Мир полон опасностей, и каждый в нём выживает как может. В ходе эволюции у разных форм жизни развились свои механизмы защиты, обеспечивающие выживание их виду — мимикрия, танатоз и многое другое. Среди всего этого выделяется такой интересный механизм, как аутотомия.
Аутотомия (от греч. autós — «сам» и tomé — «отсечение») — способность животного отбрасывать какую-либо часть своего тела в случае угрозы. Это может быть не только атака хищника, но и, например, прищемление хвоста, а также ухудшение условий окружающей среды. Аутотомия свойственна не только ящерицам, но и многим другим живым организмам. Например иглистым мышам (Acomys dimidiatus) [1], которые в случае опасности способны сбрасывать кожу. Кроме некоторых млекопитающих, а также рептилий и амфибий, аутотомия наблюдается у более чем 200 видов беспозвоночных.
Кажется, что это отличный механизм защиты, ведь организм способен восстанавливать утерянные части тела. В массовой культуре регенерация ящериц обыгрывается в ряде комиксов, мультфильмов и даже фильмов, в основе которых лежит идея о чудесных способностях, полученных благодаря смешению генов людей и рептилий. Однако всё не так просто. Рассмотрим на примере рептилий, что на самом деле стоит за этими красивыми представлениями.
Аутотомия
Скелет ящериц состоит из тазового, поясничного, шейного и плечевого отделов, которые соединяются позвоночником. Уникальность строения скелета состоит в том, что в хвостовых позвонках (на месте будущего разрыва) присутствуют неокостеневающие прослойки. В случае опасности мышцы в хвосте рефлекторно сокращаются, что вызывает разрыв тканей и последующее отделение хвоста. Сокращение мышц также предотвращает излишнюю потерю крови, т.к. перетягивает кровеносные сосуды. 19 декабря 2012 года в журнале PLOS ONE было опубликовано исследование, указывающее на то, что у гекконов есть структурные метки, по которым рвутся хвосты. [2] Иными словами, места разрывов у некоторых видов не являются случайными.
При этом хвосты некоторых видов ящериц могут оторваться в любом из их участков, в зависимости от того, в каких условиях пришлось его отбросить. Таким образом они могут “экономить” энергию на восстановление конечности: необходимости регенерировать целый хвост попросту нет. Если говорить о стрессе, то тут длина отброшенного хвоста также зависит от вида. Например, сцинковый геккон (Teratoscincus scincus) — очень нежное существо, и может отбросить почти весь свой хрупкий хвост при грубом захвате. Со временем он также отрастает.
Лёгкость потери хвоста зависит от среды обитания. Например, в 2009 году в ходе исследования зоологи предположили что в регионах, густо заселённых ядовитыми змеями, ящерицы обладают высокими показателями аутотомии. [3] Это связано с необходимостью быстро сбрасывать отравленные конечности, пока яд не убил жертву. Сложно утверждать, что именно гадюки стали причиной развитой аутотомии, но связь между этим явлением и высокой популяцией этих змей в регионе была установлена.
Аутотомия также происходит и в ходе боёв между самцами. Так, например, геккон-бананоед (Rhacodactylus) и древесный геккон (Hemidactylus leschenaultii) любят в битве оторвать хвост своему сопернику, потому что потерявшие хвосты особи становятся менее привлекательными партнёрами для спаривания. Иногда гекконы поедают оторванные хвосты противников. Североамериканская сцинцелла (Scincella laterale) может вернуться и съесть свой собственный хвост, если хищник им побрезговал.
Как восстанавливается хвост
Процесс регенерации тканей от раневой поверхности называется эпиморфоз. В эпиморфозе выделяют две стадии: регрессивную и прогрессивную.
В регрессивной фазе наблюдается остановка кровотечения и заживление открытой раны. Далее происходит разрушение мягких тканей ниже места ампутации, в разрушенных тканях начинается отёк и воспаление, а также фагоцитоз — процесс, при котором специальные клетки находят и переваривают твёрдые частицы. Закрывший рану эпидермис образует регенерационную бластему, из клеток которой впоследствии и появляется новая конечность. В регрессивной фазе в бластему врастают сосуды и нервные волокна.
В прогрессивной фазе начинается активный рост регенерационной бластемы. Она приобретает коническую форму, а часть её клеток создаёт основу для специализированных клеточных типов, формирующих структуру конечности. Со временем конечность растёт и приобретает нужную форму.
Согласно исследованию 2017 года, у пятнистых эублефаров (Eublepharis macularius) процесс регенерации обусловлен нейральными стволовыми клетками и сигнальными белками, контролирующими их. [4] Они расположены в эпендиме и обычно находятся в состоянии покоя, активируясь только в случае необходимости регенерации тканей. Эти же клетки участвуют в регенерации и у других видов рептилий.
Однако новый хвост практически всегда хуже старого. Дело в том, что стволовые клетки не способны полностью воссоздать хвост рептилии из-за потери ими способности превращаться в особый тип нейронов, в отличие от тех же амфибий. Данный факт был установлен исследованием 2018 года, в ходе которого в повреждённых хвостах рептилий и амфибий стволовые клетки менялись местами. [5] Со временем хвост рептилии начал успешно наращивать кости и нервные клетки, в то время как с хвостом амфибии получился обратный эффект.
