Ученые объяснили, почему у собак рельефные носы

Для понимания процессов, происходящих в животном мире, европейские ученые провели исследование, в ходе которого смоделировали рост ринария у эмбрионов.

Это позволило им лучше понять, как формируются сложные узоры на коже животных, такие как полосы у зебры или пятна у леопарда.

Одним из ключевых аспектов, влияющих на формирование этих узоров, являются сигнальные центры, которые регулируют рост клеток. Эти центры играют важную роль в развитии различных анатомических структур, таких как перья птиц, волосы у млекопитающих или чешуя змеиной кожи.

Существует два основных подхода к описанию процессов формирования узоров на коже животных. Один из них — химический подход, который основан на реакционно-диффузных моделях, предложенных Аланом Тьюрингом. Этот подход помогает ученым лучше понять, каким образом узоры формируются на эмбриональной стадии развития и какие факторы влияют на их образование.

Ученые во главе с Мишелем Милинковичем из Университета Женевы (Швейцария) применили механистический подход к морфогенезу, чтобы изучить, как возникает ринарий. Этот подход основан на предположении, что механическое ограничение в растущей ткани может привести к образованию различных структур, таких как сетевые, «мозговые» и складчатые.

Именно изучая эти механизмы, ученые смогли описать множество складчатых структур в биологии, включая мембраны лейкоцитов, стенки дыхательных путей и опухоли. Наблюдая за живой природой, биоинженеры научились повторять складчатые структуры в созданных ими искусственных органах и датчиках.

Механистический подход к морфогенезу открывает новые возможности для понимания процессов формирования органов и тканей в природе, а также для создания инновационных решений в области биоинженерии. Важно продолжать исследования в этом направлении, чтобы расширить наши знания о том, как природа использует механические принципы для создания сложных структур.

В поисках удивительных узоров в природе, мы обратили внимание на носы собак, хорьков и коров, которые покрыты уникальной сетью полигональных структур. Эти животные стали объектом нашего исследования, и мы обнаружили, что ринарий играет ключевую роль в их обонянии.

Профессор Милинкович подчеркнул важность изучения этой особенности животных, отметив, что ринарий представляет собой выступающие многоугольники, окруженные эпидермальными складками. Этот элемент анатомии собак имеет значительное значение для их способности обнаруживать запахи и ориентироваться в окружающем мире.

Наша работа, опубликованная в журнале Current Biology, раскрывает удивительную структуру ринария этих животных и подчеркивает его функциональную значимость. Исследование позволяет лучше понять, как эволюция сформировала такие уникальные черты у различных видов животных и как они помогают им выживать в своей среде.

Исследователи углубились в изучение ринария у эмбрионов, применяя методы оптогенетики для визуализации процесса. Оказалось, что полигональная структура кожи носа начинает формироваться на очень ранних стадиях развития, причем этот процесс в значительной степени самоорганизующийся. Важную роль в этом играют механические ограничители в виде базовой сети "жестких" кровеносных сосудов.

Кроме того, ринарий участвует в терморегуляции, что особенно заметно у грызунов, которые используют его для охлаждения мозга. Этот орган также играет ключевую роль в процессе распознавания запахов, так как кончик носа всегда увлажнен, что способствует проникновению молекул из воздуха в носовую полость для последующего анализа.

При изучении структуры ринария у эмбрионов было обнаружено, что его развитие начинается на очень раннем этапе и в значительной степени зависит от самоорганизации. Однако, существует определенная поддержка этого процесса со стороны механических ограничителей, таких как базовая сеть "жестких" кровеносных сосудов.

Экспериментальные исследования с использованием двухчастной модели ринария позволили ученым создать 3D-модели с характерными полигональными структурами. Этот подход помог проследить процесс формирования ринария у собак и раскрыть его общую механику.

По мере развития ринария происходит чрезмерный рост базального сосудистого слоя, что приводит к пучению эпидермиса. Затем многоугольники начинают расти вдоль сосудов, которые их механически ограничивают, делая процесс более упорядоченным.

Важным выводом исследования является то, что механические нагрузки, возникающие в результате интенсивного роста эпидермиса, передаются от кровеносных сосудов. Эти точки становятся своеобразными узлами, где слои эпидермиса выступают вверх, образуя куполообразные структуры над жесткими колоннами. Как пояснил первый автор исследования Поль Дагене, данное численное моделирование позволяет лучше понять взаимосвязь между механикой и формированием ринария у животных.

Исследователи выявили новый принцип, который они назвали «механистической позиционной информацией», и который помогает понять, как формируются структуры в процессе эмбрионального развития. Этот принцип открывает новые перспективы для изучения образования различных биологических структур, особенно в контексте наличия кровеносных сосудов.

Интересно, что исследователи обнаружили, что механизмы позиционной информации играют ключевую роль не только в формировании структур во время эмбрионального развития, но и в последующем образовании тканей и органов у взрослых организмов.

Это открытие может привести к разработке новых методов лечения и регенерации тканей, основанных на понимании механизмов формирования структур и их взаимосвязи с кровеносными сосудами.

Источник и фото - ecoportal.su