5月 19, 2022

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为什么蛇会把自己的腿进化掉,用肚子行走真的更具优势…

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为什么蛇会把自己的腿进化掉,用肚子行走真的更具优势吗?

2022-05-11
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怪罗科普
原创

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蛇是自然界最冷血的杀手之一,它们是天生的捕猎机器,用吐信的方式来分析空气中的化学物质,用伏地感知猎物和捕食者带来的震动,有些蛇甚至拥有红外线感应能力,在没有光线的情况下也可以感知到猎物的体温。

不出意外,这些先进的“装备”让蛇适应各种栖息地,从沙漠到海洋,从热带雨林到高山草原,地球的大部分角落都有蛇的身影。

适应这些不同的环境,意味着蛇需要会挖沙子,需要会游泳,需要会爬树,甚至有时候还需要在空中滑翔。

有趣的地方就是,虽然蛇完成了所有这些差异巨大的工作,但它们的身体结构却都惊人的相似,其中最明显的一点就是它们的身体都是细长且没有四肢。

那么问题就来了,为什么蛇会把自己的腿进化掉,用肚子行走真的更有优势吗?

蛇曾经也有腿

现在普遍认为,最早的四足脊椎动物在3.97亿年前开始出现,四肢结构很有可能来自于鱼的鳍。

鸟类、哺乳动物、两栖动物和爬行动物都属于四足动物的范畴,而蛇在分类上属于爬行动物,所以它理应该有腿才是。

事实上,现在有许多研究(包括化石记录)都可以证明蛇确实曾经拥有腿,只是在某一个阶段它们放弃了所有四肢。

蛇的骨头很轻,所以完好保存下来的化石少之又少,最古老的能够称为蛇的动物化石可以追溯到1.43 到 1.67亿年前之间。

图源:Didier Descouens

但真正的蛇形——身体细长且没有腿的蛇类化石出现在1.13亿到9400万年前之间——有时候这些化石会拥有退化的后肢。

比如,2011年发现了一个9500万年前的蛇化石就有一对2厘米长的后肢,但它没有前肢。

关于蛇为什么要把腿慢慢彻底删除,其实没有人可以回答这个问题,因为现在蛇的化石实在是太有限了。

但可以肯定的是,把四肢全部删除在爬行动物的演化中是非常常见的,在鳞状目中,像蛇一样的身体结构就至少独立进化了26次。

蛇失去腿的两个假说

从所有这些把腿完全删除的爬行动物中,科学家目前得出两个假设来解释在演化过程中蛇失去腿的原因。

第一种假说是蛇的四足祖先在某一个时刻进入了海洋,四肢会给游泳带来阻力,所以它们把四肢慢慢进化掉了。

随着时间推移这些完全失去四肢的蛇又重新回到了陆地,但是它们再也没有添加四肢的打算。

在2015年之前,大部分发现的古老蛇类化石都是生活在海洋的,这给这种假说提供了一些证据支持。

但是,2015年的时候,发现了一条明显不是生活在海洋的、却也正在失去四肢的蛇的化石,这给另外一种假说提供了一些证据支持。

第二种假说,就是假设蛇的四足祖先在陆地上挖洞,就像现在的蚯蚓一样,这种生活方式下,腿也是一种障碍。

所以,随着它们适应地下生活,它们的腿逐渐减短并失去——首先是前肢,然后是后肢。

两种假说都有大量的支持者,不排除两者都是对的。蛇的不同祖先可能在不同的环境中,为了应对相似的环境压力,进化出几乎相同的生理结构。

在自然界中这种情况也是非常的常见,它被称为趋同进化。

就我个人而言,我倾向于第二种假说,因为我觉得进入海洋后失去腿是很难理解的,它为什么不是像现在的鲸豚类那样变成尾巴和“鳍”呢?

大西洋斑纹海豚,图源:sheilapic76

还有要从海洋中再回到陆地我觉得更难理解,什么样的压力或者诱惑才能让它们放弃整个海洋而争夺一小片沙滩呢?

其实,第二种假说也是有很多漏洞,其中最明显的就是我用四肢作为“铲子”不是应该更好挖洞吗,干嘛要丢弃呢?

一些古生物学家给出的解释是,蛇的四足祖先最开始可能很少自己挖洞,而是占领别人的洞穴。

图源:Pansci.asia

好吧,只能说要弄清楚蛇为什么没有腿是非常困难的,这得有更多的化石证据才行。

虽然蛇失去四肢的进化动力是什么还存在许多争议,不过好消息是,现在科学家已经弄清楚了在基因层面蛇为什么没有腿。

最后:蛇的基因调整

其实,蛇曾经拥有腿不仅体现在化石证据上,在很早以前科学家就发现了蛇和蜥蜴有相似的基因组,并发现了一些可能参与爬行动物四肢发育的基因,而蛇也有这些基因。

另外,现在有一些蛇依然拥有退化的“后腿”,比如蟒蛇,在它们的泄殖腔两侧就有腿的残留物。

随着科技的进步,科学家确定了那些在爬行动物肢体的形成和大小中发挥了重要作用的基因,这些基因被称为音猬因子(SHH)。

在基因编辑技术日趋成熟后,科学家们又追踪了蟒蛇的胚胎活动,找到了蟒蛇拥有后腿却不完全发育的原因。

增强子的作用过程,图源:Jon Cheff

研究的结果发现,蟒蛇控制SHH基因活性的“开关”中有 3 个缺失,最终导致蟒蛇的腿没有继续完成发育。

现在,这些“开关”在遗传学上被称为增强子,一些突变导致蛇的增强子阻止了其控制四肢发育基因的激活,从而彻底改变蛇的外观。

最后

蛇类的多样性被认为是从恐龙灭绝后才开始爆发的,它们开始去挑战并适应各种环境,但是它们好像再也不用四肢了。

现代的蛇好像有点符合一个哲学道理——“以不变应万变”,在不同环境下身体结构也不需要有太大变化,却依然可以活得很好。

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