Mengapa hidung basah anjing sama uniknya dengan sidik jari

JENEWA, Swiss — Pernahkah Anda bertanya-tanya mengapa anjing, sapi, dan mamalia lainnya memiliki pola geometris yang khas pada hidungnya yang basah? Bentuk poligonal tersebut bukan sekadar dekorasi acak – melainkan struktur rumit yang membantu menjaga kelembapan hidung hewan dan membantu kemampuannya dalam mencium dan mengatur suhu. Kini, penelitian menarik menunjukkan kepada kita proses luar biasa di balik bagaimana pola-pola ini terbentuk selama perkembangan embrio, sehingga menantang pemahaman kita tentang bagaimana struktur biologis kompleks muncul.

Penelitian yang dipimpin oleh para peneliti di Universitas Jenewa dan beberapa institusi lain di Eropa ini menemukan bahwa pola hidung ini – yang secara teknis disebut “rhinoglyphics” – terbentuk melalui proses mekanis yang menakjubkan, bukan dikodekan secara langsung dalam DNA. Hal ini mirip dengan bagaimana retakan terbentuk pada lumpur yang mengering, namun dengan perubahan biologis yang cerdik yang memastikan pola tersebut berkembang tepat di tempat yang dibutuhkan.

Temuan ini, dipublikasikan di Biologi Saat Inisangat menarik karena mengungkap prinsip baru dalam biologi perkembangan: konsep “informasi posisi mekanis”. Sama seperti koordinat GPS yang memberi tahu Anda di mana Anda berada di Bumi, jaringan yang sedang berkembang memerlukan informasi tentang tempat untuk membentuk struktur tertentu. Para ilmuwan telah lama mengetahui bahwa sinyal kimia memiliki tujuan ini, namun penelitian ini menunjukkan bahwa gaya mekanis juga dapat memberikan informasi posisi penting ini.

“Menemukan contoh spesifik pola indah pada organisme hidup itu mudah,” jelas rekan penulis studi Michel Milinkovitch, seorang profesor di Departemen Genetika dan Evolusi Jenewa, dalam sebuah pernyataan. “Yang harus kita lakukan hanyalah melihat sekeliling kita! Studi terbaru kami berfokus pada hidung anjing, musang, dan sapi, yang menunjukkan jaringan struktur poligonal tunggal.”

Hidung Tahu: Bentuk Mengikuti Fungsi

Pola poligonal ini bukan hanya untuk pertunjukan. Pada anjing, mereka membantu mengumpulkan dan mempertahankan kelembapan yang membuat hidung mereka tetap basah, yang sangat penting untuk indra penciuman mereka yang legendaris. Kelembapan membantu memerangkap molekul aroma, yang kemudian dapat berpindah ke organ sensorik khusus. Pada sapi, pola ini mencakup saluran kecil yang mengeluarkan cairan langsung ke permukaan hidung. Pola tersebut juga berperan dalam pengaturan suhu – pada hewan pengerat, pola tersebut membantu mendinginkan otak, sedangkan pada karnivora, hidung yang dingin dapat membantu mereka mendeteksi mangsa hangat melalui penginderaan inframerah.

Untuk memahami bagaimana pola-pola ini terbentuk, tim peneliti meneliti perkembangan hidung pada embrio sapi, anjing, dan musang menggunakan teknik pencitraan canggih. Mereka menemukan bahwa proses tersebut terjadi dalam tiga tahap utama, seperti proyek arsitektur yang dikoreografikan dengan cermat.

Cetak Biru: Bagaimana Alam Membangun Hidung yang Berpola

Pertama, jaringan pembuluh darah terbentuk di bawah kulit. Bejana-bejana ini berfungsi sebagai templat, seperti halnya fondasi sebuah bangunan. Selanjutnya, lapisan dasar kulit (disebut epidermis) mulai terlipat, membentuk struktur seperti cangkir di antara pembuluh darah. Terakhir, lapisan kulit luar membentuk lipatan yang sejajar sempurna dengan pembuluh darah di bawahnya, menciptakan kubah poligonal khas yang kita lihat pada hidung hewan dewasa.

Apa yang membuat proses ini luar biasa adalah proses ini dapat diatur dengan sendirinya – artinya pola-pola ini muncul secara alami dari sifat fisik jaringan yang sedang tumbuh, dan bukan mengikuti cetak biru genetik yang ketat. Hal ini mirip dengan bagaimana gelembung sabun secara alami membentuk pola heksagonal ketika diremas, namun dengan perbedaan penting: pembuluh darah bertindak sebagai tiang pemandu, memastikan pola terbentuk di tempat yang tepat.

Para peneliti mengkonfirmasi mekanisme ini melalui observasi rinci dan simulasi komputer. Mereka menciptakan model virtual jaringan hidung yang sedang tumbuh dan menunjukkan bahwa ketika pembuluh darah dibuat lebih kaku dibandingkan jaringan di sekitarnya – seperti pada hewan asli – polanya akan terbentuk dengan benar. Ketika perbedaan kekakuan ini dihilangkan dalam simulasi, polanya menjadi tidak beraturan dan tidak realistis.

“Simulasi numerik kami menunjukkan bahwa tekanan mekanis yang dihasilkan oleh pertumbuhan epidermis yang berlebihan terkonsentrasi pada posisi pembuluh darah di bawahnya, yang membentuk titik penyangga yang kaku,” jelas penulis pertama Paule Dagenais, rekan pasca doktoral di Departemen Genetika dan Evolusi. “Lapisan epidermis kemudian didorong ke luar, membentuk kubah – mirip dengan lengkungan yang menjulang di atas pilar yang kaku.”

Eksperimen Alami: Perbandingan Klon

Salah satu bukti paling menarik datang dari perbandingan pola hidung sapi hasil kloning. Meskipun memiliki DNA yang identik, klon-klon ini menunjukkan variasi pola hidung yang sama besarnya dengan sapi yang tidak berkerabat. Hal ini membuktikan bahwa susunan pola yang tepat tidak ditentukan sebelumnya secara genetis, namun muncul melalui proses mekanis ini.

Tim peneliti juga meneliti sapi dengan kondisi yang disebut sindrom Ehlers-Danlos, yang mempengaruhi elastisitas jaringan. Sapi-sapi ini menunjukkan pola hidung yang terganggu, yang semakin menegaskan bahwa sifat mekanik, dan bukan instruksi genetik saja, sangat penting untuk pembentukan pola yang tepat.

Memahami bagaimana hidung mamalia mengembangkan pola khasnya tidak hanya memuaskan keingintahuan ilmiah. Penelitian ini mengungkapkan prinsip-prinsip baru pengembangan biologis yang dapat menginspirasi inovasi dalam rekayasa jaringan dan desain biomaterial, sekali lagi menunjukkan bagaimana solusi alam dapat memandu inovasi manusia.

“Ini adalah pertama kalinya informasi posisi mekanis dijelaskan untuk menjelaskan pembentukan struktur selama perkembangan embrio,” Milinkovitch menyimpulkan. “Tapi kami yakin ini akan membantu menjelaskan pembentukan struktur biologis lain yang terkait dengan keberadaan pembuluh darah.”