Утримання в умовах тривалого центрифугування призвело до потовщення та зміцнення екзоскелета в сарани. Результати експерименту вказують, що посилена гравітація, до якої призводить центрифугування, як механічний подразник посилює не лише кістковий скелет, як це вже знали щодо людей, а й будь-які типи скелета, зокрема хітиновий у комах. Про такі результати повідомляє сайт журналу Science. Дослідження опубліковане у журналі Proceedings of the Royal Society B.
Сарана в камері центрифуги. Marcus Meyer
Навіщо помістили сарану в центрифугу?
Різні типи біологічних тканин схильні адаптуватися до тривалого механічного пошкодження потовщенням і збільшенням міцності. Наприклад, кора дерев стає товстішою при механічному стресі. Як і кістковий скелет у людей та інших хребетних має давно відому властивість ставати сильнішим при збільшенні навантаження на нього та слабшим — при зменшенні навантаження. Через це люди, що тривалий час живуть на МКС в умовах мікрогравітації або пацієнти, що довго обмежені у рухах, можуть мати крихкіші, більш схильні до переломів кістки.
Утім, лише близько 20 відсотків тварин планети мають внутрішній скелет, подібний до людського. Більшість інших тварин, які належать до типу членистоногих (Arthropoda), розвинули екзоскелет — зовнішню тверду та відносно гнучку захисну тканину, що її називають кутикулою. На відміну від кісток, вона суттєво менше реагує на зовнішні чинники та має обмежену здатність відновлюватися. І вчених із Бременського міського університету прикладних наук зацікавило, як реагує екзоскелет на тривале механічне навантаження. Перевірити це можна у дослідах із симуляцією гіпергравітації, яку досягають центрифугуванням — у подібних апаратах, наприклад, тренують витримувати навантаження пілотів винищувачів та астронавтів. Для дослідів членистоногих обрали перелітну сарану (Locusta migratoria) — добре вивчених і частих у дослідах комах.
Як зреагували комахи на центрифугу?
Центрифуга, яку використали у дослідах, містила окремі камери для комах із індивідуальним підігрівом та освітленням. Всередині кожної помістили по одну сарану, яка щойно полиняла, скинувши старий екзоскелет, та мала обрости в наступні дні новим. Протягом двох тижнів комах крутили в центрифузі, даючи навантаження, що у три, п'ять чи вісім разів перевищує земну гравітацію. Оберти спинялися не більш як на годину в день, щоб погодувати піддослідних, оскільки ті виявилися неспроможними їсти при центрифугуванні.
Не всі комахи дожили до кінця експерименту: виживаність суттєво знижувалася зі збільшенням обертів. Але після того, як сарана, що вижила, обросла новою кутикулою, її вибрали із центрифуги для вивчень та видалили їй задні кінцівки. Відтак вчені намагалися зламати комашині ноги навпіл, визначаючи, яку силу для цього потрібно докласти. Результати порівнювали з екзоскелетом сарани, яку не центрифугували. Як з'ясувалося, до кінцівок центрифугованих комах потрібно докласти на 67 відсотків більше сили, щоб їх зламати. Мікрокомп'ютерна томографія вказала, що причина міцності лежить у потовщенні внутрішнього шару кутикули. Зважаючи на подібність реакції екзоскелета та ендоскелета, як у хребетних, вчені висувають припущення про фундаментальність реакції опорних тканин на механічний стимул. Перевірити це допоможуть наступні випробування на інших тваринах, як-от крабах.
- Серед членистоногих сарана не єдина, на кому перевіряли вплив зміненої гравітації. Павуки навіть побували на МКС, і з'ясувалося, що в умовах невагомості вони плетуть павутину, орієнтуючись на світло.