Ett internationellt forskarlag, lett av forskare i Kanada, har äntligen knäckt gåtan med varför ormembryon vrider sig till täta spiraler innan de kläcks. Svaret, publicerat i Current Biology, handlar inte om någon existentiell ångest över deras kroppars längd – även om det ligger nära. Det visar sig att spiralformen är en fysisk nödvändighet för att rymma deras exceptionellt långa kroppar, vilket skiljer dem från alla andra ryggradsdjur.
Spiralen bildas när embryots kropp snabbt förlängs medan tarmen fungerar som en koppel, vilket får den växande kroppen att buckla och vrida sig till en högerhänt spiral. "Det är som när du justerar längden på en rem och den längre, bucklande sidan av öglan vrider sig", förklarar Dr. Tetsuto Miyashita, evolutionsbiolog vid Canadian Museum of Nature och huvudförfattare till studien.
Upptäckten lägger till ormembryon till den växande listan av naturliga spiralstrukturer som fortsätter att förbrylla forskare. "Det finns en touch av mystik kring spiraler, och vi börjar bara förstå hur dessa former produceras hos djur, som vår slingrande tarm, snäckskal och nu dessa vackert spiralformade ormembryon", säger huvudförfattaren Alexandra Weber, nu doktorand i zoologi vid University of British Columbia.
Miyashita tillägger: "Dessa pussel lockar vår nyfikenhet. När allt kommer omkring har spiralformer i naturen inspirerat mänskliga skapelser allt från rotini-pasta till barberarstången eller till och med skildringar av den bibliska 'Babels torn'."
Projektet självt föddes ur en ganska vardaglig omständighet: COVID-nedstängningen 2020. Miyashita, som arbetade hemifrån, behövde en forskningsfråga som hans studenter kunde ta itu med utan laboratorier eller museumsamlingar. "Sedan tändes lampan. Jag hade ärvt från min PhD-handledare en fascination för asymmetrier i djurformer. Så varje gång jag såg bilder av ormembryon i artiklar undrade jag om de var höger- eller vänsterhänta i sin spiral."
Den frågan blev grunden för studien. Miyashita bad Weber, då vid Carleton University, tillsammans med två grundstudenter vid University of Ottawa, att genomsöka publicerad forskning och museumsdatabaser efter fotografier av utvecklande ormar. "Vi fick bilder för mer än 900 embryon från 39 ormarter och andra benlösa skinkarter. Det är ett statistiskt robust urval."
Ett tydligt mönster framträdde: under de första veckorna efter att äggen lagts, spiralade embryon endast dextralt – till höger, sett från huvud till svans. "I dessa stadier har embryona inga muskler att röra sig med, så olika krafter får dem att spiralera högerhänt", förklarar Weber. "Men vi visste inte vad som fick dem att göra det."
En avgörande ledtråd kom från Dr. Raul Diaz, en samarbetspartner vid California State University Los Angeles. Diaz använde CT-avbildning för att undersöka ormembryon i större anatomisk detalj, vilket avslöjade något oväntat: "Rauls CT-skanning av ett ormembryo avslöjade en struktur vi aldrig sett tidigare – det var en pelare av tarm som sträckte sig genom spiralen av den spiralformade kroppen", säger Miyashita. "Det finns en tarm som är avskild från resten av kroppen, omgiven av slingor av blodkärl från gulesäcken."
Den observationen gav teamet den mekanism de sökte. Ormembryon måste förlängas snabbt, men tarmen växer inte i samma takt. Missmatchningen skapar en mekanisk begränsning som tvingar kroppen till en spiral. "Så de lossar den långsamt växande tarmen, som nu fungerar som ett koppel för den förlängande kroppen. Kroppen bucklar och vrider sig till en spiral", förklarar Miyashita. "Denna spiralformande kraft är riktad så att embryona växer till motsatt sida av gulesäcken. Och gulesäcken är alltid på embryots vänstra sida, därför kommer embryot alltid att börja spiralera högerhänt."
Embryona förblir inte låsta i detta högerhänta arrangemang för evigt. När de växer krymper gulesäcken, vilket ger dem mer utrymme att röra sig, och deras muskler mognar, vilket gör att de kan röra sig på egen hand. "Vissa förblir i högerhänta spiraler, men vissa vrider sig till vänster si