캐나다 과학자들이 이끄는 국제 연구팀이 마침내 뱀 배아가 부화 전에 단단한 나선형으로 감기는 이유의 수수께끼를 풀었다. Current Biology에 발표된 답은 몸 길이에 대한 실존적 두려움 때문이 아니다. 비록 그에 가깝지만. 알고 보니 그 감김은 다른 모든 척추동물과 구별되는 그들의 유난히 긴 몸을 수용하기 위한 물리적 필요성이라는 것이다.

나선형은 배아의 몸이 빠르게 길어지는 동안 창자가 밧줄 역할을 하여 자라는 몸이 휘어지고 오른쪽 나선으로 꼬이면서 형성된다. "끈 길이를 조절할 때 긴 쪽의 휘는 부분이 꼬이는 것과 같다"고 이 연구의 선임 저자인 캐나다 자연 박물관의 진화 생물학자 테츠토 미야시타 박사가 설명한다.

이 발견으로 뱀 배아는 과학자들을 계속 당혹시키는 자연의 나선 구조 목록에 추가되었다. "나선에는 신비감이 있고, 우리는 동물에서 이러한 모양이 어떻게 생성되는지 이해하기 시작했을 뿐입니다. 예를 들어 우리의 구불구불한 창자, 달팽이 껍질, 그리고 이제 아름답게 감긴 뱀 배아가 그렇습니다"라고 현재 브리티시 컬럼비아 대학의 동물학 대학원생인 주 저자 알렉산드라 웨버가 말한다.

미야시타는 덧붙인다: "이러한 수수께끼는 우리의 호기심을 자극합니다. 결국 자연의 나선형은 로티니 파스타, 이발소의 빨간 막대, 심지어 성경의 '바벨탑' 묘사에 이르기까지 인간의 창작물에 영감을 주었습니다."

이 프로젝트 자체는 다소 평범한 상황에서 탄생했다: 2020년 COVID 봉쇄. 집에서 일하던 미야시타는 학생들이 실험실이나 박물관 소장품 없이 해결할 수 있는 연구 질문이 필요했다. "그때 아이디어가 떠올랐습니다. 나는 박사 지도교수로부터 동물 형태의 비대칭성에 대한 매혹을 물려받았습니다. 그래서 논문에서 뱀 배아 이미지를 볼 때마다 그들이 오른쪽으로 감는지 왼쪽으로 감는지 궁금했습니다."

그 질문이 연구의 기초가 되었다. 미야시타는 당시 칼턴 대학에 있던 웨버와 오타와 대학의 학부생 두 명에게 출판된 연구와 박물관 데이터베이스에서 발달 중인 뱀의 사진을 샅샅이 뒤지도록 요청했다. "우리는 39종의 뱀과 다른 다리 없는 유린목 종에서 900개 이상의 배아 사진을 얻었습니다. 통계적으로 견고한 표본입니다."

명확한 패턴이 나타났다: 알을 낳은 후 처음 몇 주 동안 배아는 오른쪽으로만 감겼다. 머리에서 꼬리로 볼 때 오른쪽으로. "이 단계에서 배아는 움직일 근육이 없으므로 다른 힘이 오른쪽으로 감기게 만듭니다"라고 웨버는 설명한다. "하지만 무엇이 그렇게 만드는지 우리는 몰랐습니다."

결정적인 단서는 캘리포니아 주립대학교 로스앤젤레스의 협력자 라울 디아즈 박사에게서 나왔다. 디아즈는 CT 이미징을 사용하여 뱀 배아를 더 자세한 해부학적 세부 사항으로 조사했고, 예상치 못한 것을 발견했다: "라울의 뱀 배아 CT 스캔은 우리가 이전에 본 적이 없는 구조를 드러냈습니다. 그것은 나선형으로 감긴 몸을 통해 뻗어 있는 창자 기둥이었습니다"라고 미야시타는 말한다. "몸의 나머지 부분에서 분리된 창자가 있고, 노른자의 혈관 덩굴손으로 둘러싸여 있습니다."

그 관찰은 팀이 찾던 메커니즘을 제공했다. 뱀 배아는 빠르게 길어져야 하지만 창자는 같은 속도로 자라지 않는다. 그 불일치는 몸을 나선형으로 강제하는 기계적 제약을 만든다. "그래서 그들은 느리게 자라는 창자를 분리합니다. 이제 그것은 길어지는 몸을 묶는 밧줄 역할을 합니다. 몸은 휘어지고 꼬여서 감깁니다"라고 미야시타는 설명한다. "이 감기는 힘은 배아가 노른자의 반대쪽으로 자라도록 방향이 정해집니다. 그리고 노른자는 항상 배아의 왼쪽에 있으므로 배아는 항상 오른쪽으로 감기기 시작합니다."

배아는 이 오른쪽 배열에 영원히 갇혀 있지 않다. 자라면서 노른자가 줄어들어 움직일 공간이 더 생기고 근육이 성숙하여 스스로 움직일 수 있게 된다. "어떤 것은 오른쪽 감김을 유지하지만, 어떤 것은 왼쪽으로 다시 감깁니다"라고 웨버는 말한다. "우리는 이 변화가 언제, 어떻게 일어나는지 아직 모릅니다. 그것은 미래 연구를 위한 질문입니다."

이 연구는 또한 뱀 배아의 감김이 단순한 우연이 아니라 발달의 필수적인 부분임을 시사한다. "이 나선형은 뱀이 긴 몸을 발달시키는 독특한 방법입니다"라고 미야시타는 말한다. "그리고 그것은 자연이 어떻게 복잡한 형태를 만들어내는지에 대한 더 깊은 이해를 제공합니다."

이 연구는 COVID-19 팬데믹 기간 동안 과학자들이 어떻게 적응했는지도 보여준다. "우리는 실험실에 접근할 수 없었지만, 여전히 의미 있는 연구를 할 수 있었습니다"라고 웨버는 말한다. "그것은 과학이 장애물을 극복할 수 있다는 증거입니다."

이 연구는 Current Biology 저널에 게재되었으며, 캐나다 자연 박물관, 브리티시 컬럼비아 대학, 칼턴 대학, 오타와 대학, 캘리포니아 주립대학교 로스앤젤레스의 연구자들이 참여했다.