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為什麼蛇會把「自己的腿」進化掉,用「肚子」行走真的更具優勢嗎?
2023/12/08

蛇是自然界最冷血的殺手之一,它們是天生的捕獵機器,用吐信的方式來分析空氣中的化學物質,用伏地感知獵物和捕食者帶來的震動,有些蛇甚至擁有紅外線感應能力,在沒有光線的情況下也可以感知到獵物的體溫。

不出意外,這些先進的「裝備」讓蛇適應各種棲息地,從沙漠到海洋,從熱帶雨林到高山草原,地球的大部分角落都有蛇的身影。

適應這些不同的環境,意味著蛇需要會挖沙子,需要會游泳,需要會爬樹,甚至有時候還需要在空中滑翔。

有趣的地方就是,雖然蛇完成了所有這些差異巨大的工作,但它們的身體結構卻都驚人的相似,其中最明顯的一點就是它們的身體都是細長且沒有四肢。

那麼問題就來了,為什麼蛇會把自己的腿進化掉,用肚子行走真的更有優勢嗎?

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蛇曾經也有腿

現在普遍認為,最早的四足脊椎動物在3.97億年前開始出現,四肢結構很有可能來自于魚的鰭。

鳥類、哺乳動物、兩棲動物和爬行動物都屬于四足動物的范疇,而蛇在分類上屬于爬行動物,所以它理應該有腿才是。

事實上,現在有許多研究(包括化石記錄)都可以證明 蛇確實曾經擁有腿,只是在某一個階段它們放棄了所有四肢

蛇的骨頭很輕,所以完好保存下來的化石少之又少,最古老的能夠稱為蛇的動物化石可以追溯到1.43 到 1.67億年前之間。

圖源:Didier Descouens

但真正的蛇形——身體細長且沒有腿的蛇類化石出現在1.13億到9400萬年前之間——有時候這些化石會擁有退化的后肢。

比如,2011年發現了一個9500萬年前的蛇化石就有一對2厘米長的后肢,但它沒有前肢。

關于蛇為什麼要把腿慢慢徹底刪除,其實沒有人可以回答這個問題,因為現在蛇的化石實在是太有限了。

但可以肯定的是,把四肢全部刪除在爬行動物的演化中是非常常見的,在鱗狀目中,像蛇一樣的身體結構就至少獨立進化了26次。

蛇失去腿的兩個假說

從所有這些把腿完全刪除的爬行動物中,科學家目前得出兩個假設來解釋在演化過程中蛇失去腿的原因。

第一種假說是蛇的四足祖先在某一個時刻進入了海洋,四肢會給游泳帶來阻力,所以它們把四肢慢慢進化掉了。

隨著時間推移這些完全失去四肢的蛇又重新回到了陸地,但是它們再也沒有添加四肢的打算。

在2015年之前,大部分發現的古老蛇類化石都是生活在海洋的,這給這種假說提供了一些證據支持。

但是,2015年的時候,發現了一條明顯不是生活在海洋的、卻也正在失去四肢的蛇的化石,這給另外一種假說提供了一些證據支持。

第二種假說,就是假設蛇的四足祖先在陸地上挖洞,就像現在的蚯蚓一樣,這種生活方式下,腿也是一種障礙。

所以,隨著它們適應地下生活,它們的腿逐漸減短并失去——首先是前肢,然后是后肢。

兩種假說都有大量的支持者,不排除兩者都是對的。蛇的不同祖先可能在不同的環境中,為了應對相似的環境壓力,進化出幾乎相同的生理結構。

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在自然界中這種情況也是非常的常見,它被稱為 趨同進化

就我個人而言,我傾向于第二種假說,因為我覺得進入海洋后失去腿是很難理解的,它為什麼不是像現在的鯨豚類那樣變成尾巴和「鰭」呢?

大西洋斑紋海豚,圖源:sheilapic76

還有要從海洋中再回到陸地我覺得更難理解,什麼樣的壓力或者誘惑才能讓它們放棄整個海洋而爭奪一小片沙灘呢?

其實,第二種假說也是有很多漏洞,其中最明顯的就是我用四肢作為「鏟子」不是應該更好挖洞嗎,干嘛要丟棄呢?

一些古生物學家給出的解釋是,蛇的四足祖先最開始可能很少自己挖洞,而是占領別人的洞穴。

圖源:Pansci.asia

好吧,只能說要弄清楚蛇為什麼沒有腿是非常困難的,這得有更多的化石證據才行。

雖然蛇失去四肢的進化動力是什麼還存在許多爭議,不過好消息是,現在科學家已經弄清楚了在基因層面蛇為什麼沒有腿。

最后:蛇的基因調整

其實,蛇曾經擁有腿不僅體現在化石證據上,在很早以前科學家就發現了蛇和蜥蜴有相似的基因組,并發現了一些可能參與爬行動物四肢發育的基因,而蛇也有這些基因。

另外,現在有一些蛇依然擁有退化的「后腿」,比如蟒蛇,在它們的泄殖腔兩側就有腿的殘留物。

隨著科技的進步,科學家確定了那些在爬行動物肢體的形成和大小中發揮了重要作用的基因,這些基因被稱為音猬因子(SHH)。

在基因編輯技術日趨成熟后,科學家們又追蹤了蟒蛇的胚胎活動,找到了蟒蛇擁有后腿卻不完全發育的原因。

增強子的作用過程,圖源:Jon Cheff

研究的結果發現,蟒蛇控制SHH基因活性的「開關」中有 3 個缺失,最終導致蟒蛇的腿沒有繼續完成發育。

現在,這些「開關」在遺傳學上被稱為 增強子,一些突變導致蛇的增強子阻止了其控制四肢發育基因的激活,從而徹底改變蛇的外觀。

最后

蛇類的多樣性被認為是從恐龍滅絕后才開始爆發的,它們開始去挑戰并適應各種環境,但是它們好像再也不用四肢了。

現代的蛇好像有點符合一個哲學道理——「以不變應萬變」,在不同環境下身體結構也不需要有太大變化,卻依然可以活得很好。

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