Международная группа исследователей под руководством ученых из Канады предложила объяснение этому явлению. Результаты работы, опубликованные в журнале Current Biology, показывают: спираль возникает не потому, что эмбрион активно "выбирает" такое положение.
На ранних стадиях у него еще нет мышц для таких движений. Его тело скручивается из-за физического ограничения, связанного с ростом. Исследователи изучили более 900 эмбрионов 39 видов змей и других бесногих чешуйчатых, пишет Science Daily. Также они использовали компьютерную томографию, чтобы увидеть внутреннюю анатомию эмбрионов и понять, что именно заставляет тело сгибаться.
Почему эмбрион змеи скручивается в спираль?
Ключ к ответу оказался в соотношении роста тела и кишечника. Тело эмбриона змеи быстро удлиняется, ведь животное должно сформировать характерное для вида вытянутое строение. Кишечник растет медленнее и начинает действовать как своеобразная связка, ограничивающая удлинение тела.
Старший автор исследования доктор Тэцуто Миясита, эволюционный биолог Канадского музея природы, объясняет это просто: "Это как когда вы регулируете длину ремешка, и более длинная, сгибающаяся сторона петли скручивается".
То есть эмбрион не скручивается произвольно. Его тело растет быстрее, чем внутренняя структура, которая его сдерживает. Из-за этого оно начинает изгибаться и закручиваться внутри яйца. Важную подсказку дала компьютерная томография. Доктор Рауль Диас из Калифорнийского государственного университета в Лос-Анджелесе исследовал эмбрионы змей и обнаружил структуру, которую команда ранее не видела в таком виде.
КТ эмбриона змеи, сделанное Раулем, выявило структуру, что мы никогда раньше не видели – это был столб кишечника, проходящий сквозь спираль скручивающегося тела,
– говорит Миясита.
По его словам, кишечник был отделен от остальной части тела и окружен кровеносными сосудами, связанными с желтком. Именно эта анатомическая особенность и дала исследователям возможный механизм формирования спирали. Миясита объясняет, что более медленно растущий кишечник как бы привязывает тело, которое продолжает удлиняться. В результате оно изгибается, скручивается и постепенно формирует завиток.
Змеи еще в яйце закручиваются в спираль / Фото Unsplash
Направление тоже не случайно: желток расположен слева от эмбриона, поэтому тело начинает скручиваться вправо.
Почему ученые искали ответ именно в правом и левом направлениях?
Идея исследования возникла во время карантина из-за COVID в 2020 году. Тогда Миясита работал из дома и искал тему, которую студенты могли бы исследовать без доступа к лабораториям и музейным коллекциям.
Тогда у меня в голове зажглась лампочка. Я унаследовал от своего научного руководителя эту увлеченность асимметрией у животных. Поэтому каждый раз, когда я видел изображения эмбрионов змей в статьях, я задавался вопросом, правые они или левые в своем скручивании,
– вспоминает он.
После этого Александра Вебер, которая тогда училась в Карлтонском университете, вместе с двумя студентами бакалавриата из Оттавского университета начала искать изображения эмбрионов змей в опубликованных исследованиях и музейных базах данных. В результате команда собрала изображения более 900 эмбрионов.
Выборка охватила 39 видов змей и других бесногих чешуйчатых, что позволило увидеть не единичную случайность, а четкую закономерность. В первые недели после откладки яиц эмбрионы, если смотреть от головы к хвосту, скручивались только вправо. На этих стадиях они еще не могли активно двигаться с помощью мышц, поэтому исследователи предположили: направление задают не поведение, а физические силы и особенности развития.
На этих стадиях у эмбрионов нет мышц для движения, поэтому различные силы заставляют их сворачиваться вправо. Но мы не знали, почему они это делают,
– объясняет Вебер.
Почему позже часть эмбрионов меняет направление?
Правостороннее скручивание сохраняется не у всех змей до самого вылупления. По мере развития желток уменьшается, в яйце становится больше пространства, а мышцы эмбриона созревают. Тогда он уже может менять положение более активно. Из-за этого ближе к вылуплению картина меняется.
Часть эмбрионов остается в правосторонней спирали, а часть отклоняется влево.
Некоторые остаются в правосторонних спиралях, но некоторые отклоняются влево. Таким образом, половина этих почти вылупившихся эмбрионов – правшами, а другая половина – левшами,
– комментирует Вебер.
Это означает, что самое первое направление скручивания определяется анатомией и физическими силами, а не сознательным или активным движением. Позже, когда мышцы уже работают, эмбрион получает больше свободы для изменения положения.