蛇的腳是怎麼消失的

蛇和蜥蜴屬於同一序列,但蛇腿基因已在數千萬年前被“關閉”。


蛇的腳是怎麼消失的

竹葉青蛇

蛇和蜥蜴都是有鱗目(Squamata)的成員。但是,蜥蜴利用完全發育成型的腿跳動和衝刺,而蛇卻選擇了沒有腿的滑溜溜身材。這些動物為何以及如何採取如此不同的進化路徑是科學辯論的問題。但是,可以肯定的是-有些蛇仍然帶有遺傳密碼,可以使它們發育出腿和腳。

那麼,為什麼這些蛇不發育四肢並開始穿過灌木叢呢?由於1億多年前發生的多個遺傳突變,該過程背後的遺傳設計基本上已切換到“關閉”位置。

蛇的腳是怎麼消失的

這些突變影響了一個特定的基因-刺蝟索尼克基因(Sonic hedgehog gene,SHH)-該基因負責肢體的發育。是的,它實際上是基因的正式名稱,由於其尖刺的外觀而得名。SSH基因不僅對四肢至關重要,而且還為器官及其在動物體內的生長位置提供了指導。在蜥蜴中,SHH活躍,導致腿和腳齊全;而在蛇中已被禁用。

2016年發表在《自然通訊》上的一項研究表明,爬行動物基因組的變化最終如何導致生物表型或某些基因表達產生的物理特徵的明顯轉變。簡而言之,基因突變使一些蜥蜴擺脫了其附肢,變成了蛇,同時仍將那些腿腳基因的副本保留在其DNA中。

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長腿的化石蛇

為了查明基因序列的變化,研究人員將蛇的基因組與其他肢體完整的爬行動物和脊椎動物的基因組進行了比較。他們特別依賴特古蜥蜴(tegu lizard)的基因組,科學擁有它們完整的測序基因組。

蜥蜴碰巧具有DNA調節序列器(稱為增強子),可以在生物發育過程中“翻轉”某些基因。SHH需要這些增強子來使四肢充分發育,這就是蜥蜴為什麼長了4條腿。但是在蛇中,這種增強子在進化過程中被從DNA序列中去除了的,實際上,從原始蛇開始,它們被部分去除了,而不是徹底的清除了。

在一些蛇中,增強子的痕跡以及稱為HOXD的另一種基因仍然在,該基因負責引導腳的發育。一些蟒蛇胚胎甚至發育出局部的腿骨和腳板,但是這些特徵在出生之前就已經瓦解了。

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鼠、眼鏡蛇、蟒的胚胎四肢發育

儘管如此,仍然有跡象表明,並非所有的蛇都準備好穿耐克小鞋子衝刺的想法。仔細觀察這些蛇的底部,您會看到它們腹部上的小結節,可能是腿的殘留痕跡。

蛇的腳是怎麼消失的

蟒的殘肢

僅需幾個基因突變,某些類型的原始蛇就可以發育出四肢。他們本質上是在激活已經隱藏在DNA中的功能,只是在等待正確的變量來觸發其發展。

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有趣的事實

蛇不需要腳就能追上你。黑曼巴蛇是世界上最致命的蛇之一,滑行時速約19公里/小時,這比大多數人跑得更快。它的速度和極具毒性的毒液使其成為世界上最受恐懼的動物之一。


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