蛇退化四肢的基因找到了!3個異常基因,讓蛇再也無法「站起來」

在大自然中,千奇百怪的物種有很多,但大多有跡可循。但是,有2種動物非常清奇,和其他生物格格不入,一個是章魚,很難找到體態特徵和其相似的生物,甚至有人懷疑它是不是天外來物;另一個則是蛇類,最大的特點就是不用腿,而是用肚皮移動。這也使得章魚和蛇的起源和演化備受人們關注。這次我們就來聊一聊:「為什麼蛇的腿退化掉了?」以及「蛇是如何一步步走到現在這副模樣的?」

蛇的演化

從生物分類學的角度來看,現在我們所看到的蛇屬于 動物界-脊索動物門-爬行綱-有鱗目-蛇亞目。生物分類學實際上也是體現了這個物種的演化路徑,換言之,現代的蛇實際上是 從爬行綱逐漸演化而來

爬行綱的輝煌是從2.52億年前開始,當時地球上發生了二疊紀-三疊紀滅絕事件,這是地球歷史上規模最大的一次生物大滅絕。在這之後,地球的陸地都合併到了一起,成為了一整塊大陸,史稱: 盤古大陸。盤古大陸中間呈現出了沙漠化的環境,十分乾旱。

對于生物而言,善于利用水分個體,存活下來的機率更高。這對于爬行動物而言,是絕對的樂土,不僅如此,在當時的海洋中,魚龍目動物也在崛起,它們也是爬行綱動物演化而來。而此時準備要制霸地球的主龍類動物也在崛起,它們也是從爬行綱動物演化而來。主龍類動物後來就是我們常說的恐龍。在接下來漫長的2億年裡,恐龍佔據了絕對的統治地位。

一直到6500萬年前,一顆直徑10公里左右的小行星撞上了地球,揚起塵土遮蔽了陽光,同時此刻也出現了大規模的火山噴發,引發了距離我們最近的一次生物大滅絕。

在這次大滅絕之後,恐龍逐漸淡出歷史舞臺,但爬行綱卻沒有。這是因為爬行綱並不只有恐龍,爬行綱實際上是一個並系群,有許多的演化分支,其中最大的一個目是有鱗目,包含了許多我們熟知的動物,比如:壁虎類、鬣蜥–硬舌類、蜥蜴類、蛇蜥類、蛇類等等,連曾經海洋中的頂級掠食者滄龍,也屬于有鱗目。

某種程度上說,滄龍也算是現代蛇類的近親了,而滄龍是有四肢的,滄龍主要活動的年代是距今1.05億年到距今6500萬年之間,與現代蛇的起源時間幾乎是重疊。

通過考古化石來看,科學家們確實也發現了帶有後肢的蛇化石。由于爬行綱早期都是有四肢的,再加上只有後肢的化石,我們起碼可以得到這樣的結論,蛇類首先是有四肢的,只是後來演化過程中,逐漸退化掉了,而且前肢和後肢的退化並不是同時的,而是先退化掉前肢,之後才退化掉後肢。那麼問題來了,蛇退化掉四肢的原因到底是什麼?

基因層面

如果從演化的層面來看,物種的演化是沒有方向性的,根本原因其實是基因突變是隨機的。每個物種在遺傳過程中都有一定的突變機率,隨後在自然選擇中,那些適應環境的性狀被逐漸篩選下來。

因此,蛇類退化掉四肢的核心原因其實是: 基因突變。那具體是哪些基因發生了改變呢?

科學家發現,絕大多數的脊椎動物都受到Hox基因的調控,其中HoxC-6基因和HoxC-8基因的表達可以讓身體的大部分發生延伸。而如果缺失HoxC-6基因的表達,就會缺少前肢。

通過這個發現,我們可以得出這樣的結論,蛇類的祖先還是四條腿時,發生了HoxC-6基因缺少的情況,前肢因此而消失。那後肢又是咋回事呢?

科學家通過研究就發現, 後肢的正常發育與Shh基因(Sonic hedgehog)有關。不過,蛇的後肢正常發育需要Shh基因正常表達,這需要一段英文縮寫為ZRS的序列控制,它也被我們稱為 增強子。當兩者特異性結合的時候,蛇的後肢就可以很好地發育。

實際上,現在的蛇類依然可以觀察到後肢退化的痕跡。

科學家曾經把蟒蛇的ZRS序列替換到小鼠的ZRS上,結果小鼠原本的後主部位就如同蟒蛇的一樣,幾乎消失殆盡,留下和蛇後肢退化痕跡一樣組織。

這說明,蛇在演化過程中,ZRS序列發射了突變,使得它沒有辦法讓Shh基因正常表達,從而喪失後肢。

總結

也就是說,蛇早期的祖先是存在著四肢的,現在沒有是演化的結果。在整個演化的過程中,蛇的前肢是因為缺失了HoxC-6基因的表達而消失的,而後肢是因為ZRS序列突變,導致Shh基因無法正常表達而喪失的。其中,蛇的前肢和後肢不是同時消失的,並且蛇的後肢消失的痕跡還可以在現在的蛇身體組織上找到。

客觀地說,我們現在還無法搞清楚:蛇為什麼會有這樣的演化路徑?只能說,擁有這兩種突變的蛇,在當時的環境下,比其他擁有四肢的蛇更具有生存優勢,久而久之,它們倖存了下來,而那些擁有四肢的蛇卻消失了,或者演化成了其他生物。

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