Ученые рассказали об особенностях крокодильей кожи: генетика не при чем

Исследователи из Женевского университета в Швейцарии, в том числе Мишель Милинкович, физик-биолог и соавтор исследования, обнаружили, что рисунок чешуи на морде и челюстях крокодила формируется в результате механического процесса складывания кожи, а не генетических изменений. Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature 11 декабря.

Узоры в горошек

Обычно развитие кожи у животных, включая шерсть, перья и чешую, контролируется определенными генами во время эмбрионального развития. Однако у крокодилов есть несколько исключений из этого правила.

— Крокодилы — это удивительные животные с неоднозначной репутацией. Они привлекают внимание по многим причинам. Одна из них заключается в том, что они являются ближайшими родственниками птиц и динозавров, — говорит Мишель Милинкович, соавтор исследования и физик-биолог, который руководит Лабораторией искусственной и естественной эволюции в Женевском университете.

По словам Милинковича, то, что чешуя на их теле и голове развивается по-разному, также отличает их от других животных. Чешуя на теле крокодила формируется из того, что ученые называют паттерном экспрессии генов в виде точек во время эмбрионального развития. Это происходит, когда определенные гены включаются в конкретных областях ткани или органа.

— Таким образом, в каждом месте с высокой экспрессией генов клетки обречены на формирование кожного придатка — волоса, пера или чешуйки, в зависимости от вида, — объясняет Милинкович.

Однако чешуя на голове крокодила отличается от чешуи на теле. Во время взятия образца крови у нильского крокодила Милинкович был поражен необычным рисунком чешуи на его челюстях и морде, где некоторые полигоны имели несвязанные края. Этот рисунок нельзя было объяснить с точки зрения основного понимания того, как формируется чешуя.

Милинкович предположил, что в этом процессе задействована механика, а не генетика. Ученым не удавалось определить точный механизм, так как эмбрионы крокодилов трудно получить.

Исследование заняло более 10 лет

Милинковичу и его коллегам потребовалось более 10 лет, чтобы собрать достаточное количество эмбрионов для проведения исследования. Когда у команды появились необходимые образцы, они объединили эксперименты с эмбрионами и компьютерное моделирование для создания трехмерной модели механического роста, которая подробно описывает формирование чешуи на голове крокодила.

Исследователи обнаружили, что чешуйки самоорганизуются с помощью некоторых знакомых нам механических процессов, включая сжатие. Это сжатие начинается, когда кожа растет быстрее, чем кость под ней, и когда сама кожа становится более эластичной или жесткой. Сжатие и физические изменения приводят к появлению неправильных геометрических узоров на чешуйках головы по мере роста крокодила.

— Наша математическая модель показывает, что очень разные узоры на чешуе головы у разных видов крокодилов можно легко получить, слегка изменив механические свойства кожи. Следовательно, для объяснения эволюции узоров на чешуе головы у крокодилов не нужно модифицировать множество генов: все объясняется небольшими эволюционными изменениями в росте и механических свойствах кожи, — говорит Милинкович.

Окрашивающий коллаген

Чтобы определить эти механизмы, команде также пришлось разработать новые методы окрашивания коллагена. Этот белок образует кожу, кости, связки, сухожилия и другие соединительные ткани, а также играет важную роль в защите органов тела, выполняя другие биологические функции. Новая техника окрашивания помогла Милинковичу увидеть, какие механические свойства придаёт коже коллаген, и понять, как работает коллаген в коже, что может быть полезно не только для крокодилов.

— Нашу методику сейчас используют многие исследователи, потому что трехмерная структура коллагена очень важна для понимания инвазивности раковых опухолей, а также для замедления старения кожи, — поясняет Милинкович.

Разработка новых методов для такого масштабного процесса, как окрашивание коллагена, и изучение того, что происходит под кожей крокодила, также указывает на часто упускаемую из виду часть эмбрионального развития.

— Она играет огромную роль в эмбриональном развитии, и исследователи в области биологии и физики постепенно осознают это. Сохраняйте любознательность, смотрите по сторонам, в мире живых существ есть много аспектов, которые мы не понимаем, — призывает ученый.

В глубинах Тихого океана на глубине более семи километров ученые обнаружили нового хищника — ракообразное Dulcibella camanchaca, способного выживать в условиях низких температур и темноты. Подробности в материале 56orb.