Каким образом взаимодействие нескольких молекул может привести к созданию таких сложных структур, как, например, наши пальцы? Над этим вопросом задумывались не только биологи, но и математики. В 1952 году Алан Тьюринг, английский математик, известный своими работами в области криптографии и информатики, опубликовал работу под названием «Химические основы морфогенеза» [3]. (О сложной судьбе этого гениального человека повествует фильм «Имитационная игра», который выйдет на экраны осенью 2014 г. ) Тьюринг заметил, что многое в природе можно описать с помощью математики, в частности возникновение и развитие органов — морфогенез. В своей работе он привел математическую модель, в которой два вещества (морфогена) могут создавать разнообразные сложные структуры путем самоорганизации. Морфогенами являются различные молекулы, вырабатывающиеся в развивающемся организме, которые способны воздействовать на окружающие клетки и определять их дальнейшее развитие.

В основе модели Тьюринга лежит реакционно-диффузионный механизм, который заключается в следующем. Два вещества распространяются в тканях с разной скоростью и взаимодействуют друг с другом. Первое вещество является активатором. Оно усиливает собственное производство, а также активирует второе вещество — ингибитор. Ингибитор в свою очередь подавляет активность первого вещества (рис. 1). Совместно они могут организовывать сложные узоры из полос и пятен, часто встречающиеся в живой природе.

Рисунок 1. Схематическое представление реакционно-диффузионной модели Тьюринга. Два морфогена — активатор и ингибитор — взаимодействуют между собой, создавая самоорганизующиеся паттерны [4]. (Попробовать создать такие узоры можно на странице Turing morphogenesis.)

Пятна на шкуре гепарда, полосы у зебры и причудливые рисунки на раковинах моллюсков возникают за счет механизмов, описанных Аланом Тьюрингом [4], [5] (рис. 2). Несмотря на то, что рисунок окраски каждого животного индивидуален, тип распределения пятен и полос имеет общие закономерности, которые задаются параметрами модели Тьюринга. Такими параметрами могут быть скорость диффузии молекул, геометрия и размер ткани. Но самое сложное состоит в том, чтобы понять, какие молекулы участвуют в создании таких паттернов, будь то рисунок на шкуре или распределение молекул в зачатках пальцев.

Рисунок 2. Формирование пятен на шкуре гепарда и полос зебры описывается с помощью одной математической модели

Estudio revela por qué las cebras tienen rayas, Jon Issacs

Трио Тьюринга

В 1979 году Стюарт Ньюман и Гарри Фриш впервые высказали идею, что реакционно-диффузионный механизм может участвовать в формировании пальцев у позвоночных [6]. Но до настоящего момента не было известно, какие именно молекулы являются морфогенами Тьюринга. Исследование, выполненное командой из биологов и математиков под руководством Джеймса Шарпа, позволило найти эти загадочные вещества и доказать, что модель, предложенная Тьюрингом, действительно управляет развитием наших пальцев [2].

Ученые знали, что морфогены из модели Тьюринга должны формировать полосатый «узор» — они должны быть активны либо в зонах, которые станут пальцами, либо между ними. Транскрипционный фактор Sox9 оказался главным кандидатом на роль такого морфогена. Он играет роль в процессах формирования скелета и контролирует активность многих генов, участвующих в эмбриогенезе. Уже на ранних стадиях развития конечности, Sox9 создает паттерн из пяти полос в области, где будут формироваться пальцы. Чтобы найти других участников процесса, биологи сравнили транскриптом клеток зачатка конечности мыши, в которых ген Sox9 активен или не активен. Они нашли две другие группы генов — Bmp и Wnt, которые также формируют полосы. Bmp и Wnt представляют собой две группы белков — важных участников морфогенеза. Ранее было показано, что сигнальные пути с участием этих молекул играют роль в процессе регенерации конечностей [7].

В результате экспериментов испанские ученые выяснили, что в процессе формирования пальцев участвуют три морфогена — Sox9, Bmp и Wnt (рис. 3). Экспрессирующийся в зачатке конечности Bmp активирует транскрипционный фактор Sox9 в зонах, где будут формироваться хрящевые зачатки костей пальцев. Wnt ингибирует Sox9 в промежутках между будущими пальцами, которые впоследствии разрушатся. Выявив эти связи, ученые рассмотрели различные схемы взаимодействия трех молекул и выбрали ту из них, которая лучше всего могла смоделировать периодический паттерн морфогенов.

