蛇沒有四肢
卻能游走自如,、無比靈活
無論是細(xì)細(xì)的小蛇還是粗壯的蟒蛇
都能吞下比自己體形大很多的獵物
蛇又“聾”又“瞎”
是怎么感知周圍環(huán)境的,？
......
蛇身上有太多謎團(tuán)
一起來認(rèn)識(shí)今年的生肖“值日生”
蛇類的漫長演化之路
“是時(shí)公督數(shù)邊兵，威振東南,，介胄之事,，膝語蛇行，不敢舉頭?！薄?middot;《徐文長傳》
膝語蛇行是指跪著說話,、像蛇一樣伏地爬行，形容極其畏服的樣子,。這一成語生動(dòng)地借用了蛇的運(yùn)動(dòng)方式,，也和我們對(duì)包括蛇在內(nèi)的爬行動(dòng)物命名有異曲同工之妙。
爬行動(dòng)物是脊椎動(dòng)物亞門爬行綱所轄動(dòng)物,，由于這類動(dòng)物運(yùn)動(dòng)時(shí)采用腹部著地,，四肢向外側(cè)延伸而匍匐前進(jìn)的典型爬行方式，故得名,。
蛇類圖片預(yù)警
多種多樣的蛇類。圖源：科學(xué)大院（任金龍 攝）
盡管沒有向外延伸的四肢,，蛇類在分類上也屬于爬行動(dòng)物綱,。南京古生物博物館展陳部主管賀一鳴介紹，人們一般說的蛇是指蛇亞目動(dòng)物,，屬于爬行動(dòng)物綱下的鱗龍目,。鱗龍目包含我們現(xiàn)在熟悉的蜥蜴、蛇等動(dòng)物,。如果探究起源演化,，現(xiàn)代蛇亞目和它們的祖先等可以被歸入“泛蛇類”一并追溯。
簡單來講,，“泛蛇類”是一群長得非常像蛇的蜥蜴,。現(xiàn)在普遍推測(cè)，蛇類是從蜥蜴類演化而來的,，二者的親緣關(guān)系非常相近,。遠(yuǎn)古發(fā)現(xiàn)的蛇類主要生活在海洋、沼澤,、森林等環(huán)境中,，與現(xiàn)代蛇類的生存環(huán)境非常相似。
蛇類的物種多樣性很高,，目前全球共有蛇類4038種,，分別隸屬于35科700余屬。蛇類的分布范圍極廣,，除南極洲外的其他大陸與海洋均有分布,。蛇類具有如此之高的多樣性與廣闊的分布范圍，說明它們是一類演化極為成功的類群,，但能夠發(fā)展至今,，蛇類的演化之路可謂是篳路藍(lán)縷。
蛇類起源于1.2億年前的白堊紀(jì)早期，其祖先曾在白堊紀(jì)時(shí)期與恐龍共同生存,。盡管起源古老,，但早期蛇類卻恨生不逢時(shí)。
彼時(shí),，恐龍?jiān)诙喾N生態(tài)位上存在壓制,，蛇類在當(dāng)時(shí)只能找個(gè)地縫鉆進(jìn)去營穴居生活而勉強(qiáng)度日，并未形成較高的多樣性,。直到發(fā)生在6600萬年前白堊紀(jì)-古近紀(jì)的大滅絕事件使恐龍時(shí)代落下帷幕,，蛇類才抓住了時(shí)機(jī)迅速發(fā)展，物種多樣性得以迅速攀升,。
而后,，古新世新熱帶地區(qū)大氣層中二氧化碳濃度很高，在一定溫度下,，變溫動(dòng)物的最大體形受代謝率限制,，因此蛇類的平均和最大體長都有所增加?！懊餍巧摺碧┨跪啪褪沁@一時(shí)期的產(chǎn)物,，泰坦蚺也是迄今為止體形最大的蛇類，蛇體估計(jì)總長可達(dá)13米,，體重超過一噸,。
蛇類圖片預(yù)警
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化石物種泰坦蚺Titanoboa cerrejonensis復(fù)原模型,。圖源：科學(xué)大院
