Регистрирующие структуры (биология)

Регистрирующие структуры — структуры костной ткани животных — слоистые по своей морфологии — наглядно демонстрируют ростовые слои. Изучение регистрирующих структур широко используется в скелетохронологии и цементохронологии. Рост костей за счет отложения новых слоев ткани и сохранение этих слоев при перестройке кости, позволяет определить возраст животного[1]. Основные регистрирующие структуры наземных позвоночных — это костная ткань, ткани зуба и роговые образования. Ростовые слои имеют разную периодичность формирования, от сезонных до суточных и даже внутрисуточных[2].

Рост костей в толщину происходит за счет отложения новых слоев ткани со стороны покрывающего кость снаружи периоста и выстилающего костномозговую полость изнутри эндоста. Слои ткани разделены линиями, образующимися в результате остановки процесса аппозиции ткани. Термин «регистрирующие структуры» был предложен[3] для таких анатомических структур организма, которые в процессе своего роста фиксируют изменения физиологического состояния особи, меняя морфологию формирующихся частей, и длительное время сохраняют эти изменения[4].

История

Термин «регистрирующие структуры» впервые был предложен сотрудницей Института биологии развития им. Н. К. Кольцова Галиной Александровной Клевезаль[5]. В своей совместной работе 1970 года Г. А. Клевезаль и М. В. Мина сразу предположили значительный интерес к методике определения возраста по регистрирующим структурам со стороны археологов, антропологов и судебных патологов[6], однако потребовалось 12 лет, чтобы воспроизвести эксперимент на человеческих зубах[7]. Метод до сих пор актуален потому как дает прямой доступ к возрасту объекта исследований на момент смерти и представляет особый интерес для судебно-медицинской антропологии[8][9].

Применение

Беспозвоночные

У некоторых беспозвоночных животных возможно определение возраста по ростовым слоям во внешнем скелете, таком как известковый скелет кораллов[10] или раковины двустворчатых[11], плеченогих[12], иглокожих[13]. Метод получил название склерохронологии по аналогии с дендрохронологией[10][11].

Рыбы

Определение возраста рыб производят, как правило, по отолитам и чешуям, не относящимся к скелету, но возможно также использование в качестве регистрирующих структур костей жаберной крышки, позвонков и лучей плавников[6][14][15].

Земноводные и пресмыкающиеся

Для определения возраста современных амфибий и рептилий наиболее часто используется скелетохронология, так как кости этих животных не претерпевают внутренней перестройки[16][17]. Выбор регистрирующих структур зависит от таксона. Как правило, применяют трубчатые кости. Так, для определения возраста ящериц и бесхвостых амфибий используют в основном фаланги пальцев[16][18][19], в то время как для хвостатых амфибий они непригодны в силу высокой регенерационной способности[20]. Возможно также использование других трубчатых костей, таких как бедренная, большая и малая берцовые[19][21]. У змей регистрирующими структурами являются позвонки, в том числе хвостовые[22], или некоторые кости черепа[20]. Для ящерицы с сильно редуцированными конечностями — трёхпалого хальцида — также показана применимость хвостовых позвонков[23]. У крокодилов определение возраста возможно с помощью остеодерм[14].

Метод определения возраста по регистрирующим структурам был применен также для оценки скорости роста динозавров, однако в данном случает оценка осложняется тем, что так называемые «годичные кольца» на срезе костей могли закладываться чаще, чем один раз в год, что свойственно современным эндотермам, и таким образом нивелировать все получаемые в подобных исследованиях результаты[24].

Птицы

Первые попытки выявления ростовых слоёв в костной ткани птиц были многообещающими[25]. В работе, опубликованной годом позже, не рекомендовалось использование кости птиц в качестве регистрирующей структуры без дополнительных исследований, так как ростовые слои в периосте выявлялись не по всей поверхности кости, а на отдельных участках, а в эндосте не являлись годовыми[26]. Дальнейшие исследования показывали как положительные[27][28], так и отрицательные[29][30][31] результаты.

Млекопитающие

Костная ткань млекопитающих, как правило, сильно васкуляризирована, в связи с чем новые слои подвержены перестройке. В разных группах её скорость отличается, поэтому в качестве регистрирующей структуры у млекопитающих чаще используют ткани зуба[16]. Этот метод получил название цементохронологии. Костная ткань используется в качестве регистрирующей структуры у насекомоядных, зайцеобразных и грызунов[32], а слуховая капсула (Bulla tympani) у морских млекопитающих, в частности у серого кита (Eschrichtius robustus).

Ископаемые рептилии

Метод определения возраста по регистрирующим структурам был применён также для оценки скорости роста динозавров, однако в данном случает оценка осложняется тем, что так называемые «годичные кольца» на срезе костей могли закладываться чаще, чем один раз в год, что свойственно современным эндотермам, и таким образом нивелировать все получаемые в подобных исследованиях результаты[33].

