Как хобот слона стал самым невероятным хватательным органом на планете

Ученые показали, что главную роль в достижении удивительной гибкости хобота у слонов, играют морщины, которые начинают формироваться еще во время внутриутробного развития.

Хобот слона — это гораздо больше, чем нос. С помощью хобота слоны подбирают пищу, разбрызгивают воду или разбрасывают песок по спине, чтобы охладиться, и трубят, чтобы передать сигнал другим слонам. Детеныши слонов используют свои хоботы при кормлении, всасывая молоко и выплескивая его в рот.

«Это самый невероятный хватательный орган на планете», — говорит о хоботе слона специалист по вычислительной нейробиологии Майкл Брехт из Берлинского университета имени Гумбольдта.

Почему хобот — мускулистый придаток без костей — работает так хорошо? Один из ключевых моментов — морщины слона, которые на хоботе действуют как «локти». К такому выводу пришли Брехт и его коллеги. Работа опубликована в журнале Royal Society Open Science.

Когда Эндрю Шульц, инженер-механик и биофизик из Института интеллектуальных систем имени Макса Планка, начал изучать хоботы слонов, он предположил, что характерные морщины на них постепенно образуются на сгибах кожи, подобно линиям улыбки на человеческих лицах. Но вскоре стало понятно, что даже у новорожденных слонят хоботы морщинистые.

Многие животные, в том числе и люди, рождаются со случайными морщинами, потому что у них слишком большая площадь кожи относительно формы тела. Но такие складки и морщины возникают в случайном месте.

Складки на хоботе у слонов, напротив, постоянно находятся в одних и тех же местах и формируются еще до рождения. Это говорит о том, что у них есть определенная эволюционная цель. «Мы считаем, что эти морщины очень недооценены», — говорит Брехт.

Почему так важны морщины

Азиатские (E. maximus) и африканские (L. africana) слоны отличаются морфологией хобота, включая морщины на хоботе. (a) Рисунок хобота взрослого азиатского слона. Обратите внимание на большее количество поперечных морщин у азиатского слона по сравнению с хоботом африканского слона (h).
Lena Kaufmann, Humboldt Universität zu Berlin; Zoo Schönbrunn, Vienna, Austria.

Шульц, Брехт и их коллеги обратились к двум видам слонов — азиатским (Elephas maximus) и африканским (Loxodonta africana), которые используют свои хоботы по-разному. У африканских слонов на концах хобота есть два жестких хрящевых «пальца», которые позволяют захватывать предметы.

У азиатских слонов, напротив, один «палец», но есть еще особый выступ, с помощью которых они зажимают крупные предметы, например дыни, между хоботом и нижней губой.

Исследователи изучили различия между видами на музейных образцах, животных из зоопарков и фотографиях. Оказалось, что на хоботе азиатских слонов больше складок: в среднем 126, в то время как у африканских слонов их 83.

По словам Шульца, дополнительные складки могут придавать азиатским видам большую гибкость, чтобы компенсировать отсутствие дополнительного «пальца». У обоих видов морщины были сосредоточены в точке поворота, которая работает как мускулистый локоть, позволяя хоботу обхватывать предметы.

Чтобы изучить, как формируются эти морщины, команда нашла в музейных коллекциях два плода азиатского и три плода африканского слона, а также десятки опубликованных фотографий и рисунков плода слона на разных этапах внутриутробного развития.

Выстроив их в хронологической последовательности, исследователи смогли составить визуальную хронологию внутриутробного развития хобота. Морщины, как выяснилось, начинают появляться сразу после появления хобота — это происходит примерно через 20 дней после начала 22-месячного пренатального периода. В течение следующих 150 дней количество морщин увеличивается в геометрической прогрессии у обоих видов слонов, удваиваясь каждые 3 недели.

Азиатские слоны приобретают еще больше морщин на более поздних этапах развития. Ученые выяснили, способствует ли использование хобота образованию новых морщин, как они изначально предполагали.

У лево- и праворуких слонов больше морщин на левой и правой сторонах хобота, соответственно (a) Изображение леворукого слона с кончиком хобота и дистальным стволом хобота азиатского слона. Обратите внимание на более короткие усы на правой стороне и более длинные усы на левой стороне дистального ствола хобота. Модифицировано из работы Deiringer et al. [49]. (b) Изображение, демонстрирующее поведение левого хобота азиатского слона, который тянется за арбузом. На снимке видно, что хобот заворачивается влево, а правая сторона дистального ствола хобота соприкасается с землей, что приводит к ссадинам на усах. Модифицировано из работы Deiringer et al. [49].
Lena Kaufmann, Humboldt Universität zu Berlin; Zoo Schönbrunn, Vienna, Austria.

У слонов есть левый или правый хобот, то есть они постоянно наклоняют хобот в одну сторону, чтобы положить пищу в рот с этой стороны. Со временем, как выяснили исследователи, этот изгиб приводит к образованию большего количества морщин на стороне сгиба.