不僅如此,，現(xiàn)生蛇類多樣性的代表類群——占到現(xiàn)生蛇類總數(shù)80%以上的真蛇下目也是在恐龍滅絕之后才開始輻射進(jìn)化，短時(shí)間內(nèi)形成了大量的類群,，毒蛇類群也開始出現(xiàn)。所以,，縱貫蛇類的演化歷史,，真蛇下目算得上是砌墻的磚頭，后來居上,。
那么,，與四足俱全的“祖先”蜥蜴相比，蛇類“丟掉”了四肢,，這又是為何,？
蛇類的四肢
是逐漸丟失的
蛇類的四肢丟失是一個(gè)復(fù)雜而漫長的演化過程。目前的主流觀點(diǎn)認(rèn)為,，這一變化是為了適應(yīng)地下生活,，使得蛇類能夠在地下鉆洞，更好地捕食和逃避天敵。
隨著科研的進(jìn)步,，古生物學(xué)家已陸續(xù)發(fā)現(xiàn)具有后肢的蛇類化石,，目前越來越多的化石證據(jù)已表明蛇類的四肢在演化中經(jīng)歷了逐漸丟失的過程。2015年科學(xué)家們又在巴西發(fā)現(xiàn)了早白堊紀(jì)時(shí)期具小巧而完整四肢的蛇類,，在捕食或交配過程中,，四肢可能起到抓握作用。
由此可見蛇類的祖先也是比較愛惜身體的,，四肢缺失的過程并不是由于哪一代蛇一蹴而就,，而是世世代代“深思熟慮”才“決定”下來的。而這種有四肢的祖先蛇類的學(xué)名被命名為Tetrapodophis,，意思是有四條腿的蛇,，可謂是真正的“四腳蛇”了。
具四肢的蛇類化石物種Tetrapodophis amplectus
（圖片來源：Martill et al., 2015）
中國科學(xué)院動(dòng)物研究所博士后史靜聳介紹,，早期蛇類的穴居生活往往要求生物具備更為靈活的身體和更強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力,，以適應(yīng)狹小、復(fù)雜且多變的空間環(huán)境,。這種選擇壓力可能促使了蛇類祖先在身體結(jié)構(gòu)上發(fā)生一系列適應(yīng)性變化,，如身體變得更為細(xì)長、脊椎更加靈活,、內(nèi)耳與聽覺和平衡相關(guān)的結(jié)構(gòu)變得更為發(fā)達(dá)等,。
其次，穴居環(huán)境可能減少了四肢在移動(dòng)和捕食中的必要性,，從而加速了四肢退化的過程,。“在很多早期蛇類化石中,，我們可以看到短小的前后肢的存在,，即使在現(xiàn)生的蟒蛇類中也存在一個(gè)后腿的殘余?！?/strong>
蛇類圖片預(yù)警
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現(xiàn)生蟒蛇的后腿殘余。圖源：新華社（史靜聳 攝）
雖然蛇類四肢缺失的形態(tài)演化的歷史已經(jīng)漸漸清楚,，但是這一現(xiàn)象背后的遺傳因素仍然未知,。此前研究發(fā)現(xiàn)蛇類的SHH基因增強(qiáng)子（ZRS）特異性缺失了17個(gè)堿基長度的遺傳序列，可能是導(dǎo)致肢體發(fā)育異常的原因之一,。
在2023年的一項(xiàng)研究中,，中國科學(xué)院成都生物研究所李家堂團(tuán)隊(duì)基于大規(guī)模多組學(xué)技術(shù)與基因編輯等研究手段，全面揭示了蛇類起源及特殊表型演化的遺傳機(jī)制,。相關(guān)論文發(fā)表于國際期刊《Cell》,。
本次論文的研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn),，蛇類中與前后肢發(fā)育、胚胎指形成等相關(guān)遺傳信息發(fā)生了多個(gè)重要改變,。其中PTCH1蛋白特異性缺失了三個(gè)氨基酸殘基,，表明編碼基因突變和結(jié)構(gòu)變異也可能是導(dǎo)致蛇肢體喪失的原因。因此,，蛇類四肢缺失的謎題也正被逐漸破譯,。
蛇類圖片預(yù)警
鼻角蝰蛇,。圖源：視覺中國
為了做個(gè)吃貨
蛇也是拼了
俗話說,，“人心不足蛇吞象”，據(jù)《山海經(jīng)》記載,，有一種生于南海的巴蛇,，體形巨大可以吞食大象，消化了三年,，才把象的骨頭吐出來,。雖是俗語、傳說,，卻把蛇進(jìn)食與消化的科學(xué)特征展現(xiàn)得淋漓盡致,。它們真的能吃下比自己大很多的生物。
實(shí)際上,，蛇類能夠?qū)⒆鞆堥_到130°,，不加咀嚼地直接吞食獵物。這是由于蛇類頭部的下頜骨通過方骨間接與腦顱相連,，左右下頜骨在頦部以韌帶相連,。這些形態(tài)特征使得蛇嘴可以吞下比自己身體大得多的食物。研究發(fā)現(xiàn),，頭骨形態(tài)相關(guān)的基因編碼改變也與蛇類頭骨進(jìn)化有關(guān),。
蛇類圖片預(yù)警
捕食中的蛇,。圖源：視覺中國
同時(shí),，蛇的消化功能也可謂是“天賦異稟”，很多蛇類每年可以僅進(jìn)食幾次而忍饑挨餓數(shù)個(gè)月,，是“三年不開張，開張吃三年”型吃貨的典型代表,。為了適應(yīng)長期饑餓,，蛇類索性丟掉了負(fù)責(zé)刺激脊椎動(dòng)物食欲的食欲調(diào)節(jié)激素GHRL及其受體GHSR，也就是“感覺不到餓就不會(huì)餓了”,。
就連長期挨餓后暴飲暴食的后果,，蛇也有獨(dú)特的應(yīng)對(duì)方法,。蛇類消化系統(tǒng)相關(guān)基因與胰腺發(fā)育調(diào)節(jié)因子經(jīng)歷了快速進(jìn)化，遺傳物質(zhì)的改變進(jìn)一步增強(qiáng)了其在長期食物匱乏狀態(tài)下生存的能力,。
有傳說中可以吞象的大蛇,，也有只能吃蟻類的小蛇。例如體形極為細(xì)小的盲蛇,，一般體長僅有10-20cm,，形似蚯蚓，穴居隱匿生活,，以地縫或樹洞中的螞蟻,、白蟻為食。
蛇類圖片預(yù)警
圖源：視覺中國
俗話還說“打草驚蛇”,。傳說故事中的蛇,，通常是敏銳、機(jī)警的形象,，這是因?yàn)樯哳惖穆犛X,、視覺格外發(fā)達(dá)嗎？恰恰相反,。
實(shí)際上,，蛇沒有外耳和鼓膜，只能靠耳柱骨將來自于地面的低頻振動(dòng)傳導(dǎo)至內(nèi)耳,，聽力接收頻率范圍僅有50-1000Hz,，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于人耳的聽覺感受范圍（20-20000Hz），因此,，蛇類的聽力屬實(shí)差得可憐,。此外，大多數(shù)蛇類視力也高度退化,，是天生的近視眼,，僅對(duì)運(yùn)動(dòng)的物體較為敏感。
不過,，蛇類的嗅覺并不“拉胯”,，除了擁有鼻腔、嗅覺感受器,、嗅覺上皮和嗅球組成的主嗅覺系統(tǒng)外,，還擁有一套由舌頭、犁鼻器,、犁鼻上皮和副嗅球組成的副嗅覺系統(tǒng),。基因組創(chuàng)新也給蛇類的發(fā)達(dá)嗅覺系統(tǒng)提供了遺傳基礎(chǔ),。此外,，部分蛇類還進(jìn)化出了獨(dú)特的紅外感應(yīng)功能,，能讓蛇類根據(jù)溫度差異成像“看”到獵物。
蛇類圖片預(yù)警
圖源：視覺中國
看來,，上天給蛇類關(guān)上了幾扇門,，還是給它留了一扇開闊的窗。沒有四肢卻一路“蛇行向前”,，預(yù)祝各位新的一年也如小蛇般靈巧順滑～
