Международная группа исследователей под руководством канадских ученых наконец разгадала тайну, почему зародыши змей перед вылуплением закручиваются в тугие спирали. Ответ, опубликованный в Current Biology, — это не экзистенциальный ужас перед длиной их тел, хотя это близко. Оказывается, закручивание — это физическая необходимость для размещения их исключительно длинных тел, что отличает их от всех других позвоночных.

Спираль формируется, когда тело зародыша быстро удлиняется, а кишечник действует как поводок, заставляя растущее тело изгибаться и скручиваться в правозакрученную спираль. «Это как когда вы регулируете длину ремня, и более длинная, изгибающаяся сторона петли скручивается», — объясняет доктор Тецуто Мияшита, эволюционный биолог из Канадского музея природы и старший автор исследования.

Это открытие добавляет зародышей змей к растущему списку природных спиральных структур, которые продолжают озадачивать ученых. «В спиралях есть доля загадочности, и мы только начинаем понимать, как эти формы создаются у животных, таких как наш извивающийся кишечник, раковины улиток и теперь эти красиво закрученные зародыши змей», — говорит ведущий автор Александра Вебер, ныне аспирантка по зоологии в Университете Британской Колумбии.

Мияшита добавляет: «Эти загадки пробуждают наше любопытство. В конце концов, спиральные формы в природе вдохновляли человеческие творения: от пасты ротини до парикмахерского столба и даже изображений библейской Вавилонской башни».

Сам проект родился из довольно прозаического обстоятельства: карантина COVID в 2020 году. Мияшита, работая из дома, нуждался в исследовательском вопросе, который его студенты могли бы решить без лабораторий и музейных коллекций. «Тут меня осенило. Я унаследовал от своего научного руководителя увлечение асимметрией в формах животных. Поэтому каждый раз, когда я видел изображения зародышей змей в статьях, я задавался вопросом, закручены ли они вправо или влево».

Этот вопрос стал основой исследования. Мияшита попросил Вебер, тогда учившуюся в Карлтонском университете, вместе с двумя студентами бакалавриата из Оттавского университета прочесать опубликованные исследования и базы данных музеев в поисках фотографий развивающихся змей. «Мы получили изображения более чем 900 зародышей 39 видов змей и других безногих ящериц. Это статистически надежная выборка».

Выявилась четкая закономерность: в течение первых нескольких недель после откладки яиц зародыши закручивались только вправо (если смотреть от головы к хвосту). «На этих стадиях у зародышей нет мышц, чтобы двигаться, поэтому разные силы заставляют их закручиваться вправо», — объясняет Вебер. «Но мы не знали, что именно это вызывает».

Решающую подсказку дал доктор Рауль Диас, сотрудник из Калифорнийского государственного университета в Лос-Анджелесе. Диас использовал компьютерную томографию для изучения зародышей змей с большей анатомической детализацией, что выявило неожиданное: «КТ-сканирование зародыша змеи, сделанное Раулем, показало структуру, которую мы никогда раньше не видели — это был столб кишечника, протянувшийся через спираль закрученного тела», — говорит Мияшита. «Там есть кишечник, отделенный от остального тела, окруженный усиками кровеносных сосудов из желтка».

Это наблюдение дало команде искомый механизм. Зародыши змей должны быстро удлиняться, но кишечник растет не с той же скоростью. Несоответствие создает механическое ограничение, которое заставляет тело скручиваться в спираль. «Таким образом, они отделяют медленно растущий кишечник, который теперь удерживает удлиняющееся тело. Тело изгибается и скручивается в спираль», — объясняет Мияшита. «Эта сила закручивания направлена так, что зародыши растут на противоположную сторону желтка. А желток всегда находится с левой стороны зародыша, поэтому зародыш всегда начинает закручиваться вправо».

Зародыши не остаются в этом правозакрученном положении навсегда. По мере роста желток уменьшается, давая им больше места для перемещения, а мышцы созревают, позволяя им двигаться самостоятельно. «Некоторые остаются в правозакрученных спиралях, но некоторые перекручиваются влево».