Нильский крокодил.
Чешуйчатую, зудящую сыпь на коже мы обычно называем «крокодиловой кожей». Ученые, однако, только что доказали, что настоящая крокодиловая кожа — особенно части головы, морды и челюсти рептилии — гораздо более особенная, чем считалось ранее.
Но в отличие от волос, перьев и чешуи большинства других позвоночных животных, чешуя головы крокодила развивается в результате тканевой механики, а не генетики, предполагают исследователи. Их выводы были опубликованы в журнале Природа в среду.
Исследование было вдохновлено наблюдением Мишеля Милинковича, биолога из Женевского университета и ведущего автора статьи, во время взятия образца крови у нильского крокодила. Популярная наукаЭто Лаура Байсас.
«Просто взглянув на животное вблизи, я был очень удивлен рисунком очень неправильных чешуек на голове животного — очень разных слева и справа. Кроме того, многие края как бы неполные», — говорит Милинкович Джонатану Ламберту из NPR. «Это так трудно примирить со всем, (что) мы знаем о развитии перьев, волос и чешуи у других животных».
В ходе исследования команда обнаружила, что этот процесс развития у других существ и процесс развития у крокодилов «не имеют ничего общего», — уточняет Милинкович. ХранительНикола Дэвис. Фактически, чешуя на голове крокодила даже существенно отличается от чешуи на остальной части его тела.
На изображении из статьи (а) показана неправильная форма чешуи крокодила, и (б) показано, как поверхности верхней и нижней челюсти изменяются по мере появления чешуи.
По словам Милинковича, команде Милинковича потребовалось более десяти лет, чтобы собрать достаточно эмбрионов крокодилов для исследования этого наблюдения. Популярная наука. Затем они наблюдали за развитием чешуи головы эмбриона нильского крокодила и отметили, что складки кожи появились примерно на 51-й день из 90 общих дней эмбрионального развития, а затем начали образовывать чешуйки неправильной формы.
Ученые подозревали, что кожа крокодила растет быстрее, чем плоть, прикрепленная под ней, заставляя кожу сгибаться. Они проверили эту гипотезу, введя крокодиловым яйцам гормон, который вызывает рост и уплотнение кожи, называемый эпидермальным фактором роста (EGF). Гормон вызвал резкое изменение рисунка кожи, подтвердив их подозрения.
«Мы увидели, что кожа эмбриона аномально складывается и образует лабиринтную сеть, напоминающую складки человеческого мозга. Удивительно, но когда эти крокодилы, обработанные EGF, вылупляются, эти мозгоподобные складки расслабились и превратились в структуру гораздо меньших чешуек, сравнимых с таковыми у другого вида крокодилов — каймана», — соавторы Габриэль Сантос-Дюран и Рори Купер, пост- Докторанты лаборатории Милинковича поясняют в своем заявлении.
Это указывает на то, что уникальность чешуи головы крокодилов обусловлена механическими процессами, такими как скорость роста и жесткость кожи, а не экспрессией генов.
Затем команда использовала метод визуализации, называемый световой флуоресцентной микроскопией, чтобы измерить рост и форму слоев кожи и костей на головах крокодилов. Используя этот метод, они оценили организацию кожного коллагена — белка в форме волокон, который действует как «клей» в организме — и исследовали, какое механическое воздействие он оказывает на кожу животных. Используя эту информацию, исследователи построили компьютерную модель для моделирования развития кожи крокодила и провели эксперименты.
«Слегка изменив параметры механической модели — вы знаете, вы делаете кожу немного жестче или заставляете кожу расти немного быстрее — вы можете получить нильского крокодила, американского аллигатора, очкового каймана», Милинкович говорит NPR. У этих видов разные формы головы, но эта разница, как обнаружила команда, не является генетической.
Точная геометрия слоев ткани была получена с помощью световой флуоресцентной микроскопии (LSFM).
«Следовательно, нет необходимости требовать модификации многих генов, чтобы объяснить эволюцию структуры чешуи головы у крокодилов; небольшие эволюционные изменения в росте и механических свойствах кожи объясняют все это», — рассказывает он. Популярная наука.
При проведении исследования команда также разработала новую технику окрашивания коллагеновых волокон, чтобы проанализировать их влияние на механику кожи. Другие исследователи теперь начали использовать новый метод, «потому что трехмерная архитектура коллагена очень и очень важна для понимания инвазивности раковых опухолей, а также для недооценки старения кожи», — объясняет Милинкович. Популярная наука.
Он рассказывает Хранитель что биологи были «одержимы генетикой» в течение последних пяти десятилетий, поэтому учёным приятно обнаружить «чисто механический» процесс.
Исследование «весьма интересно», как рассказал NPR Гарет Фрейзер, биолог из Университета Флориды, который не участвовал в исследовании. «Часто приятно осознавать, что эволюция настолько обширна, но она также может быть такой простой».
