為什麼蛇只能靠爬的？科學家給出終極解釋

知識 10-23

為什麼蛇只能靠爬的？科學家給出終極解釋
大約在1億多年前，蛇就已經失去了四肢。這個時間可早了，要知道霸王龍統治地球也不過才3500萬年前。

但是科學家們卻一直在想辦法證明，是基因突變導致蛇的身體結構發生這樣的變化。

現在新的研究表明，一段涉及四肢形成的DNA能夠進一步闡述蛇類獨特身體特徵的原因。

來自美國加州科研機構和瑞士巴塞爾大學的科學家們將蛇的DNA片段插入實驗小鼠的體內，發現小鼠的四肢發生截斷。因此，他們得出結論：正是因為有關四肢形成DNA的缺失，導致蛇類在進化過程中失去了四肢。

遺傳學家Axel Visel表示，在人體乃至所有長腿的脊椎動物中，控制四肢形成的DNA片段實際上並不是一種。而對於蛇類來說，這種DNA結構遭到了破壞。這可能是蛇類進化過程所需要經歷的一環，不同於其它的哺乳動物和爬行動物，它們已然不再需要四肢。現代蛇類已經擁有脊椎動物進化史上最獨特的身體結構。

Visel博士和他的研究團隊想要仔細研究一下基本蛇類的基因組，例如蟒蛇。實際上這些蛇類具有遺留下來的腿，只是你看不見，因為這些細小的腿骨埋在他們的肌肉之中。而相對高級一些的蛇類則屬於完全沒有這種隱形的腿骨，比如毒蛇和眼鏡蛇之類。

為什麼蛇只能靠爬的？科學家給出終極解釋
上圖中分別是小鼠正狀態下的四肢以及分別插入來自毒蛇和蟒蛇ZRS後的四肢，通過掃描可見差異明顯。

在這些基因組中，他們尤為關注一段被稱為音蝟因子(Shh)的基因，因為這段基因參與可許多的發育過程，這其中就包括四肢的形成。

研究人員檢查了Shh中的一個基因片段，這段DNA被稱為偏振帶活動監管序列(ZRS)，其實這段基因本來很平常，但在蛇類中卻發生了突變。

為了進一步證實突變導致的結果，他們使用CRISPR基因編輯法將ZRS插入到實驗小鼠的體內。結果是，如果插入的基因序列來自哺乳動物，那麼小鼠的四肢完全可以正常發育。即便這些插入的ZRS基因來自魚類，雖然魚本身的魚鰭纖細單薄，小鼠的四肢依舊可以正常發育。

但是，插入小鼠的ZRS來自蛇類的時候，小鼠身體會發生明顯的前後肢截斷現象，說明這種身體變化的原因來自蛇類。

為了確定蛇類在進化中失去四肢就是因為ZRS，研究人員仔細研究了這段獨特基因的進化史。

通過將蛇類和其它脊椎動物的基因進行比對，研究人員發現蛇體內存在17對鹼基對缺失。這種缺失直接導致了ZRS的消失，而ZRS正是形成動物四肢基因片段Shh的關鍵部分。

之後，他們通過人工的方式重建缺失的17個鹼基對來回撥進化鍾，以創造混合狀態的ZRS，並試圖在小鼠DNA上進行編輯。小鼠接受重建後的ZRS後，竟然長出了正常的四肢。

雖然看起來蛇沒有腿的神秘原因已經得到的解決，但是Visel教授表示，在進化過程中，蛇類沒有腿的真正原因可能並不能用一個基因的缺失這麼簡單的事兒就涵蓋過去了。

在實驗小鼠的ZRS片段中肯定還有不同的部分，蛇類ZRS中的突變也肯定不只一處，當然，蛇類也不是脊椎動物中唯一缺胳膊少腿的。

儘管進化過程不同，一些蜥蜴、鰻魚及其他魚類和海洋哺乳動物也在數千年的進化中失去了四肢。這種進化現象在動物進化過程中發生了數次，目前我們可以假設它是安全的，至少它沒有影響到其它基因的功能。

雖然關於基因的問題很複雜，但隨著基因編輯工具的發展，我們最終一定可以對身體中的基因變化有更加系統的認知。

我們的四肢是從魚鰓進化來的？

有一種觀點認為我們的四肢是在一個多世紀以前從魚鰓進化而來，這種觀點一直備受質疑，因為缺少化石證據，但這種猜想沒準是對的。

今年早些時候，研究人員證明人類的四肢和軟骨魚的腮共享同一個基因，例如鯊魚之類。

這項發現有可能讓頜類脊椎動物的起源明亮起來，這其中當然也包括人類。

不像其它魚類，軟骨魚有一系列的皮瓣來保護自己的腮。這些皮瓣由拱形軟骨支撐，被稱為腮條。

1878年，德國解剖學家Karl Gegenbaur提出偶鰭理論，並認為四肢從魚類的腮條進化而來。然而至今為止，並沒有化石證據支撐這一觀點。

目前，科學家們已經用最新的基因技術重新調查Gegenbaur的理論。

[千里之外 via dailymail]

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