01.03 基因突變,讓它們成了動物界的失足青年

今天我們聊一種令人恐懼的動物——蛇。為了讓大家安心讀完文章,避免產生不適感,下面就不放各種蛇的恐怖照片了,想尋求刺激的,可以自行腦補或百度。

蛇最早在《聖經》當中出現,誘惑了亞當和夏娃,讓人類偷吃了禁果。很多人以前並沒有見過真正的蛇,但是當第一次見到的時候往往都會覺得很害怕,為什麼會這樣?這跟基因有關係嗎?

基因突變,讓它們成了動物界的失足青年

我們以前討論過記憶能不能遺傳的問題。人類不是唯一天生怕蛇的種族,即使沒有見過蛇的猴子,看到蛇也有強烈的反應。這個推測可能有兩點原因:第一,蛇屬於爬行動物,渾身長滿警戒性的花紋,令人或動物與生俱來地感覺心裡不舒服。第二,在完全沒有任何解藥,連抗血清都沒有的情況下,我們的祖先肯定被蛇咬過,這種恐懼記憶已經深深地烙在DNA中,這是另外一個推測。(延伸閱讀:情緒和記憶可遺傳給下一代?“心想事成”或有科學依據)

蛇是非常奇怪的動物,明明沒有腳,行動起來卻非常迅速。蛇為什麼會沒有腳呢?這是被很多人討論的科學問題。

所有的兩棲類、爬行類、鳥類,再到哺乳類(包括人)都屬於四足動物。魚開始向岸上走的時候,周邊沒有水,空氣不足以支撐它在空中浮動,所以必須產生一個讓其主動行動的器官。

為什麼經過演化之後,蛇沒有腳了呢?2016年發表於《細胞》一篇科研論文,闡述了可能的原因。通過分析蛇的基因序列,研究人員發現蛇有可能在1億年前的恐龍時代失去了它們的四肢。蛇的一個跟四肢形成有關的基因片段發生了突變。科學家把這一個基因片段轉到實驗小鼠體內,結果發現小鼠發育出了比較短的四肢。表明蛇在演化過程中,因為這段包含17個鹼基的特殊DNA片段的缺失,失去了長出四肢的能力。

為了研究這種進化的分子根源,美國勞倫斯·伯克利國家實驗室遺傳學家Axel Visel和同事著手研究已發佈的蛇基因組,包括基礎的蛇,如蟒蛇和巨蟒,它們有殘腿——小腿骨埋在肌肉中;以及高級的蛇,如毒蛇和眼鏡蛇,它們已經失去了所有的肢體結構。

在這些基因組中,他們關注了一個叫音蝟因子(Shh)的基因。該基因參與多種發育過程——包括肢體的形成。研究人員深入分析了Shh基因的一個調控因子(極性決定活性區調控序列ZRS),該基因存在於蛇當中但發生了變異。

今天的基因編輯技術已經很發達了,研究人員把這個基因片段(即Shh基因的一個調控因子)插到小鼠體內。結果發現,如果插入的這個基因片段來自人類,小鼠四肢是正常的。如果插入的這個基因片段來自魚類,雖然鰭的結構和鼠的四肢形態上看起來不一樣,但是畢竟是同源,小鼠依然長出正常四肢。然而,當插入蟒蛇或者眼鏡蛇的這個基因片段時,則發育出嚴重截斷的前肢和後肢,證明蛇失去四肢的遺傳學秘密就是在這個基因片段中。

蛇不是唯一一種沒有四肢的脊椎動物,還有蚓蜥以及長得像蚯蚓一樣的蜥。還有鰻魚、海洋的哺乳動物(包括海獅、海象等),也有不同程度的肢體減少,我們可以理解為這是它們為了適應環境的一種選擇。也許蛇在沒有四肢後,進化出了自己的鱗片,發展出自己的運動方式,或許靠遊弋的方式更適應當時的環境。

在演化過程中,蛇逐漸地把四條腿丟掉了。那麼問題來了,這種演化是主動的還是被動的?是因為它要適應生存的環境,沒有腿更好活動,還是因為環境惡劣導致它長不出腿?

解釋所有生物演化相關問題的時候,還是要回到達爾文的演化論。我們認為在當時的環境,這種方式是被迫的,也許它的生活環境,更利於它取得更好的適應性,或者取得更好的優勢。有些是有腿的,有些是沒有腿的,後來發現沒有腿的會更有優勢。

蛇具有多樣性,我去泰國曼谷的時候參觀過它們的一個養蛇的農場。裡面像動物園一樣,玻璃櫃子裡展示各種各樣大大小小的蛇,蛇的體形差異和顏色差異特別大。

蛇也是接近活化石一樣的動物,畢竟在恐龍時代就已經存在,一直到今天。全球範圍內大概有3000種蛇,從北極圈到南美洲最南端都可以見到它們的影子。它們甚至可以生活在海里,就像海蛇。據統計,海蛇超過60種。蛇也可以生活在高原,喜馬拉雅山也有一定數量的蛇。

不是所有的蛇都有毒,毒蛇約佔1/4左右,大概700多種蛇是毒蛇。不同種類的蛇,體型差距非常大。有一種體型較小的蛇叫卡拉細盲蛇,這種蛇只有10釐米長。而體型最大的兩種蛇,一種叫網紋蟒(又稱霸王蟒),生活在東南亞,就是俗稱的大蟒,最長的可達7米;另一種叫森蚺,生活在南美洲,差不多5米長,但是體重在200斤左右,又長又粗。

蟒蛇從動物分屬上是一類,蟒是蛇的祖宗,蟒裡面還是有一些殘腿,它的小腿骨隱在肌肉裡。但蛇已經沒有殘腿了。通常所謂的蛇,是屬於更晚期出現的更高級的蛇。

有一種蟒叫泰坦巨蟒,是已經滅絕的史前動物。人類曾經找過它的化石,這種蛇在恐龍滅絕後,也就是6500萬年前的時期,也曾經稱霸過南美洲。根據它們的化石推測,這種蛇差不多有13米長,堪稱歷史上目前已知的最大的蛇。

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