为什么蛇会把自己的腿进化掉 用肚子行走真的更具优势吗
蛇,自然界中的无情杀手之一,天生具备出色的狩猎机能,通过舌尖敏锐地分析空气中的化学物质,使用地面感应捕食者和猎物的振动,甚至一些蛇拥有红外线感知能力,甚至在黑暗中也能侦测到猎物的体温。正如预料中的那样,这些先进的生存装备使蛇能够适应各种栖息地,从沙漠到海洋,从热带雨林到高山草原,蛇的身影遍布地球的各个角落。然而,尽管蛇在各种环境中生存,它们的身体结构却惊人地相似,最明显的特点就是它们都是四肢缺失的细长身体。
一、蛇曾拥有四肢
如今,科学家普遍认为最早的四肢脊椎动物出现在约3.97亿年前,而四肢的结构可能来源于鱼类的鳍。
鸟类、哺乳动物、两栖动物和其他爬行动物都属于四肢动物,而蛇则属于爬行动物。因此,根据生物分类,蛇本来应该具有四肢。
实际上,有大量的研究,包括化石记录,证明了蛇确实曾经拥有四肢。然而,蛇的骨骼轻巧,因此保存完好的化石相对较少。最古老的被确认为蛇的化石可以追溯到1.43亿至1.67亿年前。
但真正没有四肢、具有蛇状身体的蛇类化石出现在1.13亿至9400万年前,有时这些化石甚至保留了退化的后肢。
例如,2011年发现的一具9500万年前的蛇类化石具有一对2厘米长的后肢,但没有前肢。
关于蛇为何在进化过程中放弃四肢的原因,至今无人能够给出确凿的答案,因为现存的蛇类化石数量非常有限。可以确定的是,放弃四肢在爬行动物演化中非常普遍。在鳞状目(Squamata)这个爬行动物目中,具有类似蛇的身体结构至少独立进化了26次。
二、蛇失去四肢的两种假说
从那些彻底丧失四肢的爬行动物中,科学家提出了两种假说来解释蛇在演化过程中失去四肢的原因。
第一种假说认为,蛇的四足祖先曾经进化到海洋中,四肢对于游泳来说会产生阻力,因此它们逐渐失去了四肢。随着时间的推移,这些完全失去四肢的蛇重新回到陆地,但它们再也没有重新演化四肢。
2015年之前,大多数古代蛇类化石都是生活在海洋中的,这给了这个假说一些支持的依据。然而,2015年,出现了一种明显不生活在海洋中但却失去四肢的蛇的化石,这为另一种假说提供了支持。
第二种假说认为,蛇的四足祖先生活在陆地上,像现在的蚯蚓一样挖掘洞穴。这种生活方式下,四肢会成为阻碍,因此,随着进化,四肢逐渐减小并最终消失,首先是前肢,然后是后肢。
这两种假说都有许多支持者,且并不互斥。因为蛇的不同祖先可能在不同的环境下,面临着类似的进化压力,因此逐渐演化出几乎相同的生理结构。这种现象在自然界中很常见,被称为趋同进化。
尽管蛇失去四肢的原因仍然有争议,但好消息是,科学家已经弄清楚了蛇为何在基因层面没有四肢的原因。
三、蛇的基因改变
蛇确实曾经拥有四肢,这不仅体现在化石证据中,还在早期的研究中发现,蛇与蜥蜴拥有相似的基因组,具有一些参与爬行动物四肢发育的基因。此外,一些蛇至今仍保留着退化的“后肢”,例如蟒蛇,它们的泄殖腔两侧保留了退化的“腿”。
随着基因编辑技术的不断进步,科学家们对蟒蛇的胚胎进行了研究,找到了蟒蛇拥有后肢但未完全发育的原因。
研究结果表明,蟒蛇的“开关”中存在3个关键基因缺失,这些基因最终导致了蟒蛇的腿没有完全发育。这一研究提供了关于为什么蛇失去四肢的基因学解释,强调了基因突变在生物进化中的作用。
蛇类的多样性似乎是在恐龙灭绝之后才开始快速发展的,它们开始适应各种环境,但在这个演化过程中,它们放弃了四肢。
现代蛇似乎是一个很好的实践者,坚守“以不变应万变”的原则,尽管生活在不同的环境中,它们的身体结构并没有经历太大变化,却在不同的栖息地中生存得非常出色。
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