Как саламандры используют регенерацию конечностей, чтобы защитить себя от изменения климата

Исследователи из Научного колледжа Университета Клемсона впервые показали, что эти саламандры, населяющие южные Аппалачи, используют температуру, а не влажность, как лучший сигнал, чтобы предвидеть изменения в окружающей их среде. Примечательно, что исследователи заметили, что саламандры на самом деле используют свою уникальную способность регенерировать конечности, чтобы быстро минимизировать воздействие высоких температур.
Результаты, описанные в статье «Тепловые сигналы определяют пластичность устойчивости к высыханию у горных саламандр с последствиями для изменения климата», могут иметь значение для других животных и даже растений.

Статья была опубликована в Nature Communications в сентябре. 9.

Ежедневно основной проблемой для этих саламандр является потенциально смертельный риск высыхания. Доцент биологических наук Майк Сирс и его исследовательская группа на протяжении многих лет показали, что эти животные переносят обезвоживание, регулируя потерю воды с помощью физиологических изменений.

Но исследователи не до конца понимали, как они это сделали.
«Мы первые, кто изучил на молекулярном уровне физиологию саламандры по отношению к окружающей среде», – сказал Сирс, чья команда провела эксперименты по акклиматизации и анализ экспрессии генов. "Мы выяснили с генетической точки зрения, как они это делают."
Ведущий автор Эрик Ридделл, который получил докторскую степень в Клемсоне в 2018 году и сейчас является научным сотрудником Музея зоологии позвоночных в Калифорнийском университете в Беркли, собрал около 150 саламандр в горах недалеко от Хайлендса, Северная Каролина, и привез их обратно. в лабораторию Клемсона Sears, где он дал им месяц на то, чтобы привыкнуть к новой среде.

Затем он разделил животных на четыре группы, которые будут подвергаться воздействию различных климатических условий, с которыми они могут столкнуться в настоящее время или в будущем. Поскольку животные ведут ночной образ жизни, он и его помощники-старшекурсники каждую ночь перемещали саламандр из влажной камеры регидратации в камеру активности, где они гуляли в течение нескольких часов в почве на открытом воздухе, поскольку подвергались воздействию различных уровней температуры и влажности.
Исследователи повторяли эту процедуру в течение нескольких недель, одновременно измеряя, насколько быстро саламандры высыхают и сколько кислорода они потребляли, вычисляя дефицит давления пара (VPD).

«Мы обнаружили, что саламандры предвидят риск высыхания, используя температуру, а не влажность», – сказал Ридделл, отметив, что, хотя влажность действительно играет роль в скорости обезвоживания, это не столь надежный сигнал для животных.
Ридделл также провел генный анализ образцов тканей кожи саламандр, чтобы понять, какие физиологические изменения происходили на клеточном уровне, которые позволяли животным удерживать воду в своем теле, а не испарять ее через кожу.

По словам Ридделла, с повышением температуры саламандры смогли разрушить и впоследствии восстановить сети кровеносных сосудов в своей коже. «Эта чувствительная к температуре регенерация кровеносных сосудов предполагает, что саламандры регулируют потерю воды посредством регрессии и регенерации капиллярных слоев кожи», – сказал Ридделл.

В долгосрочной перспективе, сказал Ридделл, это развитие кровеносных сосудов может помочь ученым понять уникальную способность саламандры регенерировать или отращивать конечности, что является модельной системой для понимания регенеративной медицины у людей.

«Просто сосредоточив внимание на том, как они восстанавливают этот единственный тип ткани, эти кровеносные сосуды, исследователи могли бы лучше понять процесс регенерации», – сказал Ридделл.
Этой осенью Sears планирует изучить, что происходит, когда саламандры становятся более терпимыми к более высоким температурам. Он и его ученики будут проводить эксперименты на разных высотах, чтобы определить максимальную температуру, которую животное будет терпеть добровольно. Поскольку температура меняется с высотой, амфибии выбирают возвышение с приемлемым температурным диапазоном.

«В конечном итоге мы хотим знать, насколько животные генетически адаптируются к изменениям климата в будущем», – пояснил Сирс. "Один из главных вопросов в нашей области – смогут ли животные идти в ногу с темпами изменения климата за счет эволюции. Используя эти геномные инструменты, как мы это делали в этом исследовании, мы можем начать отвечать на такие экологические вопросы."
Помимо Ридделла, другие члены команды Sears, участвовавшие в этом исследовании, включали Кристину Уэллс, доцент биологических наук Клемсона; Келли Замудио, профессор экологии и эволюционной биологии Корнельского университета; и Эмма Робак, летняя стажер-исследователь Гриннелл-колледжа.
Настоящее исследование основано на новаторском исследовании Sears, опубликованном в июле 2018 года, которое продемонстрировало способность семи видов горных саламандр адаптироваться к изменяющейся среде обитания.

Работа поддержана грантами Национального научного фонда на усовершенствование докторской диссертации (номер гранта 1601485) и программы Research Experience for Undergraduates (REU). Авторы несут исключительную ответственность за содержание и не обязательно отражают официальную точку зрения Национального научного фонда.

Биологическая станция Highlands предоставила дополнительные возможности для сбора данных в рамках программы Grant-in-Aid.

4 комментария к “Как саламандры используют регенерацию конечностей, чтобы защитить себя от изменения климата”

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *