Científicos descubren por qué los embriones de serpiente se retuercen en espirales

Un equipo de investigadores internacionales, liderado por científicos del Canadian Museum of Nature, descubrió una posible explicación para una de las características más inusuales del desarrollo de las serpientes: el motivo por el cual los embriones se retuercen en espirales apretadas antes de nacer. Este comportamiento de enrollamiento parece ayudar a las serpientes a acomodar sus cuerpos excepcionalmente largos, lo que las distingue de otros vertebrados.

Los hallazgos, publicados en Current Biology, sugieren que la forma en espiral se produce a medida que el cuerpo del embrión se alarga rápidamente mientras que su intestino actúa como un ancla. Esta restricción física provoca que el cuerpo en crecimiento se doble y retuerza en una espiral hacia la derecha.

"Es como cuando ajustas la longitud de una correa y el lado más largo del lazo se retuerce", explicó el autor principal y líder del equipo, Dr. Tetsuto Miyashita, biólogo evolutivo en el Canadian Museum of Nature.

El misterio de las espirales en la naturaleza

Este descubrimiento añade a una larga lista de estructuras en espiral que ocurren naturalmente, las cuales los científicos todavía están tratando de entender. La autora principal, Alexandra Weber, ahora estudiante de posgrado en zoología en la University of British Columbia, comentó: "Hay un toque de misterio en las espirales, y recién estamos comenzando a comprender cómo se producen estas formas en animales, como nuestros intestinos en bucle, las conchas de caracol y ahora estos bellamente enrollados embriones de serpiente".

La investigación surgió de una circunstancia inusual. Durante el confinamiento por COVID-19 en 2020, Miyashita trabajó desde casa y buscó una pregunta de investigación que sus estudiantes pudieran investigar sin acceso a laboratorios o colecciones de museos. "Entonces se encendió la bombilla. Había heredado de mi asesor de doctorado esta fascinación por las asimetrías en las formas animales. Cada vez que veía imágenes de embriones de serpiente en artículos, me preguntaba si eran de enrollamiento derecho o izquierdo".

Esta pregunta se convirtió en la base del estudio.

Más de 900 embriones de serpiente examinados

Miyashita pidió a Weber, quien estaba en la Carleton University, junto con dos estudiantes de pregrado de la University of Ottawa, que buscaran en investigaciones publicadas y bases de datos de museos fotografías de serpientes en desarrollo. "Obtuvimos imágenes de más de 900 embriones de 39 especies de serpientes y otros escamosos sin extremidades. Esa es una muestra estadísticamente robusta".

Emergió un patrón claro. Durante las primeras semanas después de que se pusieron los huevos, los embriones parecieron enrollarse solo hacia la derecha, desde la cabeza hasta la cola. "En estas etapas, los embriones no tienen músculos para moverse, por lo que diferentes fuerzas los hacen enrollarse hacia la derecha", explicó Weber. "Pero no sabíamos qué los hacía hacer eso".

Dado que los embriones aún no podían mover activamente sus cuerpos, los investigadores sospecharon que alguna característica física de su desarrollo estaba creando el giro.

Escáneres CT revelan una estructura intestinal oculta

Una pista crucial provino del Dr. Raul Diaz, colaborador de la California State University Los Angeles. Diaz utilizó imágenes de CT para examinar embriones de serpiente en mayor detalle anatómico. Los escáneres revelaron una disposición inesperada dentro del animal en desarrollo. "El escáner CT de un embrión de serpiente reveló una estructura que nunca habíamos visto antes: era un pilar de intestino que se extendía a través de la espiral del cuerpo enrollado", dijo Miyashita.

Esta observación proporcionó al equipo el mecanismo que habían estado buscando. Los embriones de serpiente deben alargarse rápidamente para producir sus cuerpos inusualmente alargados, pero el intestino no crece a la misma velocidad. La discrepancia en el crecimiento crea una restricción mecánica que ayuda a forzar el cuerpo en una espiral.

"Así que se separan del intestino de crecimiento lento, que ahora está atando el cuerpo en alargamiento. El cuerpo se dobla y retuerce en un enrollamiento", explicó Miyashita. "Esta fuerza de enrollamiento se dirige para que los embriones crezcan hacia el lado opuesto de la yema. Y la yema siempre está al lado izquierdo del embrión, por lo tanto, el embrión siempre comenzará a enrollarse hacia la derecha".

Por qué la dirección del enrollamiento cambia más tarde

Los embriones no permanecen bloqueados en esta disposición hacia la derecha durante todo el desarrollo. A medida que crecen, la yema se vuelve más pequeña, y los embriones ganan más espacio para cambiar de posición. Sus músculos también maduran, permitiéndoles comenzar a moverse por sí mismos. "Algunos permanecen en enrollamientos hacia la derecha, pero algunos se retuercen hacia el lado izquierdo", dijo Weber. "Así que la mitad de estos embriones casi listos para nacer son de enrollamiento derecho y la otra mitad de enrollamiento izquierdo".

Los resultados sugieren que la dirección más temprana del enrollamiento se impone por la anatomía del desarrollo y las fuerzas físicas en lugar de por un movimiento muscular deliberado.

Para Miyashita, el descubrimiento también ilustra cómo una simple pregunta observacional puede llevar a una visión biológica más amplia. "Los científicos han estado fascinados durante mucho tiempo con cómo y por qué las serpientes evolucionaron su extraña forma corporal. Para responder a esa pregunta, tendieron a profundizar en investigaciones genéticas sofisticadas, mirando genes Hox, potenciadores, y así sucesivamente. Estos son descubrimientos clave. Pero aquí, a partir del confinamiento por COVID, descubrimos el secreto de una serpiente con un enfoque sorprendentemente simple: solo desplazarme por un álbum de embriones de serpiente y registrar hacia dónde están enrollados, y observar bien su anatomía".

Un nuevo modelo para espirales en biología

Los investigadores creen que el mismo modelo general podría ayudar a los científicos a investigar otras estructuras en espiral encontradas en organismos vivos. "Ahora estamos abriendo la posibilidad de desarrollar este modelo más para explicar otras formas en espiral en la naturaleza", agregó.

Weber coincidió: "Todo comenzó con la curiosidad de ver si las serpientes son 'manos'. Fue emocionante seguirlo hasta obtener profundas ideas sobre su evolución".

El equipo de estudio está compuesto por científicos, estudiantes y profesores del Canadian Museum of Nature, University of British Columbia, Carleton University, University of Ottawa, California State University Los Angeles, y University of Helsinki.