Ученые выяснили, при каких обстоятельствах ящерицы отбр...

Исследователи из ОАЭ и США предложили свое видение того, как хвост ящериц отделяется от тела при угрозе жизни и при этом не отбрасывается во время обычной ежедневной активности. Их опыты указали на микроструктуру мышечных волокон хвоста в месте отрыва с наличием микроскопических пористых грибовидных структур, которые способствуют отсоединению хвоста только при его отгибании в сторону под волевым контролем животного. Исследование обнародовано в журнале Science .

Что заинтересовало ученых в отбрасывании ящерицей хвоста?

Умение ящериц отбрасывать хвост при опасности является многим известным фактом. Это процесс, благодаря которому рептилия может спасаться от хищника, оставляя нападающему лишь частицу хвоста, что отвлекать его пока она убегает. Но несмотря на то, что явление уже давно исследуется, все еще неизвестно, какой механизм обеспечивает отбрасывание, или автотомию, хвоста. Предыдущие исследования указывали, что позвоночник ящериц имеет слабые зоны, на самих позвонках или между ними, которые очень чувствительны к перелому при их внешнем повреждении, например, схватыванием хищником, или внутреннему, то есть сжатием мышц хвоста самой ящерицы. Это объясняет легкость и скорость отсоединения хвоста, но не то, как он сохраняет свою прочность в повседневной жизни. Тем не менее, когда речь идет о спасении, то избавление части тела является разумным решением, но когда угрозы жизни нет, то потеря важного хвоста скорее вредит. Поэтому инженеры и биологи из Нью-Йоркского университета в Абу-Даби и Университета Ферли Дикинсона решили исследовать, что стоит за механизмом автотомии хвоста ящериц.

Как изучали ящериц?

Чтобы разобраться в особенностях сопряжения хвоста, ученые проанализировали строение трех видов пресмыкающихся, которым свойственна автотомия: полупалый желто-зеленый геккон ( Hemidactylus flaviviridis ), египетский тонкопалый геккон ( Cyrtopodion scabrum ) и бахромистый яще . Хвосты рептилий после автотомии ученые подробно рассмотрели с помощью технологий компьютерной микротомографии и сканирующей электронной микроскопии, а также высокоскоростной съемки процесса отбрасывания хвоста.

Что же придает хвостам прочность и легкость отбрасывания одновременно?

Уже раньше ученые подмечали, что на месте отрыва у откинутого хвоста торчат восемь пучков мышечных волокон, расположенных по кругу. На ране, оставшиеся на теле животного, имеются восемь соответствующих отверстий, или карманов, из которых мышечные пучки вышли при автотомии. Было понятно, что эта структура, похожая по принципу на вилку в розетке, играет роль в отбрасывании хвоста. Но только в новой работе удалось понять, какую именно.

Микроизображения указали, что мышечные волокна в микроскопическом масштабе покрыты крохотными грибовидными структурами, имеющими наноразмерные поры и иногда шарики. В то же время на другой части хвоста, на теле ящерицы, в гладких карманах нашли отпечатки шапочек этих образований. То есть два конца хвоста в наномасштабе не скреплялись крепко по типу замочка, а только контактировали поверхностями: верхушки грибовидных структур на поверхности мышечных волокон касались гладкой поверхности карманов, чего оказалось достаточно для адгезии.

 

 

Чтобы выяснить подробнее, как такая микроструктура способствует сцеплению, ученые построили модель хвоста ящериц из полидиметилсилоксана. Моделирование показало, что стабильности и гибкости хвоста способствуют сами грибообразные тела, распределяющие нагрузку на большую площадь, в частности, промежутки между этими образованиями и нанопоры на их поверхности. Когда при обычной активности пресмыкающегося в каком-то месте хвоста возникает микротрещина, то пустоты в микроструктуре ее останавливают, рассеивая энергию распространения трещины и не давая хвосту оторваться (авторы объясняют это механизмом Кука-Гордона). А вязкая внутренняя среда тканей способствует образованию жидкостных мостиков между микроскопическими образованиями и поверхностью карманов, что еще больше усиливает адгезию. Однако когда ящерица самостоятельно хочет ампутировать хвост при угрозе, она сгибает его в сторону под углом. при котором нагрузка неравномерно распределяется, микроструктура не может сдерживать продвижение трещины, и благодаря этому хвост отсоединяется от тела. Это согласуется с видеонаблюдением за гэконом, которое показало, что простого тяготения за хвоста недостаточно для его отсоединения, и автотомия происходит только после резкого гибки. Поэтому если схватить животное так близко к телу, что оно не сможет согнуть хвост, его отделение не происходит.