Кончик носа многих млекопитающих покрыт безволосной кожей с мелкими канавками. Специалисты называют эту кожу ринарием. В ней много желез, помогающих удерживать влагу. Складки ринария образуют полигональные структуры – почему так происходит, пока не ясно. Чтобы разобраться, европейские ученые смоделировали рост ринария у эмбрионов.
В природе часто можно наблюдать у животных необычные рисунки на теле — например, полоски у зебр или пятна у леопардов.
Существует два способа описания этих явлений. Химический основан на реакционно-диффузных моделях. Алана ТьюрингаВажное звено — сигнальные центры, контролирующие рост клеток. Например, перья птиц, волосы у млекопитающих, чешуя змеиной кожи образуются из плакод — анатомических образований в голове позвоночных.
Второй подход носит механистический характер. Согласно ему, механическое ограничение в развивающейся ткани приводит к образованию различных структур: сетевых, «мозговых», складчатых. С этих позиций описаны многочисленные складчатые структуры в биологии, например мембраны лейкоцитов, стенки дыхательных путей, опухоли. Вдохновляясь живой природой, биоинженеры воспроизвели складчатые структуры в искусственных органах, датчиках.
В швейцарском Университете Женевы под руководством Мишеля Милинковича ученые использовали механистичный подход. морфогенезу, чтобы изучить, как возникает ринарий.
В живой природе много удивительных узоров. Достаточно посмотреть вокруг! Мы это продемонстрировали в новой работе, изучив носы собак, хорьков и коров, покрытых единой сетью полигональных структур. выходом статьи в журнале Current Biology.
У ринария эти животные представляют собой выступающие многоугольники, обрамлённые складками кожи.
Влажный кончик носа захватывает больше молекул воздуха, которые перемещаются в носовую полость и протоки верхнего неба для определения запаха. Ринарий также участвует в терморегуляции, например, грызуны с его помощью охлаждают мозг.
Ученые изучали развитие ринария у эмбрионов с помощью оптогенетики. Получилось выяснить, что полигональная структура кожи носа формируется очень рано, преимущественно самоорганизуясь, но при опоре на механические ограничители в виде базовой сети «жестких» кровеносных сосудов.
Используя двухчастную модель ринария, где многослойная кожа развивается на подложке с сетью сосудов, ученые создали 3D-моделирование и получили полигональные структуры. В результате удалось проследить формирование ринария у собаки и понять общую механику его развития.
Превышенное разрастание базового сосудистого слоя сначала приводит к опуханию эпидермиса. После этого выступающие многоугольники развиваются по периметру сосудов, те оказывают на них механическое давление. В итоге формируется уже не чисто случайный процесс.
Численное моделирование показало, что механические нагрузки, вызванные значительным ростом кожи, исходят от сосудов, расположенных под ней. Эти сосуды действуют как узловые точки. Слои эпидермиса выталкиваются вверх, подобно куполам над жесткими колоннами, — сказал Поль Дагене, автор научной работы.
Исследователи считают, что им впервые удалось описать принцип «механистической позиционной информации» для объяснения формирования структур в период эмбрионального развития. Это позволит в будущем объяснить образование иных биологических структур при наличии кровеносных сосудов.