به گزارش اطلاعات آنلاین به نقل از Discover Magazine، محققان پس از مطالعه بیش از ۹۰۰ جنین و استفاده از سیتیاسکن برای آشکار کردن آناتومی پنهان پشت این پیچشها به این نتیجه رسیدند. بدن آنها سریعتر از رودههایشان رشد کرده و طنابی ایجاد میکند تا جنین در حال رشد را مجبور به خم شدن و پیچ خوردن در داخل تخم کند.
یک تیم تحقیقاتی بینالمللی به رهبری دانشمندانی در کانادا، توضیحی احتمالی برای یکی از ویژگیهای غیرمعمول رشد مارها کشف کردهاند: اینکه چرا جنینها قبل از بیرون آمدن از تخم، به صورت مارپیچهای تنگ درمیآیند. به نظر میرسد این رفتار پیچشی به مارها کمک میکند تا بدنهای فوقالعاده بلندی را که آنها را از سایر مهرهداران متمایز میکند، در خود جای دهند.
این یافتهها نشان میدهد که مارپیچ با افزایش سریع طول بدن جنین شکل میگیرد؛ در حالی که روده آن به عنوان یک مهار عمل میکند. این محدودیت فیزیکی باعث میشود که بدن در حال رشد خم شود و به صورت یک مارپیچ راستدست درآید.
دکتر «تتسوتو میاشیتا»، زیستشناس تکاملی در موزه طبیعت کانادا و نویسنده ارشد و سرپرست تیم، توضیح میدهد: "مثل این است که طول یک تسمه را تنظیم کنید و طرف بلندتر و خمیده حلقه بچرخد."
چرا مارپیچها در طبیعت شکل میگیرند
این کشف، جنینهای مار را به فهرست طولانی ساختارهای مارپیچی طبیعی اضافه میکند که دانشمندان هنوز در تلاش برای درک آنها هستند.
«الکساندرا وبر»، دانشجوی کارشناسی ارشد جانورشناسی در دانشگاه بریتیش کلمبیا، میگوید: «مارپیچها کمی رمز و راز دارند و ما تازه شروع به درک چگونگی تولید این اشکال در حیواناتی مانند روده حلقهای ما، پوسته حلزون و اکنون این جنینهای زیبای مارپیچ مار کردهایم.»
میاشیتا اضافه میکند: «این معماها کنجکاوی ما را برمیانگیزند. به هر حال، اشکال مارپیچی در طبیعت الهامبخش خلاقیتهای انسانی بودهاند.»
این پروژه خود از یک شرایط غیرمعمول سرچشمه گرفت. در طول قرنطینه کووید در سال ۲۰۲۰، میاشیتا از خانه کار میکرد و به دنبال یک سوال تحقیقاتی بود که دانشجویانش بتوانند بدون دسترسی به آزمایشگاهها یا مجموعههای موزه، آن را بررسی کنند.
«بعد چراغ روشن شد. من این شیفتگی به عدم تقارن در اشکال حیوانات را از استاد راهنمای دکترایم به ارث برده بودم. بنابراین هر بار که تصاویر جنین مار را در مقالات میدیدم، از خود میپرسیدم که آیا آنها در پیچش خود راست گرد هستند یا چپ گرد.» این سوال اساس مطالعه شد.
بررسی بیش از ۹۰۰ جنین مار
میاشیتا از وبر که در آن زمان در دانشگاه کارلتون بود، به همراه دو دانشجوی کارشناسی در دانشگاه اتاوا، خواست تا تحقیقات منتشر شده و پایگاههای داده موزه را برای یافتن عکسهایی از مارهای در حال رشد جستجو کنند. به این ترتیب آنها تصاویری از بیش از ۹۰۰ جنین از ۳۹ گونه مار و سایر گونههای فلسدار بدون اندام به دست آوردند.
یک الگوی واضح پدیدار شد. در طول چند هفته اول پس از تخمگذاری، به نظر میرسید که جنینها فقط به صورت راست گرد، یعنی به سمت راست و از سر تا دم پیچ میخورند.
وبر توضیح میدهد: «در این مراحل، جنینها عضلهای برای حرکت ندارند، بنابراین نیروهای مختلفی آنها را به سمت راست گرد شدن سوق میدهند. اما ما نمیدانستیم چه چیزی آنها را به این کار وادار میکند.»
