Складки времени: черепахи помогают раскрыть тайну кожных покровов динозавров

Кожа позвоночных — это удивительно сложный и разнообразный орган, выполняющий множество функций: от защиты до терморегуляции и сенсорного восприятия. У большинства позвоночных кожные придатки — волосы, перья, чешуя — формируются из плакод, специализированных участков кожи, развитие которых контролируется консервативными генетическими механизмами. Однако некоторые рептилии, такие как крокодилы, демонстрируют иной подход: их чешуйки образуются не под влиянием генетических сигналов, а благодаря механическому складыванию кожи в процессе роста.

Новое исследование Женевского университета (UNIGE), опубликованное в журнале iScience, раскрывает удивительный факт: черепахи используют оба механизма формирования чешуи в зависимости от области головы. Это открытие не только углубляет наше понимание эволюции рептилий, но и позволяет по-новому взглянуть на происхождение кожных структур у динозавров и их потомков — птиц. Кроме того, полученные данные могут найти применение в биомиметике и регенеративной медицине, предлагая новые подходы к созданию материалов и восстановлению тканей.

Два механизма формирования чешуи у черепах

Команда профессора Мишеля Милинковича, известная своими работами по эволюционной биологии кожи, провела детальное исследование развития чешуи у черепах. Используя методы 3D-микроскопии светового листа и компьютерного моделирования, ученые обнаружили, что:

1. Периферийные чешуйки формируются классическим способом — через плакоды, с активацией соответствующих генетических программ.
2. Чешуйки на верхней части головы возникают иначе: их форма определяется механическим напряжением, вызванным неравномерным ростом подлежащих тканей, особенно костей.

Этот второй механизм приводит к образованию асимметричных, нерегулярных полигональных узоров, которые могут варьироваться даже между левой и правой сторонами головы одной особи.

Эволюционные последствия

Черепахи (Testudinata) — ближайшие современные родственники крокодилов и птиц. Тот факт, что и черепахи, и крокодилы используют механическое складывание кожи для формирования чешуи, указывает на то, что этот механизм является предковой чертой, унаследованной от общего предка архозавров (группы, включающей крокодилов, динозавров и птиц).

У птиц этот механизм был утрачен, и их перья развиваются исключительно через генетически контролируемые плакоды. Таким образом, открытие позволяет предположить, что у динозавров, особенно у нептичьих теропод, могли присутствовать оба способа формирования кожных структур.

Практическое значение

Помимо фундаментальной науки, это исследование имеет прикладное значение:

• Биомиметика может использовать принципы механического складывания для создания новых материалов с заданными свойствами.
• Регенеративная медицина может почерпнуть идеи для управления ростом тканей в условиях механического напряжения.
• Робототехника и архитектура могут получить вдохновение от природных структур, формирующихся без сложных генетических программ.

Работа ученых UNIGE не просто объясняет, как черепахи «решают», где и как формировать чешую. Она открывает окно в глубокое эволюционное прошлое, показывая, что природа часто использует простые физические законы для создания сложных структур. Это напоминание о том, что иногда самые удивительные биологические механизмы основаны не на сложных молекулярных взаимодействиях, а на фундаментальных принципах механики.