В культуре

Методика, предложенная Клевезаль, нашла отражение в массовой культуре. Так в 5 серии 2 сезона американского сериала Орвилл у главных героев берут пробу дентина и определяют по ней дату рождения.

Примечания

  1. ↑ Клевезаль Г. А., Мина М. В.. Рост животных. М.: Наука. 1976
  2. ↑ Клевезаль Г. А., Смирина Э. М., Регистрирующие структуры наземных позвоночных. Краткая история и современное состояние исследований. Москва, Зоологический журнал. Том: 95 Номер: 8 Год: 2016 Страницы: 872—896
  3. ↑ Мина, Клевезаль, 1970
  4. ↑ Klevezal, G. A. Recording structures of mammals: determination of age and reconstruction of life history. — Rotterdam/Brookfield, A. A. Balkema. 1996.
  5. ↑ Клевезаль Г. А. Определение возраста млекопитающих по слоистым структурам зубов и кости (с предисловием С. Е. Клейненберга). — М.: Наука, 1967. — 144 с.
  6. ↑ 1 2 Мина М. В., Клевезаль Г. А. Автобиографии животных. М.: Знание. 1970
  7. ↑ Stott, G.G.; Sis, R.F.; Levy, B.M. (1982). Cemental annulation as an age criterion in forensic dentistry. Journal of Dental Research.
  8. ↑ Тест Тьюринга. Дата обращения: 27 июля 2022. Архивировано 14 мая 2022 года.
  9. ↑ Cementochronology Research Program. Дата обращения: 29 июля 2022. Архивировано 24 ноября 2020 года.
  10. ↑ 1 2 R.W. Buddemeier, J.E. Maragos, D.W. Knutson. Radiographic studies of reef coral exoskeletons: Rates and patterns of coral growth (англ.) // Journal of Experimental Marine Biology and Ecology. — 1974-01. — Vol. 14, iss. 2. — P. 179–199. — doi:10.1016/0022-0981(74)90024-0. Архивировано 15 июня 2022 года.
  11. ↑ 1 2 Золотарев В. Н. Склерохронология морских двустворчатых моллюсков / Отв. ред. Зайцев Ю. П.. — Киев: Научная думка, 1989. — С. 4. — 112 с. — ISBN 5-12-000797-x.
  12. ↑ G R Clark. Growth Lines in Invertebrate Skeletons (англ.) // Annual Review of Earth and Planetary Sciences. — 1974-05. — Vol. 2, iss. 1. — P. 77–99. — ISSN 1545-4495 0084-6597, 1545-4495. — doi:10.1146/annurev.ea.02.050174.000453. Архивировано 17 декабря 2021 года.
  13. ↑ Weber J. N. Origin of Concentric Banding in the Spines of the Tropical Echinoid Heterocentrotus (англ.) // Pacific Science. — 1969. — Vol. 23. — P. 452—466. Архивировано 17 декабря 2021 года.
  14. ↑ 1 2 Buffrénil et al., 2021, pp. 627.
  15. ↑ Чугунова, 1959, с. 60—72.
  16. ↑ 1 2 3 Клевезаль, Смирина, 2016.
  17. ↑ Buffrénil et al., 2021, pp. 634—636.
  18. ↑ Estación Biológica de Doñana-CSIC, Sevilla, Spain, M. Comas, S. Reguera, Universidad de Granada, Spain, F. J. Zamora–Camacho. Comparison of the effectiveness of phalanges vs. humeri and femurs to estimate lizard age with skeletochronology // Animal Biodiversity and Conservation. — 2016. — Т. 39, вып. 2. — С. 237–240. — doi:10.32800/abc.2016.39.0237. Архивировано 20 декабря 2021 года.
  19. ↑ 1 2 Ella Smirina, Natalia Ananjeva. Growth layers in bones and acrodont teeth of the agamid lizard Laudakia stoliczkana (Blanford, 1875) (Agamidae, Sauria) // Amphibia-Reptilia. — 2007. — Т. 28, вып. 2. — С. 193–204. — ISSN 1568-5381 0173-5373, 1568-5381. — doi:10.1163/156853807780202512. Архивировано 21 декабря 2021 года.
  20. ↑ 1 2 Смирина, 1989, с. 147.
  21. ↑ Смирина, 1989, с. 146—147.
  22. ↑ Waye H. L., Gregory P. T. Determining the age of garter snakes (Thamnophis spp.) by means of skeletochronology (англ.) // Canadian Journal of Zoology. — 1998. — Vol. 76, no. 2. — P. 288—294. — doi:10.1139/z97-201.
  23. ↑ Fabio Maria Guarino. Structure of the femora and autotomous (postpygal) caudal vertebrae in the three-toed skink Chalcides chalcides (Reptilia: Squamata: Scincidae) and its applicability for age and growth rate determination (англ.) // Zoologischer Anzeiger - A Journal of Comparative Zoology. — 2010-03. — Vol. 248, iss. 4. — P. 273–283. — doi:10.1016/j.jcz.2009.11.001. Архивировано 17 июня 2018 года.
