蛇的体形就像一条绳子,然而它们的祖先却是有脚的,为啥要退化掉

答:化石显示,蛇的祖先是有四肢的,但是后来为了适应环境,蛇的四肢退化了。


蛇和蜥蜴在一亿年前拥有相同的祖先,但是两者朝着不同的方向演化,形成了如今两个不同的物种,甚至在一些蛇类当中,躯干上还留有四肢退化后的痕迹。

蛇伏地而行,虽然没有了四肢,但是行动同样敏捷,灵活的身体在地面上做波状弯曲,利用弯曲处向地面施力就能推动整个身体的前行,在水中游动更加灵活。

蛇的体形就像一条绳子,然而它们的祖先却是有脚的,为啥要退化掉图1

化石显示,四肢退化的蛇最早出现在距今9千万年前,此时是白垩纪时期,恐龙还是地球上的霸主;根据自然选择论的观点,蛇主动退化掉四肢,肯定存在有利于蛇适应环境的因素。


其实关于蛇退化四肢的原因,目前还是一个谜团,不过也有一些看起来比较合理的解释:

解释一:为了适应海洋生活退化掉四肢

蛇类祖先是远古的爬行类动物,当它们再次打算返回海洋时,四肢会增大水中游动时的阻力,从而变得多余,于是蛇的四肢开始退化。

在蛇类演化的早期,地球上就出现过体型巨大的海蛇,现在地球上的海蛇体积缩小了很多,海蛇的种类有50多种,有的甚至长期生活在海洋之中。

解释二:为了适应洞穴生活退化掉四肢

在2015年,生物学家发现了一个9000万年前没有四肢的蛇类化石,通过CT扫描发现,这条蛇的耳朵中有一个明显的球状通道,这正是洞穴生物的典型特征。

蛇的体形就像一条绳子,然而它们的祖先却是有脚的,为啥要退化掉图2

因为洞穴生物所处环境特殊,如果还依靠空气传播的声音辨别事物的话,会有很大的局限性,所以洞穴生物一般会进化出特殊的内耳结构,以增强感知地面的微小震动的能力。

这个发现证明早期的蛇类已经开始洞穴生活,用于躲避大型食肉动物比如恐龙等等,并且进化出了相应的身体结构,而四肢在洞穴生活中非常不便,所以蛇的四肢逐渐退化掉,同时,蛇的整个身体接触地面,还能大大增强地面震动的感知能力。

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虽然蛇失去四肢后增强了某些方面的能力,但是没有四肢后缺点也是很明显的,比如蛇在前行时无法大幅度地状弯,攻击方向也仅限于前方,而且攻击距离很有限,所以我们看到捕蛇人在捉蛇时,从蛇的后方进行捕捉容易得手。

蛇经过上千万年的进化,目前已经有3000多个种类,绝大部分蛇的外耳已经完全消失,视力也退化,但是它们进化出了非常灵敏的地面震动感知能力,还拥有敏锐的嗅觉,以及在夜间捕食非常有用的红外感知能力,使得蛇类能在地球生物圈中占据一席之地。


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蛇类的祖先曾经拥有四肢,但是基因突变导致这些爬行动物在大约1.5亿年前失去了四肢。 美国一所大学研究表明一段被称为ZRS(极化活动调控序列区)的突变基因负责蛇类的肢体改变。 研究人员取出几个小鼠胚胎,取出小鼠的ZRS基因并用蛇的ZRS片段替换后,蛇的ZRS异常变得明显。 这种交换对老鼠产生了严重的后果。研究人员说,老鼠没有长出正常的四肢,而是几乎没有长出任何肢体,这表明ZRS对四肢的发育至关重要。 这是人类和所有其他有腿脊椎动物制造四肢所需的脱氧核糖核酸指令的许多组成部分之一。

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“早期”蛇的基因组更接近蛇家族的原始蛇类,比如蟒蛇——它们的腿已经退化,或者肌肉中埋藏着细小的骨头。科学家们还研究了“高级”蛇类,包括没有任何肢体结构的毒蛇和眼镜蛇。 在他们的研究中,研究人员集中在一种叫做“索尼克刺猬”的基因上,这是胚胎发育,包括肢体形成的关键。“索尼克刺猬”的调节器,位于ZRS的基因序列中,已经变异了。 然而,研究人员需要证明ZRS突变是造成肢体缺失的原因。为了找出答案,他们使用了一种叫做CRISPR(是“有规则间隔的重复簇”的缩写)的脱氧核糖核酸编辑技术来切断小鼠胚胎中的ZRS延伸,并用包括蛇在内的其他动物的ZRS片段代替。

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当老鼠从包括人类和鱼类在内的其他动物身上获得ZRS基因时,它们就像普通老鼠一样长出了四肢。但是当研究人员将蟒蛇和眼镜蛇ZRS插入老鼠体内时,他们发现老鼠的四肢几乎没有发育。 在正常发育期间,老鼠形成完整的四肢。但是当老鼠胚胎被赋予眼镜蛇(中间)和蟒蛇(底部)的一段控制肢体发育的脱氧核糖核酸时,它们四肢的生长受到严重限制。 接下来,研究人员深入观察了蛇的ZRS,发现蛇的脱氧核糖核酸中17个碱基对(即成对脱氧核糖核酸“字母”)的缺失似乎是肢体缺失的原因。
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他们发现,当他们煞费苦心地“修复”蛇ZRS的突变并将其植入小鼠胚胎时,小鼠的腿就正常了。然而,生物通常有多余的基因来防止这种突变,所以多重进化事件很可能导致蛇失去肢体。 老鼠ZRS可能有一些冗余,蛇ZRS的其他一些突变可能也是进化过程中丧失功能的原因之一。 成年蛇没有四肢,但蛇胚胎有。科学家发现蛇ZRS有阻止肢体发育的致残突变。然而,他们也发现,在它们存在的头24小时内,蟒蛇胚胎只有几个肢芽细胞,这是蛇类祖先基因表达的第一步。 但是这种转录在蛇产卵后的一天内关闭,这意味着蛇腿不能完全发育。
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蟒蛇ZRS被证明是非常低效的,在几个细胞中短时间开启转录。然而即使在那段短暂的时间里,蟒蛇胚胎也能开始发育腿骨,如股骨、胫骨和腓骨。但是那些远端结构在完全分化成软骨之前退化了,幼年蟒蛇只剩下一根基本的股骨和一只爪子。结果告诉我们,蟒蛇保留的腿比我们想象的要多得多,但是它们的结构是短暂的,仅在胚胎阶段发现。
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