Эмбрион капской домашней змеи (Boaedon capensis), окрашенный для демонстрации развивающихся мышечных блоков в туловище. Эмбрион демонстрирует правостороннюю спираль. Фото: Raul Diaz, California State University Los Angeles

Международная группа ученых под руководством канадских исследователей нашла вероятное объяснение одной из самых необычных особенностей развития змей: почему эмбрионы сворачиваются в тугие спирали перед вылуплением. Это поведение, по-видимому, помогает змеям размещать исключительно длинное тело, которое отличает их от всех других позвоночных.

Результаты, опубликованные в журнале Current Biology, показывают, что спираль формируется по мере быстрого удлинения тела эмбриона, в то время как его кишечник действует как якорь. Это физическое ограничение заставляет растущее тело изгибаться и скручиваться в правостороннюю спираль.

«Это похоже на то, как вы регулируете длину ремня, и более длинная, изгибающаяся сторона петли перекручивается», — объясняет старший автор и руководитель группы доктор Тецуто Мияшита, эволюционный биолог из Канадского музея природы.

Почему в природе образуются спирали

Открытие добавляет эмбрионы змей к длинному списку природных спиральных структур, которые ученые все еще пытаются понять.

«В спиралях есть доля загадочности, и мы только начинаем понимать, как эти формы создаются у животных, таких как наш извитой кишечник, раковины улиток и теперь эти красиво свернутые эмбрионы 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 полосатого столба парикмахерской или даже изображений библейской Вавилонской башни».

Сам проект возник из необычных обстоятельств. Во время карантина COVID-19 в 2020 году Мияшита работал из дома и искал исследовательский вопрос, который его студенты могли бы изучать без доступа к лабораториям или музейным коллекциям.

«И тут меня осенило. Я унаследовал от своего научного руководителя PhD увлечение асимметрией в формах животных. Поэтому каждый раз, когда я видел изображения эмбрионов змей в статьях, я задавался вопросом, закручены ли они вправо или влево».

Этот вопрос стал основой исследования.

Изучено более 900 эмбрионов змей

Мияшита попросил Вебер, которая тогда училась в Карлтонском университете, а также двух студентов-бакалавров Оттавского университета, найти в опубликованных исследованиях и музейных базах данных фотографии развивающихся змей.

«Мы получили изображения более чем 900 эмбрионов 39 видов змей и других безногих ящериц. Это статистически надежная выборка».

Выявилась четкая закономерность. В течение первых нескольких недель после откладки яиц эмбрионы, казалось, закручивались только вправо (декстрально), если смотреть от головы к хвосту.

«На этих стадиях у эмбрионов нет мышц, чтобы двигаться, поэтому разные силы заставляют их закручиваться вправо, — объясняет Вебер. — Но мы не знали, что именно их к этому побуждает».

Поскольку эмбрионы еще не могли активно двигать телом, исследователи заподозрили, что какая-то физическая особенность их развития создает скручивание.

КТ-сканы выявили скрытую структуру кишечника

Ключевую подсказку дал доктор Рауль Диас, сотрудник Калифорнийского государственного университета в Лос-Анджелесе. Диас использовал компьютерную томографию для более детального анатомического изучения эмбрионов змей.

Сканы показали неожиданное расположение внутри развивающегося животного.

«КТ-сканирование эмбриона змеи, проведенное Раулем, выявило структуру, которую мы никогда раньше не видели, — это был столб кишечника, проходящий через спираль скрученного тела, — говорит Мияшита. — Там есть кишечник, отделенный от остального тела, окруженный усиками кровеносных сосудов из желтка».

Это наблюдение дало команде механизм, который они искали.

Эмбрионы змей должны быстро удлиняться, чтобы сформировать свое необычно вытянутое тело, но кишечник растет не с той же скоростью. Несоответствие в росте создает механическое ограничение, которое помогает заставить тело скручиваться в спираль.

«Поэтому они отделяют медленно растущий кишечник, который теперь удерживает удлиняющееся тело. Тело изгибается и скручивается в спираль, — объясняет Мияшита. — Эта сила скручивания направлена так, что эмбрионы растут на противоположной стороне от желтка. А желток всегда находится с левой стороны эмбриона, поэтому эмбрион всегда начинает закручиваться вправо».

Почему направление скручивания позже меняется

Эмбрионы не остаются в этом правостороннем положении на протяжении всего развития. По мере роста желток становится меньше, и у эмбрионов появляется больше места для изменения положения. Их мышцы также созревают, позволяя им начать двигаться самостоятельно.

«Некоторые остаются в правосторонних спиралях, но некоторые перекручиваются влево, — говорит Вебер. — Так что половина этих почти готовых к вылуплению эмбрионов закручена вправо, а другая половина — влево».

Результаты показывают, что первоначальное направление скручивания определяется анатомией развития и физическими силами, а не произвольными мышечными движениями.

Для Мияшиты это открытие также иллюстрирует, как простой наблюдательный вопрос может привести к более широкому биологическому пониманию.

«Ученые давно задаются вопросом, как и почему змеи эволюционировали в свою странную форму тела. Чтобы ответить на этот вопрос, они обычно углублялись в сложные генетические исследования, изучая Hox-гены, энхансеры и так далее, — говорит он. — Это ключевые открытия. Но здесь, во время карантина, мы раскрыли секрет змеи удивительно простым способом — просто просматривая альбом с эмбрионами змей и записывая, в какую сторону они закручены, и внимательно изучая их анатомию».

Новая модель спиралей в биологии

Исследователи полагают, что та же общая модель в конечном итоге может помочь ученым изучать другие спиралевидные структуры, встречающиеся в живых организмах.

«Мы открываем возможность развить эту модель дальше, чтобы объяснить другие спиральные формы в природе», — добавляет он.

Вебер соглашается: «Все началось с любопытства узнать, есть ли у змей "рукость". Было захватывающе проследить это до глубоких выводов об их эволюции».

В состав исследовательской группы входят ученые, студенты и профессора из Канадского музея природы, Университета Британской Колумбии, Карлтонского университета, Оттавского университета, Калифорнийского государственного университета в Лос-Анджелесе и Хельсинкского университета.

Источники:

sciencedaily.com

Материалы предоставлены Канадским музеем природы.

Alexandra Weber, Gillian Watson, Alexis Arvanitis-Vigneault, Kaitlyn Mesa, Charnesha E. Williams, Nicolas Di-Poï, Raul E. Diaz, Tetsuto Miyashita. How snake embryos coil. Current Biology, 2026; DOI: 10.1016/j.cub.2026.07.078