На первый взгляд кожа позвоночных кажется изученной со всех сторон, но недавнее исследование Университета Женевы предлагает радикально иной взгляд. Учёные обнаружили, что голова черепах покрыта чешуёй, формирующейся сразу двумя принципиально различными способами — через генетически заданные процессы и под действием чисто физических сил. Такое сочетание до сих пор не фиксировалось ни у одного другого вида позвоночных.
У большинства животных кожные образования — будь то волосы, перья или чешуя — развиваются из специализированных участков эпителия, известных как плакоды. Эти структуры возникают под действием молекулярных сигналов и запускают сложный каскад клеточных взаимодействий. Однако у крокодилов, как было показано в более ранней работе того же коллектива, кожа головы принимает характерный рельеф из-за механического натяжения — без участия плакод и без включения генов, управляющих морфогенезом.
Так же у и черепах по краям головы активируются гены, характерные для развития плакод, в результате чего возникают симметричные и строго организованные участки чешуи. Здесь всё происходит по известной биологам схеме: сигнальные молекулы управляют делением клеток и формированием рельефа. Эти зоны можно считать типичным примером молекулярно-генетического контроля морфогенеза.
А вот верхняя часть головы ведёт себя совершенно иначе: в этих областях отсутствуют признаки плакодной активности. Визуальные и вычислительные методы показали, что кожа там натягивается над развивающейся костной тканью, которая растёт медленнее. Из-за этого на поверхности возникают складки, из которых со временем и формируются чешуйчатые узоры.
Для проверки гипотезы команда применила 3D-светолистовую микроскопию и компьютерное моделирование. Результаты подтвердили: физические силы, вызванные разной скоростью роста тканей, действительно способны создавать устойчивые и предсказуемые геометрические рисунки. И деформации подчиняются определённой логике и воспроизводимы на множестве образцов.
По словам Рори Купера, одного из авторов, именно механическая природа объясняет асимметрию и неровность форм в верхней части головы. Его коллега Эбрахим Джаханбахш добавил, что рисунок чешуи может варьироваться не только между особями, но даже между сторонами одной головы — столь высока индивидуальная пластичность системы.
С точки зрения эволюции это наблюдение особенно важно. Все представители отряда Testudinata, включая сухопутных и морских черепах, составляют ближайшую линию родства с крокодилами и птицами. То, что два из трёх этих классов сохранили механический способ формирования чешуи, указывает на его древнее происхождение. Возможно, он существовал ещё у предков динозавров.
Милинкович подчёркивает, что речь идёт не об исключении или случайной адаптации, а об унаследованной и впоследствии частично утраченной стратегии. Птицы, судя по всему, полностью перешли к молекулярно управляемой системе формирования кожи, отказавшись от механической составляющей. Черепахи же по стечению обстоятельств сохранили обе, тем самым став уникальной моделью для изучения разнообразия механизмов развития.
Другими словами, если ранее сложные узоры на окаменелостях считались следствием исключительно генетического контроля, то теперь не исключено, что многие из них возникли в результате распределения механических напряжений в растущих тканях.
За пределами академической науки открытие имеет прикладной потенциал. В области биомиметики , где изучают принципы природных решений для создания технологических инноваций, подобные механизмы открывают путь к проектированию гибких, самоформирующихся материалов. А в регенеративной медицине они могут использоваться для моделирования роста тканей или контроля за восстановлением кожи после повреждений.
Когда в следующий раз будете наблюдать за забавной черепашкой в зоопарке, подумайте о том, что её чешуя — это не просто элемент защиты, но и застывшая летопись, написанная одновременно генами и нелегкой борьбой за выживание.