  24. ↑ Thomas Mark Lehman, Holly Woodward Ballard. Modeling growth rates for sauropod dinosaurs (англ.) // Paleobiology. — Paleontological Society, 2008-03-01. — Vol. 34. — doi:10.1666/0094-8373(2008)034[0264:MGRFSD]2.0.CO;2. Архивировано 25 июля 2021 года.
  25. ↑ R.W.M. van Soest, W.L. van Utrecht. The Layered Structure of Bones of Birds as a Possible Indication of Age // Bijdragen tot de Dierkunde. — 1971-06-14. — Т. 41, вып. 1. — С. 61–66. — ISSN 2666-0644 0067-8546, 2666-0644. — doi:10.1163/26660644-04101008. Архивировано 20 декабря 2021 года.
  26. ↑ Клевезаль Г.А., Каллер Салас А.В., Кирпичев С.П. Об определении возраста птиц по слоям в периостальной кости // Зоологический журнал. — 1972. — Т. 92, № 11. — С. 1333—1348. цит. по: Клевезаль, Смирина, 2016
  27. ↑ Estelle Bourdon, Jacques Castanet, Armand de Ricqlès, Paul Scofield, Alan Tennyson. Bone growth marks reveal protracted growth in New Zealand kiwi (Aves, Apterygidae) (англ.) // Biology Letters. — 2009-10-23. — Vol. 5, iss. 5. — P. 639–642. — ISSN 1744-957X 1744-9561, 1744-957X. — doi:10.1098/rsbl.2009.0310. Архивировано 24 ноября 2021 года.
  28. ↑ N. S. Sukhanova. Age-related changes of the histological structure in the limb bones of the domestic fowl // Agricultural Science Euro-North-East. — 2021-04-22. — Т. 22, вып. 2. — С. 264–277. — ISSN 2072-9081 2500-1396, 2072-9081. — doi:10.30766/2072-9081.2021.22.2.264-277. Архивировано 20 декабря 2021 года.
  29. ↑ Richard C. Nelson, Theodore A. Bookhout. Counts of Periosteal Layers Invalid for Aging Canada Geese // The Journal of Wildlife Management. — 1980-04. — Т. 44, вып. 2. — С. 518. — doi:10.2307/3807992. — . Архивировано 20 декабря 2021 года.
  30. ↑ Wim Van Neer, Katrien Noyen, Bea De Cupere, Ingrid Beuls. On the Use of Endosteal Layers and Medullary Bone from Domestic Fowl in Archaeozoological Studies (англ.) // Journal of Archaeological Science. — 2002-02. — Vol. 29, iss. 2. — P. 123–134. — doi:10.1006/jasc.2001.0696. Архивировано 7 марта 2022 года.
  31. ↑ Joanna Drozdowska, Włodzimierz Meissner. Changes in endosteal cell layer number of long bones are not appropriate for ageing birds: Evidence from Baltic razorbills (Alca torda Linnaeus, 1758) (англ.) // Zoologischer Anzeiger - A Journal of Comparative Zoology. — 2014-08. — Vol. 253, iss. 6. — P. 493–496. — doi:10.1016/j.jcz.2014.07.001. Архивировано 27 июня 2018 года.
  32. ↑ Клевезаль, 2007, с. 86—89.
  33. ↑ Thomas Mark Lehman, Holly Woodward Ballard. Modeling growth rates for sauropod dinosaurs (англ.) // Paleobiology. — Paleontological Society, 2008-03-01. — Vol. 34. — doi:10.1666/0094-8373(2008)034[0264:MGRFSD]2.0.CO;2. Архивировано 25 июля 2021 года.

Литература

  • Vivian de Buffrénil et al. Vertebrate skeletal histology & Paleohistology flyer : [англ.]. — CRC Press, 2021. — ISBN 978-0-815-39288-0.
  • Клевезаль Г. А., Смирина Э. М. Регистрирующие структуры наземных позвоночных. Краткая история и современное состояние исследований // Зоологический журнал. — 2016. — № 95(8). — С. 872-896. — doi:10.7868/S0044513416080079.
  • Клевезаль Г. А. Принципы и методы определения возраста млекопитающих. — М. : Товарищество научных изданий КМК, 2007. — ISBN 978-5-87317-355-6.
  • Смирина Э.М. Методика определения возраста амфибий и рептилий по слоям в кости // Руководство по изучению земноводных и пресмыкающихся. — Киев : Наукова думка, 1989. — С. 144–153.
  • Чугунова Н.И. Руководство по изучению возраста и роста рыб (методическое пособие по ихтиологии). — М.: АН СССР, 1959. — 163 с.
Эта статья взята у (из) Википедия. Текст лицензируется по Creative Commons Attribution-Share Alike 4.0. К медиа файлам могут применятся дополнительные условия.