Een complexe hiërarchische structuur helpt de hagedis onbedoelde amputaties te voorkomen
Een staart verliezen is niet ideaal, maar opgegeten worden door een roofdier is nog erger. Hagedissen, zoals de Schmidt’s franjevingerige hagedis hier getoond, zijn afhankelijk van een complexe interne structuur om hen te helpen hun staarten te behouden totdat het tijd is om ze te verliezen.
Hagedissen staan ​​erom bekend dat ze hun staart verliezen, maar misschien moet de grotere vraag zijn: hoe blijven hun staarten aan? Het antwoord kan liggen in het interne ontwerp van het aanhangsel. Een structuur van uitsteeksels, micropilaren en nanoporiën houdt de staart van een hagedis stevig genoeg vast om de meeste schokken aan te kunnen, terwijl hij klaar blijft om de staart te laten vallen in geval van nood, rapporteren onderzoekers in de 18 februari. Wetenschap.
Zelfamputatie, of autotomie, van een ledemaat is een gebruikelijke verdedigingsstrategie in het dierenrijk, ook voor veel hagedissoorten (SN: 3/8/21). Maar het is een riskant plan: een afneembare ledemaat brengt een verhoogd risico met zich mee op onopzettelijk verlies door kleine stoten en haken en ogen. “Het moet precies de juiste hoeveelheid hulpstuk vinden, zodat het er niet gemakkelijk afgaat. Maar het moet ook loskomen wanneer het nodig is’, zegt Yong-Ak Song, bio-ingenieur aan de New York University Abu Dhabi in de Verenigde Arabische Emiraten. “Het is een prima balans.”
De staart van een hagedis bestaat uit een reeks segmenten die op een rij aansluiten als stekkers in stopcontacten. De staart kan langs elk van deze punten afbreken, breukvlakken genoemd, afhankelijk van hoeveel van de staart de hagedis moet offeren. Tussen elk segment passen de uitsteeksels – acht kegelvormige spierbundels die in een cirkel zijn gerangschikt – netjes in overeenkomstige holtes, bestaande uit relatief gladde wanden. Elke tand is op zijn beurt bedekt met een bos van uitsteeksels, of micropilaren, die op kleine paddenstoelen lijken.
Om de functie van deze structuur te ontdekken, amputeerden Song en collega’s eerst staarten van drie soorten hagedissen met een zachte ruk en analyseerden vervolgens de gebroken aanhangsels onder een scanning elektronenmicroscoop. Inzoomen op de paddenstoelachtige uitsteeksels onthulde dat ze allemaal pokdalig zijn met gaten of nanoporiën.
De onderzoekers merkten ook lichte afdrukken op in de binnenwanden van de koker die werden achtergelaten door de micropilaren van de tand, zoals vingers die licht in klei werden gedrukt. Dit kwam als een verrassing: ze verwachtten dat de micropilaren volledig in elkaar zouden grijpen in de socket, meer als klittenband. In plaats daarvan boden de pokdalige micropilaren geen extra grip die de staart aan de eigenaar zou bevestigen.
In de veronderstelling dat de met nanoporiën gespikkelde micropilaren een andere rol moeten spelen, bouwde het team een ​​replica van een hagedisstaart van polydimethylsiloxaan, een rubberachtig, vleesachtig materiaal, om de scheiding van de staart van het lichaam na te bootsen. Hierdoor konden de onderzoekers de krachten onderzoeken die aan het werk zijn tijdens een staartamputatie. Ze ontdekten dat de diepe spleten tussen de micropilaren, samen met de kleinere kuilen op het oppervlak van de micropilaren, de verspreiding van een initiële breuk vertragen.
“Als er een scheur binnenkomt en een porie ontmoet, wat een leegte is, wordt de scheur gestopt en verliest het energie om zich voort te planten”, zegt Song. Met andere woorden, het begin van een breuk kan in zijn sporen worden gestopt. Elke inkeping en groef helpt: de micropilaren met nanoporiën verbeterden de hechting 15 keer meer dan gladde tanden zonder micropilaren, en iets meer dan micropilaren zonder nanoporiën. De hiërarchische structuur van riek, pilaar en porie zorgt voor een balans die Song omschrijft als een mooi voorbeeld van het Goudlokje-principe: niet te strak, niet te los.
Deze aanpassing is belangrijk voor hagedissen om hun overleving te optimaliseren. Hoewel autotomie helpt voorkomen dat een hagedis lunch wordt, is het een kostbaar verdedigingsmechanisme dat het vermogen van een hagedis om te rennen, springen, paren en ontsnappen aan toekomstige roofdieren beïnvloedt (SN: 1/5/12). Het is dus belangrijk dat de hagedis zijn ledemaat alleen verlaat als dat nodig is.
Dit ingewikkeld ontworpen systeem is een perfect voorbeeld van hoe evolutie voortdurend aan iets kan werken om het effectiever te maken, zegt Bill Bateman, een gedragsecoloog aan de Curtin University in Perth, Australië, die geen deel uitmaakte van het onderzoek. “Het blaast me gewoon weg.”
