蛇为什么没有脚呢?蛇没有四肢的原因(基因异常站不起来)

为何蛇不靠腿,而靠肚皮移动?四条腿的蛇,你见过吗?事实上,蛇以及它们的祖先曾经是有四肢的。

蛇为什么没有脚呢?蛇没有四肢的原因有哪些?核心原因在于蛇的三个基因异常导致蛇站不起来只能爬行!在大自然中,千奇百怪的物种有很多,但大多有迹可循。但是,有2种动物非常清奇,和其他生物格格不入,一个是章鱼,很难找到体态特征和其相似的生物,甚至有人怀疑它是不是天外来物;另一个则是蛇类,最大的特点就是不用腿,而是用肚皮移动。这也使得章鱼和蛇的起源和演化备受人们关注。这次我们就来聊一聊:“为什么蛇的腿退化掉了?”以及“蛇是如何一步步走到现在这副模样的?”

蛇为什么没有脚呢?蛇没有四肢的原因(基因异常站不起来)

蛇的演化

从生物分类学的角度来看,现在我们所看到的蛇属于动物界-脊索动物门-爬行纲-有鳞目-蛇亚目。生物分类学实际上也是体现了这个物种的演化路径,换言之,现代的蛇实际上是从爬行纲逐渐演化而来

爬行纲的辉煌是从2.52亿年前开始,当时地球上发生了二叠纪-三叠纪灭绝事件,这是地球历史上规模最大的一次生物大灭绝。在这之后,地球的陆地都合并到了一起,成为了一整块大陆,史称:盘古大陆。盘古大陆中间呈现出了沙漠化的环境,十分干旱。

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对于生物而言,善于利用水分个体,存活下来的概率更高。这对于爬行动物而言,是绝对的乐土,不仅如此,在当时的海洋中,鱼龙目动物也在崛起,它们也是爬行纲动物演化而来。而此时准备要制霸地球的主龙类动物也在崛起,它们也是从爬行纲动物演化而来。主龙类动物后来就是我们常说的恐龙。在接下来漫长的2亿年里,恐龙占据了绝对的统治地位。

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一直到6500万年前,一颗直径10公里左右的小行星撞上了地球,扬起尘土遮蔽了阳光,同时此刻也出现了大规模的火山喷发,引发了距离我们最近的一次生物大灭绝。

在这次大灭绝之后,恐龙逐渐淡出历史舞台,但爬行纲却没有。这是因为爬行纲并不只有恐龙,爬行纲实际上是一个并系群,有许多的演化分支,其中最大的一个目是有鳞目,包含了许多我们熟知的动物,比如:壁虎类、鬣蜥–硬舌类、蜥蜴类、蛇蜥类、蛇类等等,连曾经海洋中的顶级掠食者沧龙,也属于有鳞目。

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某种程度上说,沧龙也算是现代蛇类的近亲了,而沧龙是有四肢的,沧龙主要活动的年代是距今1.05亿年到距今6500万年之间,与现代蛇的起源时间几乎是重叠。

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通过考古化石来看,科学家们确实也发现了带有后肢的蛇化石。由于爬行纲早期都是有四肢的,再加上只有后肢的化石,我们起码可以得到这样的结论,蛇类首先是有四肢的,只是后来演化过程中,逐渐退化掉了,而且前肢和后肢的退化并不是同时的,而是先退化掉前肢,之后才退化掉后肢。那么问题来了,蛇退化掉四肢的原因到底是什么?

基因层面

如果从演化的层面来看,物种的演化是没有方向性的,根本原因其实是基因突变是随机的。每个物种在遗传过程中都有一定的突变概率,随后在自然选择中,那些适应环境的性状被逐渐筛选下来。

因此,蛇类退化掉四肢的核心原因其实是:基因突变。那具体是哪些基因发生了改变呢?

科学家发现,绝大多数的脊椎动物都受到Hox基因的调控,其中HoxC-6基因和HoxC-8基因的表达可以让身体的大部分发生延伸。而如果缺失HoxC-6基因的表达,就会缺少前肢。

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通过这个发现,我们可以得出这样的结论,蛇类的祖先还是四条腿时,发生了HoxC-6基因缺少的情况,前肢因此而消失。那后肢又是咋回事呢?

科学家通过研究就发现,后肢的正常发育与Shh基因(Sonic hedgehog)有关。不过,蛇的后肢正常发育需要Shh基因正常表达,这需要一段英文缩写为ZRS的序列控制,它也被我们称为增强子。当两者特异性结合的时候,蛇的后肢就可以很好地发育。

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实际上,现在的蛇类依然可以观察到后肢退化的痕迹。

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科学家曾经把蟒蛇的ZRS序列替换到小鼠的ZRS上,结果小鼠原本的后主部位就如同蟒蛇的一样,几乎消失殆尽,留下和蛇后肢退化痕迹一样组织。

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这说明,蛇在演化过程中,ZRS序列发射了突变,使得它没有办法让Shh基因正常表达,从而丧失后肢。

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总结

也就是说,蛇早期的祖先是存在着四肢的,现在没有是演化的结果。在整个演化的过程中,蛇的前肢是因为缺失了HoxC-6基因的表达而消失的,而后肢是因为ZRS序列突变,导致Shh基因无法正常表达而丧失的。其中,蛇的前肢和后肢不是同时消失的,并且蛇的后肢消失的痕迹还可以在现在的蛇身体组织上找到。

客观地说,我们现在还无法搞清楚:蛇为什么会有这样的演化路径?只能说,拥有这两种突变的蛇,在当时的环境下,比其他拥有四肢的蛇更具有生存优势,久而久之,它们幸存了下来,而那些拥有四肢的蛇却消失了,或者演化成了其他生物。

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