Функционирует при финансовой поддержке Федерального агентства по печати и массовым коммуникациям (Роспечать)

Безлегочные саламандры обзавелись быстрым языком

Безлегочная саламандра Hydromantes platycephalus выбрасывает язык для поимки добычи

Stephen M. Deban et al. / Proceedings of the National Academy of Sciences, 2020

Безлегочные саламандры научились молниеносно выбрасывать язык при ловле добычи благодаря нескольким изменениям строения этого органа, которые возникали несколько раз в разных систематических группах, сообщается в Proceedings of the National Academy of Sciences. Они касаются связей мышц языка и его скелетных элементов, формы этих элементов и расположения соединительной ткани между мускулами. В результате эти холоднокровные животные добавили в свой арсенал крайне быстрое движение, чья эффективность не падает при низкой температуре окружающей среды.

Представители семейства безлегочных саламандр (Plethodontidae) отличаются от многих других амфибий тем, что у них нет легких (поэтому они дышат только кожей и слизистой ротовой полости) и отсутствует личиночная стадия. Как и прочие земноводные, они не способны поддерживать постоянную температуру тела: она у безлегочных саламандр зависит от окружающей среды. С одной стороны, это «разрешает» им иметь медленный метаболизм. С другой стороны, при ловле добычи их язык далеко выстреливает с огромной скоростью, обычно не свойственной животным с низкой интенсивностью обмена веществ.

Известно, что быстроту языку безлегочных саламандр обеспечивает то, что он двигается с упругим отскоком, как тетива лука или пружина, а не благодаря «классическому» сокращению-расслаблению мышечных волокон. В работу при этом помимо мускулов языка вовлекаются близлежащие соединительные ткани. Однако эволюционные изменения, которые произошли в ходе формирования такой системы у этих амфибий, практически не изучали.

Поэтому биологи из Университета Южной Флориды и Университета штата Калифорния в Станислаус во главе со Стефеном Дебаном (Stephen Deban) проанализировали данные записи электрической активности мышц языка и видео, на которых особи девяти разных видов саламандр (не только из семейства безлегочных) выбрасывают язык. Исследователи определили скорость движений этого органа при разных температурах, а также сравнили его внутреннее строение у саламандр с разным механизмом выбрасывания языка. Зоологи учитывали систематическое положение каждого из видов, данные по которым они рассматривали.

Анализ показал, что быстрое баллистическое выбрасывание языка возникало в двух подсемействах (Plethodontinae
и Hemidactylinae) в составе семейства безлегочных саламандр независимо два или три раза. Изначально Plethodontidae использовали только мышечную силу, чтобы выстрелить языком. Затем в основных мышцах этого органа появились апоневрозы — сухожильные пластинки из коллагена, которые подобно пружинам стали накапливать в себе энергию мускулов и могли быстро высвобождать ее при необходимости. Поэтому удельная мощность, с которой выбрасывают язык многие безлегочные саламандры (десятки тысяч ватт на килограмм), многократно превосходит ту, которую способны обеспечить мышечные волокна (сотни ватт на килограмм). Кроме того, у безлегочных эффективность этого процесса практически не зависит от температуры окружающей среды.

Однако возвращение языка в ротовую полость происходит у всех исследованных видов гораздо медленнее, и его скорость заметно падает, если животное находится в прохладном помещении (12 градусов), а не в тепле (24 градуса). Интересно, что у видов с баллистическим движением языка мышцы, которые выбрасывают орган наружу, активируеются задолго (300 миллисекунд) до начала движения и существенно раньше, чем мускулы, возвращающие орган. У тех саламандр, язык которых двигается за счет мускулов без апоневрозов, они активируются всего за 60 миллисекунд до начала движения.

Авторы пришли к выводу, что баллистические движения языка обеспечиваются тремя особенностями анатомии органа, которые не встречаются по отдельности. Это потеря связей волокон мышц, которые обеспечивают выбрасывание языка, с его скелетными элементами, изменение формы этих элементов (они становятся круглее в сечении) и расположение коллагеновых апоневрозов. Вероятно, промежуточные варианты строения, когда у амфибии присутствовали лишь некоторые из этих признаков, не давали значимых преимуществ своим обладателям и поэтому не закреплялись.

Амфибии — весьма разнообразная группа, и ее представители порой обладают необычными чертами. Так, ряд земноводных умеет флуоресцировать (сначала это свойство обнаружили у квакши Hypsiboas punctatus). Также среди амфибий встречаются виды-клептоны, которые «украли» часть генов у представителей других видов и не могут размножаться без их участия. Еще они легко образуют гибриды. Поэтому нередко виды, которые раньше считались одним, оказывается правильнее разделить на несколько (так произошло с китайской исполинской саламандрой), и наоборот.

Светлана Ястребова

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.