Jau ilgu laiku biologus mulsinājis kāds neparasts čūsku attīstības noslēpums — kāpēc embriji olā saritinās ciešā spirālē un agrīnajā attīstības stadijā gandrīz vienmēr vērpjas vienā un tajā pašā virzienā. Jauns pētījums beidzot piedāvā skaidrojumu: vainīga ir atšķirīgā ķermeņa un zarnu augšanas ātruma kombinācija. Zinātnieki beidzot sapratuši, kāpēc čūsku embriji saritinās spirālē — atbilde izrādījusies pārsteidzoši vienkārša
Čūskas jau pieaugušā vecumā izceļas ar ārkārtīgi garu ķermeni, taču izrādās, ka ceļš līdz šādam ķermeņa uzbūves tipam sākas vēl pirms izšķilšanās no olas.
Pētnieki no vairākām institūcijām pētīja čūsku embriju attīstību un mēģināja noskaidrot, kāpēc tie noteiktā attīstības posmā izveido tik raksturīgu spirāli.
Lai rastu atbildi, zinātnieki analizēja vairāk nekā 900 embriju attēlus no 39 čūsku un citu bezkāju rāpuļu sugām. Atklājās ļoti izteikta likumsakarība — agrīnā attīstības stadijā embriji gandrīz vienmēr saritinās pa labi.
Embriji vēl nemaz nespēj paši kustēties
Interesantākais ir tas, ka šajā attīstības posmā čūsku embrijiem vēl nav pietiekami attīstītu muskuļu, lai tie paši varētu aktīvi saritināt savu ķermeni.
Tas nozīmē, ka spirāle neveidojas tāpēc, ka mazā čūska apzināti “izvēlas” šādu pozu. Tās veidošanos nosaka fiziski procesi, kas notiek augošajā embrijā.
Taču kas tieši izraisa šo neparasto savērpšanos?
Atbildi palīdzēja atrast datortomogrāfija.
Pārsteidzošais atradums embrija iekšienē
Kad pētnieki ar CT palīdzību aplūkoja embrijus daudz detalizētāk, viņi ieraudzīja struktūru, kas iepriekš nebija pamanīta.
Embrija spirāles vidū atrodas sava veida “zarnu stabs” — zarnu audi, kas noteiktā attīstības posmā ir saistīti ar apkārtējiem audiem un darbojas kā savdabīgs balsts jeb saite augošajam ķermenim.
Tieši šeit slēpjas visa noslēpuma atslēga.
Čūskas ķermenis attīstības sākumā sāk pagarināties ļoti strauji, taču gremošanas trakts nespēj augt tikpat ātri. Rezultātā veidojas situācija, kurā viena ķermeņa daļa kļūst garāka, kamēr otra to it kā aiztur.
Tas rada mehānisku spriegumu.
Līdzīgi kā siksna vai aukla, kas kļūst garāka, bet tiek aizturēta vienā vietā, arī embrija ķermenis sāk ieliekties, saliekties un savērpties.
Kāpēc spirāle gandrīz vienmēr vērpjas pa labi?
Arī šim jautājumam pētniekiem ir skaidrojums.
Čūskas embrijā dzeltenums, kas nodrošina auglim nepieciešamās barības vielas, atrodas tā kreisajā pusē. Augošais ķermenis tiek mehāniski virzīts prom no dzeltenuma, un tā rezultātā agrīnajā attīstības stadijā veidojas labās puses jeb pulksteņrādītāja virziena spirāle.
Tātad čūskas embrija savērpšanās nav nejaušība — tā ir augšanas fizikas sekas.
Spirāle palīdz čūskai kļūt garai
Šis atklājums ir svarīgs ne tikai tāpēc, ka beidzot izskaidro savdabīgu embriju uzvedību.
Pētnieki uzskata, ka savērpšanās var būt viens no mehānismiem, kas ļauj čūskai izveidot ārkārtīgi garu ķermeni, vienlaikus atrodoties ierobežotajā olas telpā.
Citiem vārdiem — spirāle nav tikai neizbēgama garā ķermeņa blakusparādība. Tā, iespējams, ir viens no risinājumiem, kas palīdz čūskai vispār kļūt tik garai.
Vēlāk embrijs sāk “mainīt viedokli”
Interesanti, ka čūsku embriji nepaliek saritināti vienā virzienā visu attīstības laiku.
Kad embriji kļūst lielāki, dzeltenuma daudzums samazinās un tiem rodas vairāk vietas. Tajā pašā laikā attīstās muskuļi, un embriji sāk spēt paši kustēties.
Tāpēc vēlākā attīstības posmā daļa embriju joprojām saglabā sākotnējo labo spirāli, bet citi pārvietojas un saritinās pretējā virzienā. Tuvojoties izšķilšanās brīdim, abas orientācijas sastopamas aptuveni vienādā daudzumā.
No vienkārša jautājuma līdz svarīgam atklājumam
Pētījuma stāsts pats par sevi ir gana neparasts. Ideja radās vēl 2020. gada Covid-19 pandēmijas laikā, kad pētnieks Tetsuto Miyashita strādāja no mājām un meklēja jautājumu, ko studenti varētu pētīt bez piekļuves laboratorijai.
Viņu ieinteresēja pavisam vienkāršs novērojums: vai čūsku embriji vienmēr saritinās vienā virzienā?
No sākotnējās attēlu apkopošanas un vairāk nekā 900 embriju izpētes pētnieki nonāca līdz CT skenējumiem un atklājumam par mehānismu, kas palīdz izskaidrot vienu no neparastākajiem čūsku ķermeņa uzbūves aspektiem. Pētījums publicēts žurnālā Current Biology.
Izrādās, aiz vienas no dabas neparastākajām spirālēm slēpjas nevis kāds sarežģīts “triks”, bet pavisam fizisks konflikts: ķermenis aug pārāk ātri, bet zarnas nespēj tam sekot. Un tieši šī neatbilstība palīdz čūskai kļūt par vienu no garākajiem mugurkaulniekiem uz Zemes.
Zinātnieki beidzot sapratuši, kāpēc čūsku embriji saritinās spirālē — atbilde izrādījusies pārsteidzoši vienkārša
