Een internationaal onderzoeksteam, geleid door wetenschappers in Canada, heeft eindelijk het mysterie opgelost waarom slangenembryo's zich vóór het uitkomen in strakke spiralen oprollen. Het antwoord, gepubliceerd in Current Biology, is niet een of ander existentieel onbehagen over de lengte van hun lichaam – hoewel dat er dicht bij komt. Het blijkt dat het oprollen een fysieke noodzaak is om hun uitzonderlijk lange lichaam te huisvesten, wat hen onderscheidt van alle andere gewervelde dieren.

De spiraal ontstaat wanneer het lichaam van het embryo snel langer wordt terwijl zijn darm als een riem fungeert, waardoor het groeiende lichaam knikt en in een rechtsdraaiende spiraal draait. "Het is alsof je de lengte van een band aanpast en de langere, knikkende kant van de lus draait," legt Dr. Tetsuto Miyashita uit, evolutionair bioloog bij het Canadian Museum of Nature en senior auteur van de studie.

De ontdekking voegt slangenembryo's toe aan de groeiende lijst van natuurlijke spiraalstructuren die wetenschappers blijven verbazen. "Er is een vleugje mysterie aan spiralen, en we beginnen pas te begrijpen hoe deze vormen in dieren worden geproduceerd, zoals onze kronkelende darm, slakkenhuizen, en nu deze prachtig opgerolde slangenembryo's," zegt hoofdauteur Alexandra Weber, nu een masterstudent zoölogie aan de University of British Columbia.

Miyashita voegt toe: "Deze puzzels prikkelen onze nieuwsgierigheid. Spiraalvormen in de natuur hebben immers menselijke creaties geïnspireerd, van fusilli-pasta tot een kapperspaal of zelfs afbeeldingen van de bijbelse 'Toren van Babel'."

Het project zelf is ontstaan uit een nogal alledaagse omstandigheid: de COVID-lockdown in 2020. Miyashita, die vanuit huis werkte, had een onderzoeksvraag nodig die zijn studenten konden aanpakken zonder laboratoria of museumcollecties. "Toen ging er een lampje branden. Ik had van mijn PhD-begeleider deze fascinatie voor asymmetrieën in diervormen geërfd. Dus elke keer dat ik afbeeldingen van slangenembryo's in artikelen zag, vroeg ik me af of ze rechts- of linksdraaiend waren in hun kronkeling."

Die vraag werd de basis van de studie. Miyashita vroeg Weber, toen aan Carleton University, samen met twee bachelorstudenten aan de University of Ottawa, om gepubliceerd onderzoek en museumdatabases te doorzoeken op foto's van zich ontwikkelende slangen. "We kregen foto's van meer dan 900 embryo's van 39 slangensoorten en andere pootloze squamaten. Dat is een statistisch robuuste steekproef."

Er kwam een duidelijk patroon naar voren: tijdens de eerste weken nadat eieren waren gelegd, kronkelden embryo's alleen dextraal – naar rechts, gezien van kop tot staart. "In deze stadia hebben de embryo's geen spieren om te bewegen, dus verschillende krachten zorgen ervoor dat ze rechtsom kronkelen," legt Weber uit. "Maar we wisten niet wat hen daartoe aanzette."

Een cruciale aanwijzing kwam van Dr. Raul Diaz, een medewerker aan de California State University Los Angeles. Diaz gebruikte CT-beeldvorming om slangenembryo's in groter anatomisch detail te onderzoeken, wat iets onverwachts onthulde: "Raul's CT-scan van een slangenembryo onthulde een structuur die we nog nooit hadden gezien – het was een pilaar van darm die door de spiraal van het kronkelende lichaam liep," zegt Miyashita. "Er is een darm die losstaat van de rest van het lichaam, omgeven door slierten van bloedvaten uit de dooier."

Die observatie gaf het team het mechanisme dat ze zochten. Slangenembryo's moeten snel in lengte toenemen, maar de darm groeit niet in hetzelfde tempo. De mismatch creëert een mechanische beperking die het lichaam dwingt in een spiraal te gaan. "Dus ze maken de langzaam groeiende darm los, die nu het verlengende lichaam vasthoudt. Het lichaam knikt en draait in een kronkeling," legt Miyashita uit. "Deze kronkelkracht is gericht zodat de embryo's groeien naar de andere kant van de dooier. En de dooier zit altijd aan de linkerkant van het embryo, dus het embryo zal altijd rechtsom beginnen te kronkelen."

De embryo's blijven niet voor altijd in deze rechtsdraaiende opstelling. Naarmate ze groeien, krimpt de dooier, waardoor ze meer ruimte krijgen om te bewegen, en hun spieren rijpen, waardoor ze zelf kunnen bewegen. "Sommige blijven in rechtsdraaiende spiralen, maar sommige kronkelen terug naar de linkerkant als ze groter worden," zegt Weber. "Maar de initiële kronkeling is altijd rechts."

De onderzoekers hopen dat hun bevindingen niet alleen licht werpen op de ontwikkeling van slangen, maar ook op de bredere principes van hoe vormen in de natuur ontstaan. "Spiralen zijn overal, van DNA tot wervelstormen," zegt Miyashita. "Door te begrijpen hoe ze in embryo's ontstaan, krijgen we inzicht in de fundamentele krachten die biologische structuren vormgeven."