الدرع السري للجرذان الأفريقية الشوكية

على عكس التماسيح والسلاحف والسحالي والديناصورات والأسماك التي لها صفائح وقشور عظمية ، استبدلت الثدييات منذ فترة طويلة درع أسلافها بطبقة واقية من الشعر.

يُعتقد أن أرماديلوس هو الشذوذ الوحيد الحي ، حيث تتداخل قوقعته الدفاعية والمرنة. ومع ذلك ، نشرت دراسة جديدة في المجلة علوم بشكل غير متوقع ، أظهر أن الفئران الشوكية الأفريقية تطور هياكل مماثلة تحت جلد ذيولها ، والتي لم يتم اكتشافها من قبل.

تم الاكتشاف أثناء الفحص الروتيني بالأشعة المقطعية لعينات المتاحف لمشروع OpenVertebrate ، وهي مبادرة لتقديم نماذج ثلاثية الأبعاد للفقاريات للباحثين والمعلمين والفنانين.

قال إدوارد ستانلي ، مدير مختبر التصوير الرقمي في متحف فلوريدا للتاريخ الطبيعي: “كنت أقوم بمسح عينة فأر من متحف ييل بيبودي وبدت ذيولها مظلمة بشكل غير عادي”.

افترض في البداية أن اللون ناتج عن عيب حدث أثناء حفظ العينة. ولكن عندما قام بتحليل الأشعة السينية بعد عدة أيام ، لاحظ ستانلي ميزة غريبة كانت مألوفة له.

“ركزت رسالة الدكتوراه بأكملها على تطور الجلد العظمي في السحالي. وبمجرد معالجة مسح العينات ، كان الذيل مغطى بوضوح بجلد عظمي.

لوحظت الجلد العظمي للجرذان الشوكية مرة واحدة على الأقل ولاحظها عالم الأحياء الألماني يوخن نيتهامر ، الذي قارن في مقال بنيتهما المعمارية بالأعمال الحجرية في العصور الوسطى. نُشر عام 1975. فسر نيتهامر الصفائح بشكل صحيح على أنها نوع من العظام ، لكن ملاحظاته الأولية لم يتم متابعتها أبدًا ، وذهبت المجموعة دون أن يلاحظها أحد لعقود – حتى اكتشف العلماء خصوصية قارض شوكي آخر.

أ الدراسة منذ عام 2012 يمكن للفئران الشوكية التي أثبتت جدواها أن تجدد الأنسجة المصابة تمامًا دون تندب ، وهي قدرة شائعة في الزواحف والبرمائيات. اللافقاريات لكنها لم تكن معروفة من قبل في الثدييات. جلدهم هش بشكل خاص ، ويمزق جلد الفئران النموذجي بحوالي ربع القوة المطلوبة لإصابته. لكن الفئران الشوكية تلتئم أسرع بمرتين من شفاء أبناء عمومتها.

بدأ الباحثون في رسم خرائط المسارات الجينية التي تمنح الفئران الشوكية قوى الشفاء غير العادية على أمل العثور على نموذج لتجديد الأنسجة البشرية. أحد هؤلاء الباحثين ، مالكولم مادن ، كان لديه مختبر في المبنى المقابل لمكتب ستانلي.

قال مادن ، أستاذ علم الأحياء: “الفئران الشوكية يمكنها تجديد الجلد والعضلات والأعصاب والحبل الشوكي وربما أنسجة القلب ، لذلك نحتفظ بمستعمرة من هذه الأنواع النادرة للبحث”. جامعة فلوريدا والمؤلف الرئيسي للدراسة.

درس مادن وزملاؤه تطور الجلد العظمي للفئران الشوكية ، والتي كانت في الواقع مشابهة للأرماديلوس ، لكنها على الأرجح تطورت بشكل مستقل. تختلف الجلد العظمي عن قشور البنغول أو ريشات القنافذ والشيهم ، والتي تتكون من الكيراتين ، وهو نفس النسيج الذي يتكون منه الشعر والجلد والأظافر.

هناك أربعة أجناس من الفئران الشوكية ، تنتمي جميعها إلى فصيلة ديوميناي. ومع ذلك ، بصرف النظر عن أوجه التشابه بينهما الحمض النووي وربما شكل أسنانهم ، لم يتمكن العلماء من العثور على ميزة للمشاركة صِنف يميز هذه المجموعة عن القوارض الأخرى.

قام ستانلي ، الذي يشك في أن اختلافاتهم قد تكون عميقة فقط ، بمسح عينات متحف إضافية من جميع الأنواع الأربعة. في كل منها ، وجد Spiney ذيول الفئران مغلفة بغمد عظمي واحد. أقرب أقارب Deomyinae – الجربوع – يفتقرون إلى الجلد العظمي ، مما يعني أن هذه السمة قد تطورت مرة واحدة فقط في سلف القوارض الشوكية المتباينة سابقًا.

يشير وجود جلود العظام في كل مكان في المجموعة إلى أنها تؤدي وظيفة وقائية مهمة. ومع ذلك ، ليس من الواضح على الفور ما يمكن أن تكون عليه هذه الوظيفة ، بسبب خاصية أخرى غريبة للفئران الشوكية: ذيولها غير قابلة للفك بشكل غير طبيعي. يعد فقدان الذيل شائعًا جدًا في بعض أنواع الفئران الشوكية لدرجة أن ما يقرب من نصف الأفراد في مجموعة سكانية معينة يفتقرون إليها في البرية.

قال ستانلي: “لقد كان خدشًا حقيقيًا للرأس”. تشتهر الفئران الشوكية بقدرتها على تقشير ذيولها ، مما يعني أن الطبقة الخارجية من الجلد تتقشر ، تاركة وراءها العضلات والعظام. وعندما يحدث هذا ، غالبًا ما يمضغ الأفراد بقية الذيل.

على الرغم من قدرتها على التجدد ، فإن ذيل الذيل خدعة لا يمكن للفئران الشوكية أن تؤديها إلا مرة واحدة. على عكس بعض السحالي ، لا يمكن إعادة نمو ذيولها ، ولا يمكن فصل كل جزء من الذيل بسهولة.

لمعرفة السبب الذي يجعل القوارض التي تبدو متناقضة بشأن الاحتفاظ بذيولها تواجه مشكلة في إخفائها في الدروع ، لجأ المؤلفون إلى مجموعة من أبو بريص حكاية سمكية غريبة مماثلة من مدغشقر. معظم الأبراص لا تحتوي على جلود عظمية ، ولكن كما يوحي اسمها ، فإن أبو بريص قصة الأسماك مغطاة بألواح رفيعة ومتداخلة ، ومثل الفئران الشوكية ، لديها جلد هش للغاية يتقشر عند أدنى استفزاز.

وفقًا لستانلي ، قد تعمل الجلد العظمي في أبو بريص في قصة الأسماك والفئران الشوكية كنوع من آلية الهروب.

وقال: “إذا عض حيوان مفترس ذيله ، يمكن للدرع أن يمنع الأسنان من الغرق في النسيج الأساسي ولن ينفصل”. ينسحب الجلد الخارجي والطلاء العظمي بعيدًا عن الذيل عند مهاجمته ، مما يتيح للفأر الهروب بسرعة.

ملاحظة: مالكولم مادن ، وتري بولفاتور ، وأرود بولانكو ، و. براد بارباسوك وإدوارد ستانلي ، 24 مايو 2023 ، “العظام في الفأر الشائك للثدييات والتطور المستقل للدرع الجلدي.” علوم.
DOI: 10.1016 / j.isci.2023.106779