Міжнародна група дослідників під керівництвом науковців із Канади запропонувала пояснення цього явища. Результати роботи, опубліковані в журналі Current Biology, показують: спіраль виникає не тому, що ембріон активно "обирає" таке положення.
На ранніх стадіях у нього ще немає м’язів для таких рухів. Його тіло скручується через фізичне обмеження, пов’язане з ростом. Дослідники вивчили понад 900 ембріонів 39 видів змій та інших безногих лускатих, пише Science daily. Також вони використали комп’ютерну томографію, щоб побачити внутрішню анатомію ембріонів і зрозуміти, що саме змушує тіло згинатися.
Чому ембріон змії закручується у спіраль?
Ключ до відповіді виявився у співвідношенні росту тіла й кишечника. Тіло ембріона змії швидко видовжується, адже тварина має сформувати характерну для виду витягнуту будову. Кишечник росте повільніше й починає діяти як своєрідний зв’язок, який обмежує подовження тіла.
Старший автор дослідження доктор Тецуто Міяшіта, еволюційний біолог Канадського музею природи, пояснює це просто.Це як коли ви регулюєте довжину ремінця, і довша, згинальна сторона петлі скручується".
Тобто ембріон не скручується довільно. Його тіло росте швидше, ніж внутрішня структура, яка його стримує. Через це воно починає вигинатися і закручуватися всередині яйця. Важливу підказку дала комп’ютерна томографія. Доктор Рауль Діас із Каліфорнійського державного університету в Лос-Анджелесі дослідив ембріони змій і виявив структуру, яку команда раніше не бачила в такому вигляді.
КТ ембріона змії, зроблене Раулем, виявило структуру, яку ми ніколи раніше не бачили – це був стовп кишечника, що простягається крізь спіраль тіла, що згортається, – каже Міяшіта.
За його словами, кишечник був відокремлений від решти тіла й оточений кровоносними судинами, пов’язаними з жовтком. Саме ця анатомічна особливість і дала дослідникам можливий механізм формування спіралі. Міяшіта пояснює, що повільніше зростаюча кишка ніби прив’язує тіло, яке продовжує видовжуватися. Унаслідок цього воно згинається, скручується і поступово формує завиток.
Змії ще в яйці закручуються у спіраль / Фото Unsplash
Напрямок теж не випадковий: жовток розташований ліворуч від ембріона, тому тіло починає згортатися праворуч.
Чому вчені шукали відповідь саме у правому й лівому напрямку?
Ідея дослідження виникла під час карантину через COVID у 2020 році. Тоді Міяшіта працював з дому й шукав тему, яку студенти могли б досліджувати без доступу до лабораторій і музейних колекцій.
Тоді мене осяяла лампочка. Я успадкував від свого наукового керівника цю захопленість асиметрією у тварин. Тож щоразу, коли я бачив зображення зміїних ембріонів у статтях, я задавався питанням, чи вони правші чи ліві у своєму згортанні,
– згадує він.
Після цього Александра Вебер, яка тоді навчалася в Карлтонському університеті, разом із двома студентами бакалаврату з Оттавського університету почала шукати зображення ембріонів змій в опублікованих дослідженнях і музейних базах даних. У результаті команда зібрала зображення понад 900 ембріонів.
Вибірка охопила 39 видів змій та інших безногих лускатих, що дало змогу побачити не окрему випадковість, а чітку закономірність. У перші тижні після відкладання яєць ембріони, якщо дивитися від голови до хвоста, згорталися лише праворуч. На цих стадіях вони ще не могли активно рухатися завдяки м’язам, тому дослідники припустили: напрямок задають не поведінка, а фізичні сили й особливості розвитку.
На цих стадіях ембріони не мають м’язів для руху, тому різні сили змушують їх згортатися праворуч. Але ми не знали, що змушує їх це робити,
– пояснює Вебер.
Чому пізніше частина ембріонів змінює напрямок?
Правостороннє згортання не зберігається в усіх змій до самого вилуплення. У міру розвитку жовток зменшується, в яйці стає більше простору, а м’язи ембріона дозрівають. Тоді він уже може змінювати положення активніше. Через це ближче до вилуплення картина стає іншою.
Частина ембріонів залишається у правосторонній спіралі, а частина відхиляється вліво.
Деякі залишаються в правосторонніх спіралях, але деякі відхиляються вліво. Тож половина цих майже вилуплених ембріонів є правшами, а інша половина – лівшами,
– коментує Вебер.
Це означає, що найперший напрямок скручування задається анатомією та фізичними силами, а не свідомим або активним рухом. Пізніше, коли м’язи вже працюють, ембріон отримує більше свободи для зміни положення.