Рисунок 3. Модель Тьюринга, описывающая формирование пальцев, состоит из трех компонентов: Wnt и Bmp-сигналинга и транскрипционного фактора Sox9. Wnt (синий) ингибирует экспрессию Sox9 (красный) между будущими пальцами, в то время как Bmp (зеленый) активирует Sox9 в мезенхимальных клетках, которые сформируют зачатки пальцев.

Модель развития пальцев

Построив схему взаимодействия трех морфогенов, ученые смогли смоделировать рост конечности согласно реакционно-диффузионному механизму, описанному Тьюрингом. В своей модели они также учли влияние фактора роста фибробластов (FGF) и транскрипционного фактора Hoxd13, которые участвуют в формировании пальцев. FGF образует градиент в зачатке конечности, концентрируясь на кончиках будущих пальцев и увеличивая расстояние между зонами экспрессии Wnt и Sox9. Это объясняет то, почему наши пальцы немного расходятся, а не расположены параллельно друг другу. Hox-гены (в частности Hoxa13 и Hoxd11-13) считаются важными регуляторами процесса формирования пальцев. При их отключении число пальцев может увеличиваться [9], [10]. Собрав все элементы компьютерной модели воедино, ученые показали, что Sox9, Bmp и Wnt могут организовывать паттерн из полос, размечая зоны формирования пальцев (рис. 4).

Рисунок 4. Компьютерное моделирование формирования пальцев на основе модели взаимодействия Bmp, Wnt и Sox9. а — Sox9 (красный) формирует случайно ориентированные полосы, когда в моделировании не учитываются другие факторы. б — Добавление в модель влияния Hoxd13 приводит к тому, что Sox9 формирует четкие параллельные полосы, но при этом также возникает ветвление пальцев (отмечено стрелкой). в — Под влиянием FGF формируются радиально идущие полосы Sox9. г и д — Совместное влияние FGF и Hoxd13 на систему Sox9-Bmp-Wnt приводит к появлению пяти полос Sox9, соответствующих зонам будущих пальцев.

Что произойдет, если по отдельности убрать каждый из участников процесса? Моделирование показало, что при удалении Bmp из системы Sox9 не будет активен, и пальцы не будут формироваться. Если отключить Wnt, Sox9 будет активен везде, и промежутков между пальцами не появится. Если же одновременно убрать Bmp и Wnt, то Sox9 будет формировать полосы, но их число уменьшится. Чтобы проверить полученные предсказания, биологи поставили эксперименты на изолированных зачатках конечности мыши. Для этого они использовали вещества, блокирующие сигнальные пути Bmp и Wnt. Во всех случаях экспериментальные данные сходились с предсказаниями, полученными с помощью моделирования (рис. 5). Таким образом, ученые доказали, что совместная работа трех найденных морфогенов Тьюринга приводит к формированию пяти пальцев.

Рисунок 5. Компьютерное моделирование и результаты экспериментов на тканях зачатка конечности, полученные при удалении каждого из морфогенов. а — Смоделированные паттерны Sox9, образующиеся при поочередном удалении из системы Bmp и Wnt. б — Ингибирование Bmp и Wnt в тканях зачатка конечности приводит к изменению паттерна Sox9, соответствующего предсказаниям модели. в — Совместное ингибирование Bmp и Wnt приводит к уменьшению числа полос Sox9.

Почему у нас пять пальцев?

Но возникает вопрос: почему у нас формируется именно пять пальцев, а не четыре, как, например, у Барта Симпсона? Если посмотреть на животный мир вокруг нас, то мы увидим, что число пальцев всегда равно пяти. Конечно, у лошади развит один палец, но в эмбриональном развитии у нее, так же как и у других животных, формируются все пять. Пандам, наоборот, потребовался еще один палец: в качестве него они используют кость запястья, которая помогает хватать бамбук. Почему же в эволюции закрепилось именно пять пальцев? Потому что общий предок всех млекопитающих, птиц, рептилий и амфибий имел пять пальцев.

Точно не известно, когда и у кого впервые появилось пять пальцев. Некоторые древние земноводные часто имели не пять, а шесть, семь или даже восемь пальцев. Например, акантостега, жившая около 360 миллионов лет назад, имела восемь пальцев на передних конечностях (рис. 6). Но нашему общему пятипалому предку повезло больше, чем акантостеге — он выжил.

