03.04 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?

遺落的旧时光


蛇类祖先曾经拥有手臂和腿,但基因突变导致蛇类爬行动物在大约1.5亿年前失去了四肢。这其实是一项2016年的研究,当时科学家的两项研究都表明蛇的突变脱氧核糖核酸突变造成了蛇的四肢逐渐消失,脱氧核糖核酸是一种控制生物体发育、生存和繁殖的结构。



除了这个原因之外,DNA内的ZRS突变也是一个重要原因。科学家摘除小鼠的ZRS DNA,并将其替换成蛇的ZRS片段后,蛇的ZRS异常变得非常明显,而这一过程对老鼠造成了严重的后果。科学家说,老鼠没有长出正常的四肢,几乎没有长出任何四肢,这表明ZRS对四肢的发育至关重要。


简单来说ZRS是人类以及其他所有脊椎动物四肢所需DNA结构的重要组成部分之一。另外,值得注意的是,蛇的四肢其实和人的尾巴尾骨一样,只在胚胎发育阶段存在很短的时间,之后就会消失。

蛇没有四肢速度也非常快,腿不一定是进化成功的表现,非洲有一种名为黑曼巴蛇的毒蛇,时速可达19千米。


宇宙与科学


蛇作为一种爬行动物,为什么没有腿呢?漫长的进化过程中,蛇的腿究竟发生了什么?让我来尝试解答一下吧。

蛇的祖先实际上是一种体型狭长的蜥蜴【如下图所示】。但是至于说为什么有脚的蜥蜴为什么会逐渐变成没脚的蛇呢?现在有两种理论来解释这种现象。

第一种解释是所谓的“水生说”,意思就是蛇的祖先是生活在水中的【如下图所示,就是这种生物的假想图】,在漫长的演化过程中,这种生物不需要通过四肢就可以在水中游动,反而这个时候四肢变成了水中的阻力,所以逐渐退化掉了。

第二种解释就是“陆生说”,简单说就是蛇的祖先也是生活在陆地上的,只是这种生物是一种穴居生物,需要在狭窄的洞穴中前进才能够获得充分的庇护和食物来源,所以在漫长的进化过程中,这种生物的四肢逐渐退化,这才变成了现代意义上的蛇类【如下图所示】。

从目前的化石证据来看,第二种情况发生的可能性要更大一些。

比如说下图就是发现的这种还保留着非常短小的四肢的蛇类,可以说这种生物在这个阶段已经跟现在的蛇类非常类似了,不仅整个身子细长无比,而且四肢的作用已经几乎消失殆尽了,甚至于连捕食方式已经跟现在的蛇很相似,是通过绞杀的方式来捕获并杀死猎物的。

这样解释不知道你听懂了没有?要知道大自然确实是很神奇的。


航小北的日常科普


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。

“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。

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。

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。


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。


军机处留级大学士


众所周知,蛇是由蜥蜴进化而来的。早在三亿年前,经过演化陆地上出现了真正意义上的爬行动物,其中就有蛇的祖先蜥蜴。直到现在蜥蜴依然遍布世界各地,那么,为什么蛇会进化到没有脚呢?我们一起来探讨一下。


首先,一个物种的进化并不是全部的进化,什么意思呢?就好比是狼和狗的关系一样,狗的祖先是狼,但是现在狼这个物种依然存在。就像蛇的祖先是蜥蜴,而现在蜥蜴依然存在一样。

动物的进化也是选择的性的,无论是如何进化为的都是更好的适应环境,进而能够生存。就像是蜥蜴也有很多种,有的可以在水里游,有的可以在天上飞一样。

上图就是蜥蜴几亿年前的化石,从化石就不难看出,即使是过了亿万年,但是它的内部构造是没有改变的。而蛇是有蜥蜴中的某一个种类进化而来的。而且这种蜥蜴明显是穴居动物。

经过漫长的进化,这种穴居蜥蜴的身体越来越长,而在身上的四只脚就成为它的负担,所以为了更好的适应穴居的环境,以及在捕猎时能够尽可能无声的接近猎物,它选择了进化四肢。

但是也不是所有进化后四肢消失的蜥蜴都称之为蛇,有一种蜥蜴叫做细脆蛇蜥,它也是经过了漫长的演化最终四肢消失了。但是它与蛇还是有着明显的差异的。首先,蛇的全身布满了鳞片,而细脆蛇蜥则是局部有鳞片;其次就是栖息环境,蛇是穴居动物,而细脆蛇蜥没有固定的巢穴,它常常隐藏在树下或者石头底下,也就是细脆蛇蜥依然沿袭着蜥蜴的生活习性。

这就是即使没有了四肢,它也不能称之为蛇的主要原因之一。

综上,蛇进化了四肢是为了更好的适应环境和生存。其实许多的动物的祖先是同一种动物,但是由于同一种动物的也有许多的分类,因此,在漫长的演化过程后,最后产生的物种也就不同了。就如同人、猿、猴是一个道理。


猎奇动物社


蛇的起源一直是个谜,早期蛇类化石的缺乏使得这个谜题很难解开。普遍接受的理论认为蛇是由有腿的穴居蜥蜴进化而来的,因为蜥蜴和蛇都有相同的感觉器官来定位猎物,雄性都拥有相同的生殖器官,这两个物种都覆盖着鳞片,是冷血动物。然而,科学家们并不知道这些蛇是什么时候进化而来的,以及它们是从哪种蜥蜴进化而来的。

动物学家预测,在过去有一些蛇是曾经有腿的。即使现在的许多蛇,特别是在蟒蛇中,仍然有腿的发育残迹,就像是微小的突出的刺,雄性在交配时有时可以用它们来抓住雌性,x光显示这些腿的残迹存在完整的肢体结构,其中大部分隐藏在身体内部。

