Tarcza pępowinowa afrykańskiego szczura kolczastego

Myszy kolczaste wytwarzają płytki kostne zwane osteodermami pod skórą ich ogonów, które odrywają się, gdy zwierzę jest atakowane, umożliwiając mu szybką ucieczkę. Źródło: Edward Stanley

W przeciwieństwie do krokodyli, żółwi, jaszczurek, dinozaurów i ryb, które posiadają kościste płytki i łuski, ssaki od dawna zastąpiły pancerz swoich przodków izolującą warstwą włosów.

Uważa się, że pancerniki, które mają obronną, soczystą skorupę z zachodzących na siebie kości, są jedyną żywą anomalią. Jednak w czasopiśmie opublikowano nowe badanie iScience Nieoczekiwanie okazuje się, że afrykańskie myszy kolczaste wytwarzają podobne struktury pod skórą swojego ogona, które do tej pory w dużej mierze nie zostały odkryte.

Odkrycia dokonano podczas rutynowego tomografii komputerowej okazów muzealnych dla OpenVertebrate, inicjatywy mającej na celu dostarczanie modeli 3D organizmów kręgowców naukowcom, nauczycielom i artystom.

„Skanowałem okaz myszy z Yale Peabody Museum, a ich ogony wyglądały na nienormalnie ciemne” – powiedział współautor Edward Stanley, dyrektor Digital Imaging Lab w Muzeum Historii Naturalnej na Florydzie.

Załóżmy najpierw, że odbarwienie jest spowodowane wadą wprowadzoną podczas konserwacji próbki. Ale kiedy kilka dni później analizował zdjęcia rentgenowskie, Stanley zauważył charakterystyczną cechę, którą znał.

„Cały mój doktorat koncentrował się na rozwoju osteodermy u jaszczurek. Po przetworzeniu skanów próbek ogon był wyraźnie pokryty osteodermami.”

Kościste szczury kolczaste były obserwowane przynajmniej raz wcześniej i zostały odnotowane przez niemieckiego biologa Jochena Niethammera, który w artykule porównał ich architekturę do średniowiecznej kamieniarki. Opublikowane w 1975 roku. Niethammer poprawnie zinterpretował płytki jako rodzaj kości, ale nigdy nie kontynuował swoich początkowych obserwacji, a grupa była w dużej mierze ignorowana przez dziesięciolecia – dopóki naukowcy nie odkryli innej osobliwości najwyraźniej niezwiązanej z kolczastymi myszami.

A Badanie z 2012 roku Ten sprawdzony kolczasty szczur może całkowicie zregenerować uszkodzoną tkankę bez blizn, co jest umiejętnością powszechną u gadów i gadów bezkręgowce Ale nie było to wcześniej znane u ssaków. Ich skóra jest również szczególnie delikatna, rozdziera się z prawie jedną czwartą siły wymaganej do zranienia skóry zwykłej myszy. Ale kolczaste myszy mogą goić się dwa razy szybciej niż ich bliscy krewni.

Naukowcy, mając nadzieję na znalezienie modelu regeneracji tkanki ludzkiej, postanowili zmapować szlaki genetyczne, które dają kolczastym myszom ich niezwykłe zdolności lecznicze. Jeden z tych badaczy, Malcolm Madden, miał laboratorium w budynku naprzeciwko biura Stanleya.

„Myszy kolczaste potrafią regenerować skórę, mięśnie, nerwy, rdzeń kręgowy, a być może nawet tkankę serca, dlatego trzymamy kolonię tych rzadkich stworzeń do badań” – powiedział Madden, profesor biologii na Uniwersytecie Kalifornijskim. Uniwersytet Florydy Główny autor badania.

Madden i współpracownicy przeanalizowali rozwój osteoderm myszy kolczastych, potwierdzając, że w rzeczywistości są one podobne do tych u pancerników, ale najprawdopodobniej ewoluowały niezależnie. Osteoderma różni się także od łusek łuskowców lub piór jeży i jeżozwierzy, które składają się z keratyny, tej samej tkanki, z której zbudowane są włosy, skóra i paznokcie.

Istnieją cztery rodzaje myszy kolczastych, z których wszystkie należą do podrodziny Deomyinae. Jednak oprócz podobieństw w DNA I być może kształt ich zębów, naukowcy nie byli w stanie znaleźć ani jednej wspólnej cechy klasyfikować To właśnie ta grupa odróżnia go od innych gryzoni.

Podejrzewając, że różnice między nimi mogą być tylko głębokie, Stanley zbadał dodatkowe okazy muzealne wszystkich czterech ras. We wszystkich z nich kolczaste ogony myszy były pokryte tą samą kościstą pochwą. Najbliższym krewnym Deomyinae — myszoskoczkom — brakowało osteodermy, co oznacza, że ​​cecha ta wyewoluowała tylko raz, u przodka wcześniejszych rozbieżnych myszy kolczastych.

Wszechobecność osteoderm w grupie wskazuje, że pełnią one ważną funkcję ochronną. Ale jaka może być ta funkcja, nie było od razu jasne, biorąc pod uwagę inną ciekawą cechę kolczastych myszy: ich ogony są nietypowo odłączalne. Utrata ogona jest tak powszechna u niektórych gatunków szczurów kolczastych, że na wolności brakuje jej około połowie osobników z danej grupy.

„To był prawdziwy drapak w głowę” – powiedział Stanley. Kolczaste szczury słyną z tego, że potrafią usuwać ogony, co oznacza, że ​​zewnętrzna warstwa skóry złuszcza się, pozostawiając mięśnie i kości. Osoby często odgryzają pozostałą część ogona, kiedy to się dzieje”.

Pomimo zdolności do regeneracji, machanie ogonem jest sztuczką, którą kolczaste szczury mogą wykonać tylko raz. W przeciwieństwie do niektórych jaszczurek, nie mogą odrosnąć ogonów, a nie każda część ogona łatwo się odłącza.

Aby dowiedzieć się, dlaczego gryzonie, które wydają się ambiwalentne co do trzymania ogonów, mają problem z zakryciem ich zbroją, autorzy zwrócili się do grupy ryb-gekonów z Madagaskaru. Większość gekonów nie ma kościstej skóry, ale jak sugeruje ich nazwa, gekony rybopochodne są pokryte cienkimi, zachodzącymi na siebie płytkami i, podobnie jak kolczaste myszy, mają niezwykle delikatną skórę, która łuszczy się przy najmniejszej prowokacji.

Według Stanleya osteodermy ryb gekonów i myszy kolczastych prawdopodobnie działały jako rodzaj mechanizmu ucieczki.

„Jeśli drapieżnik ugryzie się w ogon, tarcza może zapobiec zapadnięciu się zębów w tkanki pod spodem, które się nie rozdzielają” – powiedział. Zewnętrzna skóra i jej uzupełnienie kostnej powłoki chowa się od ogona podczas ataku, umożliwiając myszy szybką ucieczkę.

Odniesienie: „Osteosteoklasty w gromadach ssaków kolczastych i niezależna ewolucja tarczy skórnej” Malcolm Madden, Trey Polvador, Aroud Polanco, W. Brad Barbazok i Edward Stanley, 24 maja 2023 r., dostępne tutaj. iScience.
DOI: 10.1016/jisci.2023.106779