为什么蛇要把腿进化掉,用肚子行走?
看下面两张图,明显可以发现,蛇在以前是有四肢的。
中国科学院成都生物研究所专家表示,蛇类的起源可追溯到1.18亿年前的早白垩纪时代,祖先是穴居蜥蜴,跟如今的帝王蛇蜥、科摩多巨蜥等血缘关系亲密。
既然蛇以前有四肢,为什么又退化了?
很明显,陆地生物的四肢有利于行走奔袭,并且现代蛇类的祖先穴居蜥蜴,在1亿多年前也是存在四肢的,照理说,蛇作为进化分支物种,应该毫无悬念的保存四肢构造才对,可事实摆在眼前,这到底是为什么?
其中不得不涉及到“基因突变”这个概念。
很多人以为物种进化一定是朝着有利的方向演化,使得物种更加适应环境或者具备更强的攻击、防御等能力,但其实进化毫无规律可言,因为基因突变是没有规律的。
基因突变具备随机性和不定向性,随机性指的是物种无法预知什么时候会发生基因突变,可能明天,也可能是100年后,甚至是100代后。
很多婴幼儿为什么生下来,会有父母、爷爷奶奶等祖上没有的疾病,或许也跟繁衍过程中的基因突变有关。
再来说不定向性,基因可以朝任何方向发生遗传变化,例如变化可能性假设为10000种,其中9990种突变是有害的,只有10种突变是有益的。
当物种发生基因突变时,99.9%的物种因基因突变而灭绝,只有0.1%的物种在基因突变影响下存活。
我们之所以认为“物种进化是积极正面”的,是因为我们只看到了“成功案例”,而那些进化失败的物种,早就已经消失在历史的长河中了。
此时再来讨论“蛇为什么四肢退化”这个问题,答案就显得简单多了。
因为在穴居蜥蜴到蛇的演化过程中,它们体内的某个基因发生了突变,这也不是空穴来风。
科学家发现,脊椎动物的躯体构造延伸功能受Hox基因调控,其中HoxC-6基因影响前肢,在进化过程中,蛇体内缺失了HoxC-6基因,导致它们的前肢处于“不显示”状态。
蛇的后肢受Shh基因(Sonic hedgehog)影响,同理,蛇的Shh基因中ZRS序列发生突变,导致Shh基因无法正常表达,曾有科学家将蛇的Shh基因中的ZRS序列移植到小白鼠体内,结果培育的小白鼠后肢明显退化。
由此可见,蛇的前肢退化是因为缺失HoxC-6基因,蛇的后肢退化是因为Shh基因中ZRS序列发生突变。
蛇是如何通过身躯行走的?
绝大多数蛇采用蠕动式行走,因为蛇的内部有一对对肋骨,在脊柱的连接下具备很强的自由弯曲度。
蛇会通过类似于波浪的形式,不断通过扭动身躯来前进,由于蛇的全身被鳞甲覆盖,这层由厚厚角质层组成的鳞片,除了能保护蛇脆弱的腹部外,在弯曲移动过程中,鳞片还会额外增加摩擦力,从某种程度而言,这股摩擦力在一定角度下可以成为反推作用力,推动蛇更便捷前进。
除了蠕动式行走外,部分蛇会采用带动式行走,简单的说,它们前半段身躯竖起,通过重复往前的操作来带动后躯,而后半段身躯依旧采用蠕动式行走,这种方式能让蛇在短时间内获得较高的爆发速度。
此外,也有极少数特殊的蛇会采用跳跃式,例如被誉为“比人类更早掌握空气动力学”的金花蛇。
金花蛇在较高的树梢处,让身躯保持S状,并且尽力压瘪身躯,大概是“麻团”和“大饼”的区别。
身躯保持S状就像弹簧,在“弹射”出去时能获得不错的初始动力,压瘪的身躯能获得更高的浮力,部分专家认为,由于金花蛇的脊柱凸出,导致上方和下方空气流速不同,从而让金花蛇获得一个较为不错的空气浮力,在跳跃过程中,金花蛇会通过摆动身躯来控制降落地点。
蛇退化四肢是好是坏?
没有固定答案。
从上文得知,蛇退化四肢并非主动选择,而是基因突变的结果,而基因突变又是随机不定向和不可预测的,所以蛇也只是被迫接受了“四肢退化”这一结果。
可想而知,在数千万年间,蜥蜴肯定还进化出了其他物种,但或许因进化方向错误,导致灭绝了。
我们可以换个角度理解,蛇被迫退化四肢,曾一度濒临灭绝,但幸运的是,它们找到了合理的“打开方式”,发展至今,它们分布在地球绝大多数地区,甚至干旱炎热的沙漠都有蛇的身影。
蛇退化的四肢,在演化过程中,看似是缺点,但同时能让蛇能更好的钻进缝隙中躲避天敌,也能让蛇更加悄无声息的捕猎。
简而言之,由于基因突变的随机性,蛇的四肢被迫退化,但好在找到了正确的打开方式,所以活了下来。