В итоге вместо полноценного и очень важного органа у рептилий отрастает “протез” из хрящей и кожи, который зачастую не выполняет большинства своих первоначальных функций. Более, того, акция по отбрасыванию хвоста зачастую единоразовая. Хвост может оборваться только выше предыдущего разрыва, если он не был сорван до основания.
Не все рептилии могут заново отращивать хвосты. Так, например, реснитчатый бананоед (Correlophus ciliatus) не способен отрастить новый хвост взамен старого, и до конца жизни будет вынужден существовать без хвоста. Такие рептилии как игуаны, агамы, вараны и хамелеоны в большинстве своём вообще не способны отбрасывать хвосты.
Интересно то, что у ящериц вместо одного может отрастать несколько хвостов, начина(ющихся) от места разрыва. Этот феномен связан с появлением и ростом новых хрящей, которых может быть разное количество. [6] Самое частое явление — это двухвостые ящерицы, но в 2015 году было проведено исследование, в ходе которого учёные обнаружили чёрно-белого тегу (Salvator merianae) с шестью хвостами на месте старого обрубка. [7] Аутотомия может начаться и при неполном отрыве хвоста. В случаях, когда произошёл надрыв, но рептилии посчастливилось оставить хвост при себе, он не только заживал, но и отращивал новые на месте надрыва.
Плюсы и минусы аутотомии
Несомненным преимуществом данной способности становится тот факт, что рептилии могут воспользоваться воспроизводимой частью тела для спасения собственной жизни. Также аутотомия — механизм не только защиты, но и предупреждения. У сцинковых гекконов (Teratoscincus scincus) отброшенный хвост извивается и издаёт шипяще-шуршащие звуки, что предупреждает находящихся рядом особей об опасности. Это также может привести к тому, что и другие гекконы в испуге станут отбрасывать хвосты, оставив хищникам приманку в виде извивающегося хвоста. Кроме того, после аутотомии у ящерицы значительно увеличивается скорость бега. Поэтому если приманка не срабатывает, высокая скорость бега оказывает дополнительное преимущество.
К сожалению, у этого механизма довольно обширный список негативных эффектов, который он оставляет после себя. Разберём эти моменты подробнее.
— Новый хвост хуже старого, или вообще не отрастает. Это говорит о том, что ящерицы либо полностью теряют полезные функции данной конечности, либо получают их обратно в неполном объёме. Зачастую новый хвост представляет из себя набор хрящей и кожи с жиром.
— У многих видов рептилий хвост является “кладовой” для запасов жира, а это в среднем более 50% от запасов всего организма. Теряя хвост, ящерица лишается этих запасов и, кроме необходимости затрачивать ресурсы на отращивание нового хвоста, ей придётся заново восстанавливать эти запасы. Если потеря хвоста случилась в условиях дефицита ресурсов или перед спячкой, высока вероятность того, что рептилия погибнет от недостатка питания.
— Рептилии используют хвост для коммуникации друг с другом. Например, они сигнализируют об опасности а также широко используются в брачном поведении. Поэтому, как уже было указано ранее, гекконам выгодно отрывать и поедать питательные хвосты соперников. Потеря хвоста резко понижает социальный статус особи не только из-за частичной потери возможности социальной коммуникации, но и времененной или полной потери размера, что у многих животных является определяющим факторов в битвах за ступени социальной лестницы. Такие рептилии могут быть полностью изгнаны за пределы мест охоты и отдыха местных особей.
— Потеря хвоста может влиять на локомоцию рептилии. Это связано с наличием у них бедренно-хвостовых мускулов, которые могут крепиться очень близко к областям, подверженным локомоции, и повреждаться в процессе отрыва. Впоследствии это негативно сказывается на возможности ящерицы бегать. Кроме этого рептилиям либо становятся недоступными, либо значительно затрудняются такие виды движения как прыжки, плавание, бег на задних лапах и всё, что практически невозможно совершить без хвоста. При отрастании нескольких хвостов вместо одного ухудшается манёвренность, увеличивается вес ящерицы и снижается скорость, что напрямую влияет на её выживание в окружающей среде.
Так что в итоге?
Аутотомия — в критических ситуациях очень полезный и эффективный инструмент для выживания. Однако для ящериц он грозит либо полной потерей конечности, либо получением конечности худшего качества, либо голодной смерти из-за тяжелой ситуации в окружающей среде. Процесс регенерации очень сложный, занимает не меньше месяца и всегда наносит тяжелый удар не только по здоровью особи, но и по её социальному положению. Это может грозить полным изгнанием из привычного ареала обитания, невозможностью вступать в битвы за самок и дажегибелью. Процесс аутотомии и регенерации несовершенный и грозит некоторыми побочными эффектами, например, отрастанием нескольких конечностей вместо одной. При аутотомии также страдает локомоция особи, что делает её более уязвимой для хищников и своих же сородичей.
У такого навыка для рептилий только одна польза — сохранение жизни. Но и это не всегда удаётся даже без дальнейшего участия хищников. Рептилии очень неохотно расстаются со своими хвостами. Безусловно, существуют довольно пугливые особи, отбрасывающие хвост при небольших стрессах, но их довольно мало среди всего разнообразия видов.
Автор: Екатерина Хананова.
Научный консультант и автор фотографий: Андрей Львович Затока, зоолог и специалист по экзотическим животным, хранитель зоодома “Кобры-Мобры”.
Редактор: Дарья Кустовская.