Саламандры выделяются среди современных четвероногих позвоночных, демонстрируя удивительную способность восстанавливать конечности, хвосты и внутренние органы, которые были повреждены или потеряны из-за многократной ампутации на протяжении всей своей жизни. Механизмы, контролирующие эту высокую регенеративную способность, находятся в центре внимания обширной области исследований, движимых надеждой когда-нибудь применить полученные данные в медицине.Саламандры отличаются не только способностью регенерировать свои конечности, но и тем, как их ноги развиваются на начальном этапе эмбриогенеза. Как правило, развитие конечностей следует очень консервативному процессу у всех четвероногих позвоночных — от лягушек до людей — несмотря на огромное разнообразие форм и функций конечностей позвоночных.
«Саламандры, напротив, формируют свои пальцы в обратном порядке по сравнению со всеми другими четвероногими позвоночными — феномен, который ставит в тупик ученых более века», — сказала доктор Надя Фробиш, первый автор исследования. «Вопрос, который мы хотели решить, заключался в том, связаны ли и как этот другой способ развития конечностей эволюционно с высокими регенеративными способностями».Также замечательны регенеративные способности хвостов саламандры.«В отличие от ящериц, которые обычно могут регенерировать свой хвост только один или два раза и просто заменяют позвоночный столб в хвосте хрящевым стержнем, саламандры регенерируют настоящий хвост, включая позвоночные элементы, нервный позвоночник и связанную с ним мускулатуру», — сказал доктор. Констанца Бикельманн, соавтор исследования.
Не только саламандры?
Классически высокие регенерационные способности саламандр считались чем-то особенным и производным от саламандр. Новые данные из летописи окаменелостей предлагают новый взгляд на эволюцию огромных регенеративных способностей современных саламандр. В своих исследованиях авторы исследовали различные группы амфибий каменноугольного и пермского периодов (около 300 миллионов лет назад) и показали, что различные группы ископаемых четвероногих способны регенерировать свои ноги и хвосты способом, ранее известным только у современных саламандр.«Мы смогли продемонстрировать регенерационные способности, подобные саламандре, в обеих группах окаменелостей, которые развивают свои конечности, как у большинства современных четвероногих позвоночных, а также в группах с обратным паттерном развития конечностей, наблюдаемым у современных саламандр», — сказал доктор.
Дженнифер Олори из Государственного университета Нью-Йорка в Освего, соавтор исследования.Окаменелости, использованные в исследовании, происходят из коллекций ряда музеев естествознания, в том числе Музея мехов Naturkunde в Берлине.
«Земноводные, окаменевшие в прекрасных условиях для сохранения, представлены большим количеством особей и стадий развития», — объясняет Флориан Вицманн из Университета Брауна, соавтор исследования. «Эта необычная летопись окаменелостей позволила детально изучить развитие и регенерацию конечностей».И это привело к важным выводам об эволюции регенерационной способности.
Многие линии могли его потерять.«Летопись окаменелостей показывает, что форма развития конечностей современных саламандр и высокая регенеративная способность не являются чем-то специфическим для саламандр, а, наоборот, были гораздо более распространены и могут даже представлять примитивное состояние для всех четвероногих позвоночных», — говорит Надя Фробиш . «Высокие регенеративные способности были потеряны в эволюционной истории различных ветвей четвероногих, по крайней мере, один раз, но, вероятно, несколько раз независимо друг от друга, среди них также линия, ведущая к млекопитающим».
По словам исследователей, новые результаты удивительны и могут также представлять интерес для биомедицинских исследований, направленных на раскрытие механизмов, ответственных за регенерацию саламандры, поскольку они показывают, что не только специфические для саламандры факторы могут играть роль в высокой регенерационной способности, но и также механизмы, которые несут в себе все наземные позвоночные из-за их общего эволюционного наследия.