Όλα τα ερπετά της τάξης των φολιδωτών (squamata), η οποία περιλαμβάνει τις σαύρες και τα φίδια, αλλάζουν το δέρμα τους σύντομα μετά την εκκόλαψη ή τη γέννησή τους (υπάρχουν πολλά ωοζωοτόκα και ζωοτόκα είδη). Η νεογνική έκδυση γίνεται μέσα στην ίδια μέρα της γέννησης ή στις επόμενες λίγες μέρες ανάλογα με το είδος για τις σαύρες, ενώ στα φίδια γίνεται σε 7-15 μέρες συνήθως, ανάλογα με το είδος, αν και σε μερικά γίνεται πολύ αργότερα. Σχεδόν πάντοτε, τα ζώα δεν τρώνε πριν την πρώτη τους έκδυση, τρεφόμενα από τα απομεινάρια του λεκηθικού τους σάκου στο πεπτικό τους σύστημα. Ο χρωματισμός τους επίσης καθαρίζει μετά την έκδυση, αν και για τα περισσότερα είδη πρόκειται να υποστεί αρκετές μεταβολές ακόμα μέχρι την ενηλικίωση. Παρατηρούνται ακόμα και σημαντικές αλλαγές στη συμπεριφορά πριν και μετά την πρώτη έκδυση, γιατί ενώ πριν τα ζώα τείνουν να κρύβονται, συνήθως σε υγρά με΄ρη και να μην κινούνται πολύ, και όσα είδη εκδύονται την ίδια μέρα της εκκόλαψης να μην εγκαταλείπουν τον τόπο εκκόλαψής τους ως τότε, μετά γίνονται πιο δραστήρια κι αρχίζουν να διασκορπίζονται μακριά απ’τη γενέτηρά τους. Στη φύση η παρατήρηση αυτών των πρώτων ημερών της ζωής των ερπετών είναι δύσκολη υπόθεση, αφού τα περισσότερα κρύβονται πολύ καλά σ’αυτήν την εύάλωτη φάση της ζωής τους, αλλά στην αιχμαλωσία είναι πολύ γνωστά γεγονότα, που παρατηρούνται σε κάθε γέννα φολιδωτών ερπετών. Όμως γιατί γίνεται αυτή η έκδυση;
Μία μελέτη απαντά ακριβώς σ’αυτό το ερώτημα. Η μελέτη, που δημοσιεύθηκε στο Περιοδικό Πειραματικής Βιολογίας (Journal of Experimental Biology) ή JEB στις 8 Ιουλίου του 2002, διεξήχθη από τους M.C. Tu, H. B. Lillywhite, J. G. Menon και G. K. Menon, από το Τμήμα Ζωολογίας του Πανεπιστημίου της Φλόριντα στο Γκέινσβιλ της Φλόριντα, το Τμήμα Βιολογίας του Πανεπιστημίου του Ουίλιαμ Πάτερσον του Νιου Τζέρσεϊ στο Ουέιν του Νιου Τζέρσεϊ, και το Τμήμα ορνιθολογίας και θηλαστικολογίας της Ακαδημίας Επιστημών της Καλιφόρνια στο Πάρκο Γκόλντεν Γκέιτ του Σαν Φρανσίσκο, και απέδειξε ότι η πρώτη έκδυση στα φίδια είναι απαραίτητη για την εδραίωση του υδατοστεγούς φραγμού της επιδερμίδας τους, που είναι ζωτικής σημασίας για τη χερσαία διαβίωση.
Οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν ως μοντέλο το καλιφορνέζικο βασιλικό φίδι (Lampropeltis getula californiae), ένα μικρό κολουβροειδές φίδι ξηρών ενδιαιτημάτων, του οποίου μέτρησαν τη διαεπιδερμική απώλεια ύδατος, ανέλυσαν βιοψίες δέρματος και παρατήρησαν τη συμπεριφορά από την εκκόλαψη μέχρι και μετά τη δεύτερη έκδυση. Βρήκαν ότι η αντοχή του δέρματος στη διαεπιδερμική απώλεια ύδατος (δαυ) διπλασιάζεται μετά την πρώτη έκδυση, οπότε διπλασιάζεται και το πάχος των προστατευτικών λιπιδίων στην επιδερμίδα του φιδιού. Επίσης, παρατήρησαν ότι ενώτα φίδια πριν την πρώτη έκδυση έτειναν να κρύβονται σε υγρές κρυψώνες, μετά την έκδυση δεν είχαν ιδιαίτερη προτίμηση για την υγρασία και μπορούσαν να βρεθούν εξίσου και σε ξηρά μέρη. Επιπλέον, η θερμοκρασία των φιδιών ανέβηκε κατά 0,6 βαθμούς Κελσίου στο διάστημα της εδραίωσης του φραγμού εξαιτίας του υψηλού αναβολισμού, κάνοντας τα φίδια ενδόθερμα κατά τους επιστήμονες. Μικρή άνοδος της θερμοκρασίας επίσης παρατηρείται κατά την πέψη μεγάλης ποσότητας τροφής σε πολλά φίδια, ή κατά την επώαση των αυγών στους θηλυκούς πύθωνες, οπότε δεν είναι κάτι το μοναδικό στα φίδια. Παρακάτω παραθέτω την περίληψη της μελέτης:

