Вчені пояснили, чому у собак рельєфні носи.

У тваринному світі часто зустрічаються досить складні візерунки на шкірі: смужки у зебри, плями у леопарда. Ці структури закладаються на ембріональній стадії розвитку.

Існує два підходи до їх опису. Хімічний походить від реакційно-дифузійних моделей Алана Тюрінга. Важливим елементом є сигнальні центри, які регулюють ріст клітин. Так, пір'я птахів, волосся у ссавців, луска зміїної шкіри розвиваються з плакод — анатомічних структур у голові хребетних. 

Другий підхід — механістичний. Згідно з ним, механічне обмеження в зростаючій тканині призводить до утворення різних структур: мережевих, «мозкових», складчастих. З цих позицій описані багато складчастих структур у біології, наприклад, мембрани лейкоцитів, стінки дихальних шляхів, пухлини. Спостерігаючи за живою природою, біоінженери повторили складчасті структури в штучних органах, датчиках.

Вчені на чолі з Мішелем Мілінковичем з Женевського університету (Швейцарія) застосували механістичний підхід до морфогенезу, щоб вивчити, як виникає ринарій.

«Знайти приклади дивовижних візерунків у живій природі дуже просто. Потрібно лише подивитися навколо! Саме це ми і зробили у нашій новій роботі, вивчаючи носи собак, хорьків і корів, покриті єдиною мережею полігональних структур», — прокоментував професор Мілінкович у зв'язку з виходом статті в журналі Current Biology.

Ринарій цих тварин являє собою виступаючі багатокутники в оточенні епідермальних складок. У собак він виконує важливу функцію, допомагаючи обонянню.

Оскільки кінчик носа завжди зволожений, на нього потрапляє більше молекул з повітря, які потім переміщуються в носову щілину, а звідти — в протоки у верхньому небі для подальшого розпізнавання запаху. Крім того, ринарій бере участь у терморегуляції. Наприклад, гризуни за його допомогою охолоджують мозок.

Дослідники спостерігали розвиток ринарія у ембріонів. Візуалізувати процес допомогла оптогенетика. Виявилося, що полігональна структура шкіри носа формується дуже рано, цей процес в значній мірі самоорганізується, але з опорою на механічні обмежувачі у вигляді базової мережі «жорстких» кровоносних судин. 

Використовуючи двочасткову модель ринарія, в якій багатошарова шкіра зростає на підкладці з мережею судин, дослідники запустили 3D-моделювання і отримали характерні полігональні структури. В результаті вдалося простежити появу ринарія собаки і зрозуміти загальну механику. 

Спочатку надмірне зростання базального судинного шару змушує епідерміс випинатися. Потім виступаючі багатокутники ростуть уздовж судин, які їх механічно обмежують. Отже, це вже не чисто випадковий процес. 

«Наше чисельне моделювання показало, що механічні навантаження, створені обширним епідермальним зростанням, йдуть від підлягаючих кровоносних судин. Це свого роду вузлові точки. Шари епідермісу виштовхуються вгору, як куполи над жорсткими колоннами», — пояснив перший автор наукової роботи Поль Дагене. 

На думку дослідників, їм вперше вдалося описати принцип «механістичної позиційної інформації» для пояснення формування структур під час ембріонального розвитку. В подальшому це допоможе пояснити утворення інших біологічних структур у присутності кровоносних судин.