蛇为什么没有腿?

蛇和蜥蜴都是有鳞目的成员。但当蜥蜴用完全成形的腿飞奔时,蛇则选择用肚皮爬行。这些动物为什么以及如何走上如此不同的进化道路,一直是科学界争论的焦点。然而,有一件事是肯定的,一些蛇仍然携带着让它们长出腿和脚的基因编码。

那么,为什么这些蛇不长出四肢,然后在灌木丛中昂首阔步呢?

由于1亿多年前发生的多次基因突变,这些突变影响了一种特殊的基因——音猬因子(SHH),它负责四肢的发育。音猬因子不仅对四肢至关重要,它也为生长中的动物的器官及其安置提供指导。而音猬因子在蛇身上是无效的。

2016年发表在《自然通讯》(Nature Communications)杂志上的一项研究显示,爬行动物基因组的变化最终是如何导致生物表型或来自某些基因表达的物理特征的明显转变的。简而言之,基因突变导致一些蜥蜴去掉了它们的附属物,变成了蛇,但它们的DNA中仍然保留了那些长腿基因的序列。

为了查明基因序列的变化,研究人员比较了蛇和其他拥有完整四肢的爬行动物和脊椎动物的基因组。他们特别依赖泰古蜥蜴的基因组,科学已经完全测序了泰古蜥蜴的基因组。

蜥蜴碰巧也有DNA调控测序器(称为增强子),它可以在生物发育过程中“打开”某些基因的开关。SHH需要这些增强器来让四肢充分发育,这就是蜥蜴如何长出四条腿的原因。但在蛇类中,这种增强因子在进化过程中被从DNA序列中移除,现在甚至在原始蛇类中也几乎消失了。

在一些蛇身上,增强子的痕迹依然存在,还有另一种名为HOXD的基因,它负责指导脚的发育。一些蟒蛇胚胎甚至发育出部分腿骨和脚板,但这些特征在出生之前就已经分解了。

不过,仍有迹象表明,并非所有的蛇都愿意用肚皮奔跑。仔细观察这些蛇的下面,你会看到它们肚子上的小疙瘩,可能是腿的残余。

这是什么意思?通过一些基因突变,一些原始蛇类可能会长出四肢。它们本质上是激活了隐藏在DNA中的特征,只是等待合适的变量来触发它们的发展。

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