SUMMARY
A competent barrier to transepidermal water loss (TEWL) is essential for terrestrial life. In various vertebrates, epidermal water barriers composed of lipids prevent excessive TEWL, which varies inversely with habitat aridity. Little is known, however, about the mechanisms and regulation of permeability relative to natal transition from the `aqueous’ environments of gestation to the `aerial’ environments of terrestrial neonates. We investigated newly hatched California king snakes Lampropeltis getula to test the hypothesis that the first ecdysis is important for establishing the barrier to TEWL. We found that skin resistance to TEWL increases twofold following the first postnatal ecdysis, corresponding with a roughly twofold increase in thickness and deposition of lamellar lipids in the mesos layer, the site of the skin permeability barrier in snakes. In addition, novel observations on lipid inclusions within the alpha layer of epidermis suggest that this layer has functional similarities with avian epidermis. It appears that emergence of the integument from embryonic fluids, and its subsequent pan-body replacement following contact with air, are essential for completion of barrier competence in the newborn. These conditions provide a potentially useful model for investigations on the mechanism of barrier formation. We also found that hatchling snakes are transiently endothermic, with skin temperatures elevated by approximately 0.6°C above ambient air temperature during the period of barrier formation. Behaviourally, hatchlings showed a higher tendency to seek humid microenvironments before the first ecdysis than after. The degree of water movement across the integument might explain the switch from reclusive to dispersive behaviours associated with postnatal ecdysis in snakes.

Μετάφραση:

Περίληψη
Ένας επαρκής φραγμός στην διαεπιδερμική απώλεια ύδατος (δαυ) είναι απαραίτητος για τη χερσαία διαβίωση. Σε διάφορα σπονδυλωτά, επιδερμικοί υδατικοί φραγμοί αποτελούμενοι από λιπίδια προλαμβάνουν την υπερβολική δαυ, η οποία ποικίλει αντιστρόφος ανάλογα με την ξηρότητα του ενδιαιτήματος. Λίγα είναι γνωστά, εντούτοις, για τους μηχανισμούς και τη ρύθμιση της διαπερατότητας σε συνάρτηση με τη μετάβαση από τα υδατικά περιβάλλοντα της επώασης στα αερούχα περιβάλλοντα των χερσαίων νεογνών κατά τη γέννηση. Ερευνήσαμε πρόσφατα εκκολαμμένα καλιφορνέζικα βασιλικά φίδια Lampropeltis getula για να δοκιμάσουμε την υπόθεση ότι η πρώτη έκδυση είναι σημαντική για την εδραίωση του φραγμού στην δαυ. Βρήκαμε ότι η αντοχή του δέρματος στην δαυ αυξάνεται εις διπλούν μετά την πρώτη μεταγεννιτική έκδυση, σε αντιστοιχία με μια σχεδόν διπλάσια αύξηση στο πάχος και την απόθεση ελασματωδών λιπιδίων στο μέσο στρώμα, το σημείο του φραγμού της δερματικής διαπερατότητας στα φίδια. Επιπροσθέτως, νέες παρατηρήσεις λιπιδιακών εγκλείσεων στο στρώμα α της επιδερμίδας υποδηλώνουν ότι αυτό το στρώμα έχει λειτουργικές ομοιότητες με την επιδερμίδα των πτηνών. Φαίνεται ΄΄ότι η έξοδος της επιδερμίδας από τα εμβρυικά υγρά, και η επακόλουθη πανσωματική της αντικατάσταση μετά την επαφή με τον αέρα, είναι απαραίτητα για την ολοκλήρωση της επάρκειας του φραγμού στο νεογνό. Αυτές οι συνθήκες προσφέρουν ένα δυνητικά χρήσιμο μοντέλο για διερευνήσεις πάνω στο μηχανισμό του σχηματισμού του φραγμού. Βρήκαμε επίσης ότι τα φίδια νεοσσοί είναι παροδικά ενδόθερμα, με θερμοκρασίες δέρματος ανεβασμένες κατά περίπου 0.6°C πάνω από τις περιβαλλοντικές θερμοκρασίες του αέρος κατά την περίοδο σχηματισμού του φραγμού. Συμπεριφορικά, οι νεοσσοί έδειξαν μεγαλύτερη τάση αναζήτησης υγρών μικροπεριβαλλόντων πριν την πρώτη έκδυση παρά μετά. Ο βαθμός της κίνησης του νερού μέσα από την επιδερμίδα θα μπορούσε να εξηγήσει τη μεταστροφή από κρυπτικές σε διασπαρτικές συμπεριφορές σχετιζόμενες με τη μεταγεννητική έκδυση στα φίδια.