蜥蜴要么在陆地上挖掘,要么在海洋中游泳。然而,随着时间的推移,在蛇中这两种运动模式变得过时,蛇主要利用S形的身体运动来推进,虽然有很小的腿,但蛇不再用它们的腿来运动,因为太小了,S形身体的运动足以给在地面上提供牵引力。蛇失去四肢似乎是因为四肢的存在阻碍了它们在水中的运动;而且四肢的存在会造成巨大的能量浪费,这些约束迫使蛇在不影响生存的情况下也发生了四肢退化。

Sonic hedgehog基因增强子突变导致蛇四肢退化

大多数的蛇在1亿多年前就发生了变异,失去了长出四肢的能力。蛇的基因组确实拥有肢体形成和生长的基因Sonic hedgehog(SHH)基因,但位于Sonic hedgehog基因附近的调控序列增强子DNA突变,阻止了Sonic hedgehog基因的激活,从而使蛇永远无法长出四肢。在蜥蜴身上,Sonic hedgehog基因在胚胎发育过程中会持续活动,推动肢体发育,一直延伸到手指和脚趾。而在蛇身上,增强子的突变使基因无法开启,从而使四肢无法生长。当科学家将蟒蛇和眼镜蛇突变后不能激活的Sonic hedgehog基因插入小鼠体内时,小鼠的四肢几乎无法发育,如下图。


科学闰土


根据达尔文进化论的原理,蛇原来是有脚的。只不过在漫长的进化过程中,蛇的脚逐渐退化了。

原因有以下

一,蛇是穴居动物,经常会周期性地隐藏在松疏的土壤中,而爪子会严重影响它们的隐藏,久而久之爪子退化掉了,蟒蛇身上还有退化后的痕迹。

二,由于适者生存原理,可以推断出蛇的脚肯定是不发达的,对于它蜿蜒爬行起不到太大的辅助作用。否则一定会像其他动物一样得以进化。


哪个名字不被占用哈哈


适者生存,根据进化论理论,当蛇的脚不利于蛇的生存时 ,就会退化掉。蛇退化掉脚身形更矮,易于隐藏,二是为了能钻进更小的洞穴,捕食更多的食物,有利于生存。蛇为了捕食,经常要钻入老鼠小鸟的巢穴里面,如果有脚的话,有一些洞穴就钻不进去,因此,小脚要比大脚的有利于捕食,没有脚的比有脚的有利。抓住食物后,从洞中退出时,也是如此,久而久之,脚退化了。

蛇是食肉性动物,主要以老鼠、青蛙、泥鳅、各种鸟类、蚯蚓、昆虫等小动物作为主要食物来源,部分蛇类还会捕食同类。而老鼠是住在墙缝或洞穴中,很多鸟住在岩石缝或墙缝中,蛇为了捕食,经常要钻进这些动物的巢穴中把它们抓出来,有的老鼠洞和鸟窝如果有脚就可能钻不进去,为了获得更多的食物,经过千万年的进化,蛇没有了脚。


南极冰火


蛇是今天地球上非常常见的一种爬行动物,其分布范围也相当广。我们都知道蛇最突出的特点就是没有脚,它完全依靠腹部的鳞片、肌肉及独特的脊椎运动,这种运动方式在脊椎动物中也是独一无二的。


根据化石的发现,我们知道蛇的祖先是有脚的,而且是细长的脚。古生物学家认为蛇的祖先很可能是生活在白垩纪时期的沿海爬行动物,应该是崖蜥。崖蜥逐渐从陆地上进入到海洋之中,在这个过程中,它的四肢逐渐变小,这是为了获得更好的流体力学构造,以便的更好的游泳。

图注:白垩纪生活在海洋中的原始蛇类复原图,图片来自网络


在适应海洋生活的过程中,这群进入海洋的爬行动物中的一支重新返回陆地上,但是它们的四肢已经非常短小,身体却像绳子一样细长。在继续进化的过程中,蛇类选择放弃了已经变小的四肢,反而强化了整个腹部的肌肉、鳞片及脊椎,最终获得了今天蛇类独特的运动方式。

其实以上的进化道路不是推测,而是有化石依据的。我们已经发现了许多白垩纪时期的早期蛇类化石,时间大约在距今9500万至9000万年之间,这些蛇类都生活在沿海地区,或者直接生活在海洋之中,它们的四肢都已经非常短小了。

已经发现的白垩纪蛇类包括有:哈斯蛇(Haasiophis terrasanctus,化石发现于黎巴嫩,生存于9400万年前)、Najash(化石发现于阿根廷,生存于9000万年前)、Pachyrhachis(化石发现于黎巴嫩,生存于9400万年前)、Eupodophis(化石发现于黎巴嫩,生存于9200万年前)等。

图注:Najash的复原图,图片来自网络


其实蛇类祖先进入海洋之后,除了蛇类重返陆地之外,还有一支继续留在海洋之中,它们就是称霸白垩纪海洋的沧龙类。沧龙类最终在白垩纪末期与恐龙一起灭绝,蛇类却活了下来,蛇类独特的身体结构和运动方式赋予了它们独特的生存优势。

图注:沧龙是蛇类的近亲,图片来自网络



古生物探索


谁看见蛇的祖先了?


用户6924882013346


有句老话叫做“画蛇添足”意思就是脚是多余的,既然人都知道蛇长脚是多余的,蛇自然不希望添一双多余的脚,因此慢慢的就把脚给进化掉了!


分享到:


相關文章: