易鸿宇揭秘：蛇为何失去四肢？
易鸿宇揭秘：蛇为何失去四肢？
近日，英国爱丁堡大学的易鸿宇博士后和美国自然历史博物馆古生物部主任马克·诺雷尔通过研究一个有9000万年历史的原始蛇类头骨标本，揭示了蛇类失去四肢的原因。他们的研究表明，蛇在演化过程中为了适应穴居生活而失去了四肢，这一发现为理解生物进化提供了新的视角。
这一发现不仅解答了一个长久以来的科学谜题，也引发了人们对生态适应性的深入思考。蛇类失去四肢这一看似简单的现象，实则是地球生命演化史上一个引人入胜的例子，它展示了自然选择如何将看似不利的特征转化为生存优势。
古生物学的线索：从化石到穴居假说
蛇类的演化历史可以追溯到约1.6亿年前的侏罗纪时期，最早的泛蛇类蜥蜴化石为我们提供了重要的线索。这些早期蛇类的化石显示，它们保留了短小的前后肢，这表明四肢的退化是一个渐进的过程。
南京古生物博物馆展陈部主管贺一鸣介绍，蛇类是从蜥蜴类演化而来，二者的亲缘关系非常相近。目前人类发现的最早泛蛇类蜥蜴是生存于1.6亿年前侏罗纪的昂氏黎明蛇，而明确的最早蛇亚目化石是发现于约旦河西岸地区的圣域哈氏蛇，时代为1.12亿年至9400万年前的早白垩世。
在蛇类的演化历史中，有一些“明星蛇”因其巨大的体形和独特的生存方式而备受关注，最著名的巨型蛇类就是泰坦蚺。它的化石发现于南美洲哥伦比亚北部的塞雷洪煤矿附近，生存于约6000万年到5800万年前的古新世。泰坦蚺的体形达到了惊人的12.8米到14.3米，体重730至1135公斤，曾经被认为是自非鸟恐龙灭绝后出现的顶级掠食者。
关于蛇类失去四肢的原因，目前的主流观点认为，这一变化是为了适应地下生活。早期蛇类的穴居生活要求生物具备更为灵活的身体和更强的环境适应能力，以适应狭小、复杂且多变的空间环境。这种选择压力可能促使了蛇类祖先在身体结构上发生一系列适应性变化，如身体变得更为细长、脊椎更加灵活、内耳与听觉和平衡相关的结构变得更为发达等。
中国科学院动物研究所博士后史静耸介绍，穴居环境减少了四肢在移动和捕食中的必要性，从而加速了四肢退化的过程。“在很多早期蛇类化石中，我们可以看到短小的前后肢的存在，即使在现生的蟒蛇类中也存在一个后腿的残余。”
基因组学的突破：揭秘遗传机制
2023年6月，中国科学院成都生物研究所李家堂团队在国际顶尖学术期刊《细胞》上发表了一项突破性研究，揭示了蛇类失去四肢的遗传机制。研究团队选择了从头组装了12个科的14种蛇类的基因组，构建了蛇类系统发育框架，推断蛇类起源于约1.18亿年前的早白垩纪。
该研究通过大规模多组学技术及基因编辑技术，研究了蛇类的形态特征的遗传基础。研究团队发现，蛇类PTCH1蛋白特异性缺失的三个氨基酸残基，可能是其四肢缺失的重要遗传机制之一。此外，大量编码及非编码调控元件的快速演化驱动了蛇类的身体延长。
美国劳伦斯·伯克利国家实验室的遗传学家Axel Visel的研究团队也发现，蛇在约1亿年前失去了四肢，这一变化源于关键基因的突变。具体来说，编码前肢发育的HoxC-6基因完全缺失，导致蛇无法形成前肢。更有趣的是，后肢相关基因Shh中的ZRS序列虽然存在，但却发生了突变，使得后肢也无法正常发育。
进化的启示：从缺陷到优势的转变
蛇的无肢形态看似是一种“缺陷”，实则是自然选择的杰作。这种独特的身体结构为蛇带来了诸多生存优势。
首先，无肢使蛇行动更加安静、灵活。在捕食过程中，蛇可以悄无声息地接近猎物，同时避免被天敌发现。其次，蛇的移动方式大大减少了能量消耗，使其能够长时间潜伏或迁徙。更令人称道的是，蛇发展出了独特的捕食策略：细长的身体不仅利于绞杀猎物，还能精准地使用毒液攻击。在这种情况下，四肢反而可能成为累赘。
蛇类的成功演化不仅展示了生物适应性变化的多样性和复杂性，还使得种群不断繁盛。现在，蛇类的分布范围横跨全球除南极洲外的各个大洲，当之无愧是当代最为成功的陆生脊椎动物群体之一。
这一发现不仅增进了我们对蛇类进化的理解，更为研究其他生物的进化提供了新的视角。正如Visel所说：“蛇的四肢消失是一个极端的进化案例，它为我们提供了研究基因调控和形态变化之间关系的独特窗口。”