由加拿大科学家领导的国际研究团队揭示了蛇发育中特征之一的可能解释：胚胎在孵化前为什么会卷成紧密的螺旋。这个卷曲行为似乎帮助蛇适应它们与其他脊椎动物不同的异常长身体。发表在《当前生物学》上的研究结果表明，当胚胎的身体快速延长时，肠道作为绳索起作用，导致身体在生长过程中弯曲并扭转成右手螺旋。项目的高级作者和团队负责人，国家自然博物馆进化生物学家宫下哲人博士解释道：“这就像你调整一个带子的长度，较长的、弯曲的一侧的循环扭曲。” 发现自然中的螺旋 这一发现将蛇胚胎加入到自然界中发生的螺旋结构的长名单中，科学家们仍在努力理解这些结构。“螺旋有一丝神秘感，我们才刚刚开始理解这些形状是如何在动物中产生的，比如我们的回肠、蜗牛壳，现在还有这些美丽的卷曲蛇胚胎，”现为不列颠哥伦比亚大学动物学研究生的首席作者亚历克桑德拉·韦伯说。宫下补充道：“这些难题激发了我们的好奇心。毕竟，自然界中的螺旋形状激发了人类的创造，从螺旋意大利面到理发店的杆子，甚至圣经中的‘巴别塔’的描绘。” 该项目本身是由于一种不寻常的情况而产生的。在2020年COVID封锁期间，宫下在家工作，寻找一个研究问题，让他的学生在没有实验室或博物馆藏品的情况下可以研究。“然后灵感来了。我从我的博士导师那里继承了对动物形态对称性的不解的兴趣。每当我在论文中看到蛇胚胎的图像时，我就想知道它们是右旋还是左旋。”这个问题成为研究的基础。超过900个蛇胚胎被研究 宫下邀请当时在卡尔顿大学的韦伯，以及两名渥太华大学的本科生，查找已发布的研究和博物馆数据库，寻找发育中的蛇的照片。“我们获得了来自39种蛇和其他无肢鳞甲类物种的900多个胚胎的照片。这是一个统计上可靠的样本。”一个明确的模式出现了。在蛋孵化后的头几周，胚胎似乎只向右侧卷曲，即从头到尾的视角。“在这些阶段，胚胎没有肌肉可以活动，因此不同的力量导致它们仅右手卷曲，”韦伯解释说。“但我们不知道是什么导致它们如此。”由于胚胎尚未能够主动移动身体，研究人员怀疑它们发展的某些物理特征正在造成这种扭转。 CT扫描揭示隐藏的肠道结构 加州州立大学洛杉矶分校的合作者劳尔·迪亚兹博士提供了一个重要线索。迪亚兹利用CT成像更详细地检查了蛇胚胎。扫描显示了发育中的动物内部一个意想不到的结构。“劳尔的CT扫描揭示了一个我们从未见过的结构——一根肠道柱穿过卷曲身体的螺旋，”宫下说。“有一个肠道与身体的其余部分分离，周围环绕着来自蛋黄的血管。”这一观察为团队提供了他们一直在寻找的机制。蛇胚胎必须迅速延长以产生其异常拉长的身体，但肠道并未以相同的速度生长。生长不匹配造成了一个机械约束，帮助强迫身体形成螺旋。“因此，它们将生长缓慢的肠道分离，它现在牵引着延长的身体。身体因此弯曲并扭曲成螺旋，”宫下解释说。“这个弯曲的力量是朝向胚胎的卵黄的相对一侧。因此，卵黄始终位于胚胎的左侧，因此胚胎将始终开始向右手方向弯曲。” 螺旋方向后为何改变 胚胎在发育过程中并不会一直保持这种右手排列。随着它们的生长，卵黄变小，胚胎获得了更多调整位置的空间。它们的肌肉也成熟，使它们能够开始自主移动。“有些仍然保持右手卷曲，但有些则向左侧回卷，”韦伯说。“因此，这些即将孵化的胚胎中有一半是右手的，另一半是左手的。”结果表明，最早的卷曲方向是由发育解剖和物理力量强加的，而不是由故意的肌肉运动所决定。对宫下而言，这一发现也说明了一个简单的观察性问题可以引发更广泛的生物学见解。“科学家们长期以来一直对自然界的螺旋形状及其形成的方式感到着迷。