Το πλήρες κείμενο της μελέτης βρίσκεται στο σύνδεσμο που έδωσα παραπάνω, όπου αναλύονται λεπτομερώς οι μέθοδοι, οι μετρήσεις και τα αποτελέσματα των επιστημόνων.

Ο φραγμός κατά της απώλειας νερού είναι αρκετά ανεπτυγμένος σ’όλα τα αμνιωτά, που έχουν εξελιχθεί να ζουν σε χερσαία περιβάλλοντα. Χωρίς αυτόν, θα είχαμε την αντοχή στη χαμηλή υγρασία ενός αμφιβίου. Ο φραγμός δεν έχει να κάνει με το πάχος του δέρματος, όπως νομίζουν πολλοί, αλλά με μια στρώση στερεών προστατευτικών λιπιδίων στο κερατώδες στρώμα της επιδερμίδας, που βρίσκονται ανάμεσα στα κερατινοποιημένα κύτταρα σαν τσιμέντο ανάμεσα σε τούβλα. Σύμφωνα με πρότερες έρευνες που παραθέτει αυτή η μελέτη, ο φραγμός κατά της δαυ έχει ήδη ολοκληρωθεί πριν τη γέννηση στους ανθρώπους και στα τρωκτικά, και προφανώς στα υπόλοιπα θηλαστικά και σ’άλλα αμνιωτά, και η τελείωσή του συμπίπτει με τη λύση του περιδερμίου και την έκθεση του δέρματος του εμβρύου στο αμνιακό υγρό. Τα ζώα αυτά αντικαθιστούν την επιδερμίδα συνεχώς σε μικροσκοπικά σωματίδια, και η αντικατάσταση αυτή συνήθως είναι παθητική διαδικασία. Τα φολιδωτά ερπετά όμως, που έχουν εξελιχθεί ν’αντικαθιστούν την επιδερμίδα συγχρονισμένα σε μεγάλα κομμάτια, ή, στην περιπτωση των φιδιών, μονοκόμματα σ’όλο το σώμα, δε μπορούν ν’αλλάξουν δέρμα μέσα στα στενά όρια του αυγού, αφού για να βγάλουν το παλιό δέρμα θα πρέπει να τριφτούν σε μία αποξεστική επιφάνεια, οπότε αναγκαστικά μεταφέρουν την ολοκλήρωση του υδατοστεγούς φραγμού μετά τη γέννηση. Αυτό εξηγεί και την ιδιαιτερότητα λίγων φιδιών μόνιμα υγρών περιοχών, όπως του αιματόχρου πύθωνα (Python curteus) της Νοτιοανατολικής Ασίας, ο οποίος, ζώντας σε υγρά έλη τροπικών δασών με υψηλή υγρασία, δεν έχει επιτακτική ανάγκη προστασίας από την αφυδάτωση, κι έτσι έχει μεταφέρει την πρώτη του έκδυση σε 40 μέρες μετά την εκκόλαψη, και μέχρι τότε τρώει κανονικά.

Το μυστήριο επομένως της πρώτης έκδυσης στα φολιδωτά έχει λυθεί.

Advertisements