Как происходит сброс хвоста

Способность отбрасывать хвост называют автотомией. Это защитная реакция на нападение хищника. Сброс хвоста происходит не в произвольном месте, а по строго определенным анатомическим линиям.

Внутри хвостовых позвонков существуют неокостенелые зоны разлома, состоящие из хрящевой ткани. Мышечные сегменты хвоста соединены друг с другом зубчатыми перегородками из соединительной ткани. При сильном испуге или механическом сдавливании ящерица резко сокращает мышцы вокруг одной из таких зон разлома. Позвонок ломается, связки мгновенно размыкаются, и хвост отделяется.

Кровеносные сосуды в этой области снабжены мышечными сфинктерами. Сразу после отделения сосуды мгновенно спазмируются, поэтому ящерица почти не теряет кровь. Раневая поверхность получается ровной, чистой и быстро покрывается защитной коркой.

Клеточные механизмы формирования бластемы

Восстановление утраченного органа начинается буквально в первые часы после травмы и проходит через несколько строгих стадий.

Миграция эпителия и образование раневой шапочки

В течение 24–48 часов клетки базального эпидермиса начинают быстро перемещаться от краев раны к ее центру. Они образуют так называемый апикальный эпидермальный колпачок. Этот слой клеток выделяет специфические ферменты и сигнальные молекулы, которые не дают сформироваться рубцу из плотной соединительной ткани. Именно рубцевание блокирует регенерацию у высших позвоночных.

Источники клеток для бластемы

Под защитным слоем колпачка собираются клетки-предшественники, формируя бластему — эмбрионоподобный зачаток будущего хвоста. У амфибий бластема возникает за счет глубокой дедифференциации, когда зрелые клетки мышц и хрящей полностью теряют свою специализацию и возвращаются в почти эмбриональное состояние. У ящериц регенерация строится на другом механизме.

Основу бластемы ящерицы составляют тканеспецифичные стволовые клетки, дремавшие в тканях до момента травмы. Рост мышц обеспечивают активированные сателлитные клетки скелетной мускулатуры. Хрящевую трубку и связки формируют мезенхимальные стромальные клетки соединительной ткани. Кожу восстанавливают стволовые клетки дермы и базального слоя.

Деление клеток бластемы координируют сигнальные белковые пути. Каскады Wnt и FGF запускают активную пролиферацию, а путь TGF-beta регулирует образование матрикса и предотвращает воспаление.

Роль спинного мозга и нервной системы

Без нервных волокон и спинного мозга вырастить новый орган невозможно. При отламывании хвоста центральный канал спинного мозга оголяется на срезе культи.

Выстилающие канал клетки эпендимы быстро реагируют на травму. Они начинают делиться и вытягиваются наружу в виде полой эпендимной трубки. Эта структура становится главным организующим центром регенерата. Эпендимоциты непрерывно секретируют нейротрофические факторы, включая FGF-2, которые служат прямым сигналом к делению для окружающей мезенхимы бластемы. Если экспериментально удалить участок спинного мозга на уровне разлома, рост бластемы прекращается.

Почему новый хвост не вырастает идеальным

Регенерировавший орган всегда остается копией неполного качества. Различия между исходным и новым хвостом затрагивают практически все анатомические системы:

  • Скелет нового хвоста представляет собой цельную полую трубку из гиалинового хряща вместо цепочки костных позвонков с суставами
  • Хрящевая трубка со временем кальцифицируется и твердеет, но настоящей костной ткани с надкостницей и зонами роста в ней не возникает
  • Спинной мозг внутри трубки представлен только эпендимным тяжом, лишенным серого вещества с телами двигательных нейронов
  • Мышечные волокна формируются длинными сплошными пучками без четкой сегментации на отдельные анатомические миомеры
  • Чешуйчатый покров регенерата состоит из более мелких чешуек с нарушенным узором, а пигментация обычно заметно темнее или однотоннее

Частые вопросы

Сколько времени ящерица отращивает новый хвост?

Скорость восстановления зависит от вида рептилии, ее возраста, температуры окружающей среды и обилия пищи. У мелких ящериц вроде обыкновенной стенной или прыткой хвост отрастает за 1,5–3 месяца. Крупным видам может потребоваться до года.

Почему иногда встречаются ящерицы с двумя или тремя хвостами?

Такой феномен называют бифуркацией или мультифуркацией. Это происходит, когда хвост ломается не до конца либо получает глубокую рану с повреждением хряща и спинного мозга, но не отделяется полностью. Из поврежденного участка начинает расти бластема, формируя дополнительный отросток параллельно существующему старому хвосту.

Почему человек и другие млекопитающие не могут отращивать конечности?

У млекопитающих эволюционно закрепилась стратегия быстрого затягивания ран соединительнотканным рубцом для защиты от фатальных инфекций. В наших тканях быстро активируются фибробласты, синтезирующие плотный коллагеновый шрам, что полностью блокирует миграцию клеток и формирование эмбриональной бластемы.

Зачем ящерицы иногда возвращаются к своему оторванному хвосту?

Хвост служит для рептилий главным резервуаром жировых запасов на период зимовки и голода. Потеря хвоста резко снижает шансы выжить. Если опасность миновала, а сброшенный хвост остался на месте, ящерица часто находит его и съедает, чтобы вернуть обратно часть потраченных питательных веществ.