Рисунок 6. Акантостега — одно из первых позвоночных животных, у которых появились конечности. Они не были приспособлены для передвижения по суше и имели по восемь пальцев.

Paul Carney

Описанная в данной статье работа о морфогенах Тьюринга, а также предыдущие исследования о влиянии Hox-генов на развитие пальцев позволяют предположить, что оба этих механизма совместно обеспечивают формирование пяти пальцев.

Таким образом, число пальцев зависит от физических закономерностей, описывающихся моделью Тьюринга: скорости, с которой молекулы-морфогены распространяются по ткани, силе их взаимодействия и скорости роста зачатка конечности. Если молекулы будут диффундировать быстрее, промежуток между пальцами будет увеличиваться, поэтому пальцев станет меньше. Если зачаток конечности станет больше на 20%, а все остальное останется прежним, неожиданно появится место для еще одного пальца. Такие случаи часто встречаются среди животных и людей и известны как полидактилия. Настроив древние механизмы развития пальцев на нужную волну, наш предок обеспечил всему человечеству счастливую жизнь с пятью пальцами, а также существование десятичной системы счисления, которая стала основой нашей математики.

  1. Уточнен механизм, по которому развиваются конечности у куриного эмбриона;
  2. J. Raspopovic, L. Marcon, L. Russo, J. Sharpe. (2014). Digit patterning is controlled by a Bmp-Sox9-Wnt Turing network modulated by morphogen gradients. Science. 345, 566-570;
  3. Turing A.M. (1952). The chemical basis of morphogenesis. Phil. Trans. R. Soc. Lond. B. 237, 37-72;
  4. S. Kondo, T. Miura. (2010). Reaction-Diffusion Model as a Framework for Understanding Biological Pattern Formation. Science. 329, 1616-1620;
  5. Марри Д.Д. (1988). Отчего у леопарда пятна на шкуре. «В мире науки», 5;
  6. S. Newman, H. Frisch. (1979). Dynamics of skeletal pattern formation in developing chick limb.
    Science    . 205, 662-668;
  7. Элементы: «Разгадан механизм регенерации конечностей»;
  8. A. Zuniga, R. Zeller. (2014). In Turing’s hands—the making of digits. Science. 345, 516-517;
  9. R. Sheth, L. Marcon, M. F. Bastida, M. Junco, L. Quintana, et. al.. (2012). Hox Genes Regulate Digit Patterning by Controlling the Wavelength of a Turing-Type Mechanism. Science. 338, 1476-1480;
  10. Элементы: «Идеи Алана Тьюринга помогли понять механизм развития пальцев у позвоночных».

Английские идиомы, которые нужно знать, как свои пять пальцев

«Обвести вокруг пальца», «не класть палец в рот» или «палец о палец не ударить» — эти идиомы знакомы каждому носителю русского языка. В английском языке также есть масса подобных сленговых выражений. Давайте все-таки «ударим палец о палец» и посмотрим, какие интересные идиомы нам может предложить английский язык.

Для начала запомните, что пальцы на руке называются fingers, а на ногах – toes. Не сложно догадаться, что больше всего интересных английских выражений будет как раз со словом “finger”. Наша подборка с «ручными» идиомами расскажет вам о самых любопытных выражениях со словам «палец» в английском языке.

Английские идиомы со словом “finger”

● Если вы услышите английское выражение “sticky fingers”, то не стоит сразу бежать к этому человеку с влажными салфетками, чтобы помочь ему вытереть «липкие пальцы». Очень может быть, что после такой помощи у вас пропадут и салфетки, и пару украшений. Ведь предложение “He’s got sticky fingers” переводится как «Он не чист на руку/Он ворует».

  • “To have a finger in the pie” не означает, что речь идет о невезучем пекаре, который засовывает пальцы в каждый пирог. Это английское выражение переводится как «совать нос, вмешиваться».
  • Если вы держите что-то на самых кончиках пальцев, то не обязательно должны быть фокусником. Скорее всего, вы просто точно знаете, что делать дальше. Ведь английское выражение “to havesomething at one’s fingertips” переводится как «быть хорошо знакомым с чем-либо».
  • “To keep your fingers crossed” – означает тоже самое, что и русское выражение «скрестить пальцы на удачу». Так что вам повезло, если кто-то говорит, что будет “keep my fingers crossed for you”. Это значит, что за вас будут «держать кулачки».

