Las escamas de los cocodrilos no están codificadas en sus genes y se forman por fractura mecánica

Las plumas, los pelos y las escamas de muchos reptiles tienen un origen morfogenético, su organización espacial tiene como origen el mecanismo de reacción-difusión ideado por Turing, diferenciándose en el embrión a partir de primordios. Sin embargo, las escamas de los cocodrilos tienen un origen diferente, no están controlados por la genética y su morfología es aleatoria a partir de unas estructuras que se fracturan de forma mecánica; por tanto, su origen es biomecánico en lugar de morfogenético. De hecho, la geometría de las escamas en las partes derecha e izquierda de la cabeza es muy diferente. Un nuevo artículo en la revista Science ha combinado análisis de imágenes mediante técnicas de gráficos por ordenador con imágenes de los tejidos en el microscopio. La figura que abre esta entrada muestra cómo se agrieta la piel de un embrión de cocodrilo durante su desarrollo. En la imagen E45 no se observa ninguna grieta, pero en la E55 ya se observan varias grietas primarias a ambos lados de la mandíbulo superior (marcadas con puntas de flecha). En la imagen E65 se observan grietas secundarias   que conectan las grietas primarias. En la imagen E75 se observan las primeras escamas definitivas. El artículo técnico es Michel C. Milinkovitch et al., “Crocodile Head Scales Are Not Developmental Units But Emerge from Physical Cracking,” Science Express, Nov. 29, 2012 [DOI].

En la columna izquierda de esta figura se observa la cabeza de una serpiente del maíz (Elaphe guttata); sus escamas tienen forma poligonal y son muy similares en todos los ejemplares, lo que indica un origen morfogenético. En la parte central de esta figura se observa la cabeza de un cocodrilo del Nilo (Crocodylus niloticus), cuyas escamas poligonales tienen una distribución espacial aleatoria, muy diferente de un individuo a otro, incluso cuando se camparan la parte izquierda y derecha de la cabeza del mismo individuo; en la parte central, abajo, se comparan las escamas de las caras derecha e izquierda del mismo en rojo y en amarillo, y la parte derecha, abajo, de dos individuos diferentes. El tamaño, la forma y la posición de las escamas depende de cada individuo cual huella dactilar.

El proceso de agrietado se inicia con la contracción de una capa de material de tal manera que se acumula tensión mecánica; cuando la tensión excede cierto valor umbral, que depende del material, aparece una fractura. Los cocodrilos tienen una piel gruesa y rígida por su gran cantidad de colágeno en la dermis y de β-queratinas en la epidermis. La piel de la cabeza es el doble de gruesa y está mucho más queratinizada. Durante el crecimiento embrionario de la cabeza, la gran cantidad de queratina provoca tensiones mecánicas que causan la aparición de grietas. a piel muy queratinizada, genera la tensión mecánica que causa agrietamiento. Aquí, no es la capa en la que se forman las grietas la que se contrae, sino la capa de sustrato subyacente la que crece (conduciendo el mismo resultado de forma efectiva). En las serpientes y lagartos las escamas se diferencian y crecen a partir de primordios seminales. En la cabeza presentan escamas grandes con una forma y posición bien definida según la especie. En los cocodrilos, aparecen durante el desarrollo de los primordios responsables de estas grandes escamas de la cabeza una serie de grietas primarias junto a una gran proliferación celular en la dermis, a modo de cura de la herida, que favorece la posterior formación de grietas secundarias. El siguiente vídeo aclara el tratamiento infográfico utilizado en este estudio.