Иглистые мыши обзавелись бронированными хвостами

Зоологи выяснили, что у иглистых мышей и представителей еще трех близких родов грызунов в коже хвоста есть остеодермы — кожные окостенения. Такие структуры встречаются у многих рептилий, например, крокодилов и черепах, однако среди современных млекопитающих они до сих пор были известны только у броненосцев. Судя по всему, остеодермы служат грызунам для защиты. Если хищник схватит иглистую мышь за хвост, та сбросит с него кожу как чулок и убежит. Окостенения в коже делают эту стратегию эффективнее, гарантируя, что враг не сможет вонзить зубы в более глубокие, неотслаивающиеся ткани. Результаты исследования опубликованы в статье для журнала iScience.

Остеодермами называют окостенения, расположенные в коже некоторых позвоночных. Как правило, это небольшие образования уплощенной формы, которые выполняют защитную функцию. В некоторых случаях они даже срастаются между собой, образуя полноценный панцирь. Предполагается, что остеодермы независимо возникали в разных эволюционных линиях амниот по меньшей мере девятнадцать раз. Особенно часто они встречаются у рептилий. Например, остеодермы подстилают роговые щитки крокодилов и черепах и чешуи некоторых ящериц. При этом у птиц таких структур нет, а среди ныне живущих млекопитающих ими обладают только броненосцы (Cingulata), у которых остеодермы формируют панцирь (некоторые авторы также относят к остеодермам костную основу рогов парнокопытных).

Команда зоологов под руководством Малкольма Мадена (Malcolm Maden) из Флоридского университета описала еще один пример остеодерм у современных млекопитающих. В центре внимания исследователей оказались грызуны из подсемейства Deomyinae: иглистые мыши (Acomys), жесткошерстные мыши (Lophuromys), конголезские мыши (Deomys) и крупнозубые мыши (Uranomys). Они распространены в Африке, на Ближнем Востоке и островах Средиземноморья.

Изучив музейные образцы иглистых мышей и их сородичей с помощью компьютерной томографии, Маден и его соавторы обнаружили в их хвостах необычные структуры — расположенные в дерме перекрывающиеся окостенения, по форме напоминающие черепицу. Они охватывают весь хвост, формируя ряды окружающих позвонки и спинной мозг колец, в каждом из которых по восемь-одиннадцать отдельных окостенений. Окостенения, расположенные недалеко от тела, по плотности не уступают костям, а те, что расположены ближе к концу хвоста, намного менее плотные. По форме и строению эти структуры очень напоминают остеодермы на спинах броненосцев и на хвостах ящериц елгарий (Elgaria hosmeri). Сопоставив все полученные сведения, авторы пришли к выводу, что окостенения, расположенные в хвостах грызунов из подсемейства Deomyinae, можно считать остеодермами.

В остеодермах взрослых иглистых мышей есть лакуны, внутри которых находятся остеоциты. Кроме того, через окостенения проходят нервно-сосудистые каналы с капиллярами в них. Дорсальная поверхность каждой остеодермы примыкает к эпидермису, от которого ее отделяет слой дермы толщиной в три-четыре клетки. А вентральная поверхность окостенений погружена в соединительную ткань или соприкасается с жировой тканью. При этом между остеодермами располагаются волосяные фолликулы, а из под каждой пластинки выходит по три волоска.

На следующем этапе Маден с коллегами отсканировали несколько иглистых мышат разного возраста и изучили срезы их хвостов. Оказалось, что новорожденных грызунов остеодермы присутствуют только у основания и в средней части хвоста. Лишь к шестинедельному возрасту, при приближении к половой зрелости, окостенения появляются на конце хвоста, сначала в виде тонких пластинок.

Каждое кольцо остеодерм начинает формироваться с дорсальной части хвоста. Здесь закладываются первые окостенения — а затем они распространяются на вентральную сторону. При этом формирование каждой остеодермы начинается с нескольких лежащих под эпидермисом фибробластоподобных клеток, которые дифференцируются в остеобласты. Затем отдельные остеобласты собираются и синтезируют костный матрикс, в конце концов создавая плоскую пластинку с остеоцитами внутри. Похожим образом формируются остеодермы броненосцев.

Чтобы установить молекулярные механизмы, стоящие за образованием остеодерм, исследователи провели транскриптомный анализ образцов, взятых из проксимальной, средней и дистальной частей хвоста новорожденных иглистых мышей. Оказалось, что в мышином хвосте постепенно, от основания к кончику, идет переход от формирования волос к развитию костей. Среди двадцати генов, активность которых в наибольшей степени подавлена в проксимальной части хвоста, шестнадцать отвечают за рост волос и производство кератина. А среди двадцати генов, экспрессия которых особенно повышена в этой части хвоста, двенадцать связаны с ростом костей. Дополнительный анализ сигнальных путей показал, что в проксимальной части хвоста активно идут дифференциация остеобластов, дифференциация соединительной ткани и минерализация костей.

Для чего иглистым мышам и их сородичам нужны остеодермы в хвосте, пока не до конца понятно. Авторы предполагают, что это может быть связано с их защитным механизмом. Если схватить иглистую мышь за хвост, кожа с него слезет как чулок. Эта кожа останется в пасти хищника — а грызун сможет убежать. Остеодермы, возможно, делают эту стратегию более эффективной, гарантируя, что хищник не сможет проткнуть кожу и вонзить зубы в более глубокие ткани, которые уже не отслаиваются. Похожую функцию выполняют окостенения в коже мадагаскарских крупночешуйчатых гекконов (Geckolepis).

Маден и его соавторы отмечают, что до сих пор изучать клеточные и молекулярные механизмы, которые отвечают за формирование остеодерм, было непросто. Дело в том, что известные ранее животные с такими окостенениями не слишком хорошо подходят для содержания в неволе и довольно медленно размножаются. Однако иглистые мыши лишены этих недостатков, так что могут стать идеальной лабораторной моделью для изучения остеодерм.

Один из видов рептилий с хорошо развитыми остеодермами — комодский варан (Varanus komodoensis). У взрослых особей этого вида костные пластинки в коже головы образуют настоящую кольчугу, которая служит для защиты от сородичей.