از آنجایی که جنینها هنوز قادر به حرکت فعال بدن خود در موقعیت مناسب نبودند، محققان گمان کردند که برخی از ویژگیهای فیزیکی رشد آنها باعث ایجاد این پیچش میشود.
سیتیاسکنها ساختار پنهان روده را آشکار میکنند
دکتر رائول دیاز، همکارش در دانشگاه ایالتی کالیفرنیا در لسآنجلس، سرنخ مهمی به دست آورد. دیاز از تصویربرداری سیتیاسکن برای بررسی جنینهای مار با جزئیات آناتومیکی بیشتر استفاده کرد.
اسکنها چیدمان غیرمنتظرهای را در داخل حیوان در حال رشد نشان دادند.
میاشیتا میگوید: «سیتیاسکن رائول از جنین مار، ساختاری را که قبلاً هرگز ندیده بودیم، آشکار کرد؛ ستونی از روده که در مارپیچ بدن در حال پیچ خوردن کشیده شده بود. رودهای از بقیه بدن جدا شده و توسط پیچکهایی از رگهای خونی از زرده احاطه شده است.»
جنینهای مار باید به سرعت دراز شوند تا بدنهای غیرمعمول کشیده خود را تولید کنند، اما روده با همان سرعت رشد نمیکند. عدم تطابق در رشد، یک محدودیت مکانیکی ایجاد میکند که به ایجاد یک مارپیچ در بدن کمک میکند.
میاشیتا توضیح میدهد: «بنابراین آنها رودهای که به آرامی رشد میکند را جدا میکنند که بدن در حال طویل شدن را مهار میکند. بدن خم میشود و به صورت حلقهای درمیآید. این نیروی حلقهای به گونهای هدایت میشود که جنینها به سمت مخالف زرده رشد کنن و زرده همیشه در سمت چپ جنین است، از این رو جنین همیشه شروع به حلقه زدن به صورت راست گرد میکند.»
چرا جهت حلقه زدن بعداً تغییر میکند
جنینها در طول رشد در این آرایش راست گرد قفل نمیشوند. با رشد آنها، زرده کوچکتر میشود و جنینها فضای بیشتری برای تغییر موقعیت پیدا میکنند. عضلات آنها نیز بالغ میشوند و به آنها اجازه میدهند که خودشان شروع به حرکت کنند.
وبر میگوید: «برخی در حلقههای راست گرد باقی میمانند، اما برخی به سمت چپ برمیگردند. بنابراین نیمی از این جنینهای نزدیک به کامل شدن راست گرد و نیمی دیگر چپ گرد هستند.»
نتایج نشان میدهد که اولین جهت حلقه زدن توسط آناتومی رشد و نیروهای فیزیکی اعمال میشود، نه توسط حرکت عمدی عضلات.
برای میاشیتا، این کشف نشان میدهد که چگونه یک سوال مشاهدهای ساده میتواند به بینش بیولوژیکی وسیعتری منجر شود.
او میگوید: "دانشمندان مدتهاست که مجذوب چگونگی و چرایی تکامل شکل عجیب بدن مارها بودهاند. برای پاسخ به این سوال، آنها تمایل داشتند که عمیقاً به تحقیقات ژنتیکی پیچیده بپردازند و ژنهای هاکس، تقویتکنندهها و غیره را بررسی کنند. اینها اکتشافات کلیدی هستند اما در اینجا، از قرنطینه کووید، ما راز مار را با رویکردی شگفتانگیز و ساده کشف کردیم. فقط کافی است آلبومی از جنینهای مار را مرور کرده و نحوه پیچ خوردن آنها را ثبت کنید و نگاهی دقیق به آناتومی آنها بیندازید."
مدلی جدید برای مارپیچها در زیستشناسی
محققان معتقدند که همین مدل کلی در نهایت میتواند به دانشمندان در بررسی سایر ساختارهای مارپیچی شکل موجود در موجودات زنده کمک کند.
او میافزاید: "ما اکنون امکان توسعه بیشتر این مدل را برای توضیح سایر اشکال مارپیچی در طبیعت فراهم میکنیم. همه اینها با کنجکاوی برای دیدن اینکه آیا مارها "دست" دارند یا خیر، آغاز شد. دنبال کردن آن تا بینشهای عمیق در مورد تکامل آنها هیجانانگیز بود."