Английские идиомы со словом “toes”

  • Если ваш знакомый говорит, что он “on his toes”, не стоит сразу представлять его в балетной пачке. Английское выражение “on one’s toes” переводится как «быть в форме», «не расслабляться».
  • Выражение “from top to toe” или “from head to toe” несет такой же смысл, как русская фраза «с головы до пят». Только мы «изучаем» до пяток, а англичане до «пальцев ног».
  • Идиома “to dip toe in the water” хотя и пошла от фразы «опускать пальцы ног в воду», теперь означает, что вы готовы к чему-то новому, то есть пытаетесь «сделать первый шаг».

Названия пальцев на английском

Конечно, в английском языке, так же как и в русском, у каждого пальца есть свое «имя». Давайте заново познакомимся со своими пальцами и узнаем, как правильно они будут называться на английском?

Большой палец – thumb

Больше всего английских выражений и идиом существует именно с этим пальцем. Благодаря большому пальцу вы можете высказать и одобрение, и рассказать о любви к земледелию, и посетовать на свою неуклюжесть.

  • Мы все помним, что поднятый вверх большой палец выражает одобрение. Так что не удивительно, что фраза “Thumbs up” переводится как «Принимается!»
  • Если вы очень неуклюжий человек, то англоговорящие люди сказали бы вам, что у вас все пальцы большие. Ведь действительно, представьте, как тяжело было бы жить только с большими пальцами? All thumbs – неуклюжий, неловкий.
  • Вы находитесь под каблуком у своей жены? На английском языке это звучит не так обидно, там вы находитесь всего лишь под большим пальцем! Under the thumb – находится под каблуком
  • Вы любите проводить свое свободное время на грядках? Поздравляем – у вас есть «зеленый палец». Green thumb – иметь способность к садоводству. Кстати, иногда слово “большой палец” заменяется на просто палец. Так что если вы услышите выражение — green fingers, то это будет означать то же, что и green thumb.

Указательный палец – Index finger

Название этого пальца похоже на русское название. Index – указатель, показатель, признак. К сожалению, с этим пальцем пока еще не придумали никаких английских идиом и интересных выражений.

Средний палец – middle finger

Все английские выражения с этим словом несут такое же значение, как и русские идиомы.
Когда вы слышите, что кто-то “show the finger”, то не значит, что кто-то просто показал, к примеру, мизинчик. The finger – это обаятельно будет средний палец. Так что можно догадаться, как будет переводится это недружелюбное выражение. Иногда можно услышать и “give the finger”.

Безымянный палец — ring finger

В английском языке этот палец совсем не «безыменный», тут он больше «окольцованный». Кстати, в англоязычных странах обручальное и помолвочное кольца носятся на левой руке. Очень часто бывает, что замужние женщины носят оба кольца на одном пальце. Сначала надевается помолвочное, а потом обручальное.

Мизинчик – pinky, little finger

Если вы с легкостью можете кого-то обмануть, что запомните выражение “to wrap (twist) around littlefinger” это как раз и будет переводиться как «обвести вокруг пальца».

Идиомы с названиями частей тела занимают важное место в списке английских фразеологизмов. Заучивайте их наизусть, активно применяйте в повседневной речи и говорите на английском, как истинный носитель языка!

Шутикова Анна

как выучить быстро английский язык с нуля

ЗНАТЬ ЧТО-ТО КАК ТАКОЕ ПОНЯТНУЮ РУКУ определение

 

Обзор

знать кого-то/что-то

идиомы

знать что-то от чего-то

знать что-то наизнанку идиомы

знать что-то как свои пять пальцев идиома

идиома

Идиомы

знать, что это (как) идиома

знать, что делаешь идиомы

Проверьте свой словарный запас с помощью наших веселых викторин по картинкам

  • {{randomImageQuizHook. copyright1}}
  • {{randomImageQuizHook.copyright2}}

Авторы изображений

Попробуйте пройти викторину

Слово дня

генетический

Великобритания

Ваш браузер не поддерживает аудио HTML5

/dʒəˈnet.ɪk/

НАС

Ваш браузер не поддерживает аудио HTML5

/ dʒəˈnet̬.ɪk /

принадлежащие или относящиеся к генам (= частям ДНК в клетках), полученным каждым животным или растением от родителей

Об этом

Блог

Изобилие и изобилие (Язык больших количеств и чисел, часть 1)

Подробнее

Новые слова

социальное всеядное

Больше новых слов