3530
Майже всі зародки змій на перших етапах розвитку скручуються в спіраль так, що їхні перші витки спрямовані праворуч. Команда дослідників з Канади та інших країн пов’язала цю дивну «праворукість» не з роботою м’язів, а з тим, як у яйці по-різному ростуть тіло й кишківник. Про це йдеться у статті, опублікованій у журналі Current Biology, короткий виклад якої подає SciTechDaily.
Як кишківник формує перші спіралі
Поки зародок змії росте всередині яйця, його видовжуване тіло змушене згортатися в спіраль задовго до того, як з’являться розвинені м’язи. Нові дані свідчать, що в цей час важливу роль відіграє кишківник, який не встигає подовжуватися так швидко, як решта тіла.
Міжнародна група під керівництвом еволюційного біолога д-ра Тецуто Міяшити (Tetsuto Miyashita) з Канадського музею природи простежила цей механізм завдяки комп’ютерній томографії (CT). Співробітник команди д-р Рауль Діас (Raul Diaz) з Державного університету Каліфорнії в Лос-Анджелесі просканував зародки змій і виявив у них незвичну внутрішню структуру.
На знімках видно своєрідний «вісцеральний стовп» – сегмент кишківника, відокремлений від основної осі тіла й оточений судинами, що тягнуться від жовтка. Поки тіло зародка швидко видовжується, відносно повільний у рості кишківник ніби відчіплюють і він починає утримувати на собі решту тіла.
Через це несинхронне подовження тіло «буклюється» і закручується у спіраль. За словами Міяшити, ця сила скручування спрямована так, що зародок опиняється по протилежний від жовтка бік. Оскільки жовток у зміїних зародків стабільно розташований ліворуч, перший виток спіралі майже завжди виявляється правобічним.
Дослідники порівнюють це з ременем: коли одна сторона петлі довша й починає згинатися, вона закручується у певний бік.
Правий виток — ще до появи м’язів
Пошук фізичного пояснення почався з того, що команда помітила: протягом перших тижнів після відкладання яєць зародки завжди скручені в правобічну (декстральну) спіраль від голови до хвоста.
На цих ранніх стадіях вони ще не мають розвинених м’язів, тож активно рухатися не можуть. Отже, спрямованість скручування задають не самі зародки, а механічні сили, що виникають усередині тіла під час росту.
Коли розвиток триває, жовток зменшується, м’язи міцнішають, і зародки починають ворушитися та змінювати положення. Частина з них зберігає правобічну спіраль, а частина перекручується так, що перед вилупленням вже має лівобічні завитки. За підрахунками авторів, приблизно половина пізніх зародків виявляється правобічною, а половина – лівобічною.
Як пандемія допомогла зібрати 900 зародків
Ключ до розуміння цього явища з’явився під час карантину через COVID‑19 у 2020 році. Працюючи вдома і шукаючи проект, який студенти змогли б виконувати без доступу до лабораторій і колекцій, Міяшита згадав про свою давню цікавість до асиметрій у будові тіла тварин.
Він доручив тоді студентці Александрі Вебер (Alexandra Weber) та ще двом студентам розшукати в науковій літературі й музейних базах даних фотографії та скани зародків змій і інших безногих лускатих (скватів), а також запросити додаткові знімки електронною поштою.
У підсумку команда зібрала зображення понад 900 зародків із 39 видів змій та інших безногих скватів. Така вибірка дала змогу статистично впевнено оцінити поширеність правобічних і лівобічних завитків та виявити закономірність раннього правого скручування.
Автори підкреслюють, що багато дослідників вивчають походження видовженого тіла змій переважно на рівні генів і регуляторних ділянок ДНК, зокрема Hox-генів. Натомість їхня робота показала, що уважний погляд на анатомію й прості спостереження за формою зародків теж можуть дати неочікувані підказки про еволюцію цих тварин.
Чи пояснить модель інші спіралі в природі
Команда сподівається перевірити, чи може описаний механізм несинхронного росту і «тethering» кишківника допомогти зрозуміти походження інших спіральних структур у тварин.
Серед можливих об’єктів для порівняння дослідники називають петлеподібний людський кишечник, мушлі равликів та інші природні спіралі. Вони припускають, що принцип, виявлений у зміїних зародках, може виявитися частиною ширшої моделі формування спіральних форм.
На думку авторів, загадкові спіралі в природі давно надихали людей — від спіральної пасти і барбер-полів до художніх зображень біблійної «Вежі Вавилонської». Тепер, завдяки поєднанню комп’ютерної томографії та ретельного аналізу фотографій, вчені роблять крок до фізичного пояснення того, як такі форми виникають у живих організмах.
Несинхронний ріст тіла і кишківника змушує зародків змій скручуватися праворуч з’явилася спочатку на Цікавості.
