Cum își păstrează șopârlele cozile detașabile să nu cadă

Șopârlele sunt faimoase pentru că își pierd cozile, dar poate că întrebarea cea mai importantă ar trebui să fie: Cum își păstrează cozile? Răspunsul ar putea să se afle în designul intern al apendicelui. O structură de dinți, micropilare și nanopori ține coada unei șopârle suficient de strânsă pentru a face față celor mai multe zdruncinături, rămânând în același timp pregătită să renunțe la coadă în caz de urgență, raportează cercetătorii în revista 18 februarie. Science.

Autoamputarea sau autotomia unui membru este o strategie de apărare comună în regnul animal, inclusiv pentru multe specii de șopârle (SN: 3/8/21). Dar este un plan riscant: Un membru detașabil aduce cu sine un risc crescut de pierdere accidentală în urma unor mici lovituri și piedici. „Trebuie găsită cantitatea potrivită de fixare, astfel încât să nu se desprindă ușor. Dar ar trebui, de asemenea, să se desprindă ori de câte ori este nevoie”, spune Yong-Ak Song, bioinginer la Universitatea New York Abu Dhabi din Emiratele Arabe Unite. „Este un echilibru fin”.

Coada unei șopârle este formată dintr-o serie de segmente care se conectează într-un rând ca niște fișe în prize. Coada se poate rupe de-a lungul oricăruia dintre aceste puncte, numite planuri de fractură, în funcție de cât de mult din coadă trebuie să sacrifice șopârla. Între fiecare segment, pintenii – opt mănunchiuri de mușchi în formă de con dispuse în cerc – se potrivesc perfect în prizele corespunzătoare, formate din pereți relativ netezi. La rândul său, fiecare pronaș este acoperit de o pădure de proeminențe, sau micropilare, care seamănă cu ciuperci minuscule.

imagine a unei șopârle cu o diagramă de aproape a planului de fractură al cozii și a structurilor micronano din interiorul cozii
Punctele de conectare cu fișă și mufă, sau planurile de fractură, dintre fiecare segment al cozii unei șopârle (unul dintre acestea este ilustrat în cerc) sunt puncte slabe care sunt susceptibile de rupturi accidentale. Șopârlele capabile să își lase coada să cadă au dezvoltat o structură complexă de caracteristici de dimensiuni micro și nanometrice care ajută coada să reziste în timpul unor lovituri minore și a unor lovituri.Shiji Ulleri/Wise Monkeys PhotographyPunctele de conectare cu fișă și mufă, sau planurile de fractură, dintre fiecare segment al cozii unei șopârle (unul dintre ele este ilustrat în cerc) sunt puncte slabe, susceptibile de rupturi accidentale. Șopârlele capabile să își lase coada să cadă au dezvoltat o structură complexă de caracteristici de dimensiuni micro și nanometrice care ajută coada să reziste în timpul unor lovituri minore și a unor buclucuri.Shiji Ulleri/Wise Monkeys Photography

Pentru a descoperi funcția acestei structuri, Song și colegii săi au amputat mai întâi cozile de la trei specii de șopârle cu o smucitură ușoară și apoi au analizat apendicele rupte la un microscop electronic de scanare. Zoomul asupra protuberanțelor asemănătoare ciupercilor a dezvăluit că fiecare dintre ele este împânzită de găuri, sau nanopori.

imagini la microscop ale fasciculelor musculare din coada șopârlei și ale nanoporilor
Fiecare segment de-a lungul cozii unei șopârle conține opt mănunchiuri de mușchi în formă de con (stânga) care funcționează ca un dop pentru o priză. Zoomarea pe o coadă dezvăluie un peisaj de micropilare în formă de ciuperci acoperite de nanopori (dreapta).Navajit S. Baban/Universitatea New York Abu Dhabi

Cercetătorii au observat, de asemenea, amprente ușoare în pereții interiori ai soclului lăsate de micropilierii din pricina pricinii, ca niște degete presate ușor în lut. Acest lucru a venit ca o surpriză: Ei se așteptau ca micropilierii să se întrepătrundă complet în interiorul soclului, mai mult ca Velcro. În schimb, micropilierii cu pojghițe nu ofereau nicio aderență suplimentară care să fixeze coada de proprietarul ei.

Suspectând că micropilarele pătate de nanopori trebuie să joace un alt rol, echipa a construit o replică a cozii de șopârlă din polidimetilsiloxan, un material cauciucat, asemănător cărnii, pentru a imita separarea cozii de corp. Acest lucru le-a permis cercetătorilor să examineze forțele care acționează în timpul amputării cozii. Aceștia au descoperit că crevasele adânci dintre micropilare, împreună cu gropile mai mici de pe suprafața micropilarelor, încetinesc răspândirea unei fracturi inițiale.

imaginea la microscop a unui segment de coadă de șopârlă și un prim-plan al pereților soclului
Pentru a conecta segmentele cozii între ele, pintenii se potrivesc perfect în muchiile corespunzătoare (cum ar fi adâncitura umbrită din partea de sus a imaginii din stânga). Pereții interiori ai soclurilor (prim-planul prezentat în dreapta) sunt relativ netezi, cu amprente ușoare acolo unde micropilierii în formă de ciupercă apasă pe pereți. Acest lucru indică faptul că micropilierii nu se întrepătrund cu pereții soclurilor, astfel încât nu contribuie la aderența pintenului. Navajit S. Baban/Universitatea New York Abu Dhabi

„Dacă există o fisură care intră și întâlnește un por, care este un gol, atunci fisura este oprită și atunci pierde energie pentru a se propaga”, spune Song. Cu alte cuvinte, începutul unei fracturi poate fi oprit în calea sa. Fiecare crestătură și canelură ajută: Micropunctele cu nanopori au îmbunătățit aderența de 15 ori mai mult decât pintenii netezi fără micropunctele și puțin mai mult decât micropunctele fără nanopori. Structura ierarhică a pricinilor, pilonilor și porilor realizează un echilibru pe care Song îl descrie ca fiind un exemplu frumos al principiului Goldilocks: nici prea strâns, nici prea liber.

Această adaptare este importantă pentru șopârle pentru a-și optimiza supraviețuirea. În timp ce autotomia ajută șopârla să nu devină prânz, este un mecanism de apărare costisitor care afectează capacitatea șopârlei de a alerga, de a sări, de a se împerechea și de a scăpa de viitorii prădători (SN: 1/5/12). Așadar, este important ca șopârla să-și abandoneze membrul doar atunci când este necesar.

Acest sistem complicat conceput este un exemplu perfect al modului în care evoluția poate lucra continuu asupra unui lucru pentru a-l face mai eficient, spune Bill Bateman, ecologist comportamental la Universitatea Curtin din Perth, Australia, care nu a făcut parte din cercetare. „Pur și simplu mă lasă fără cuvinte”.