@ 2016.10.23 , 19:30

为什么蛇只能靠爬的?科学家给出终极解释

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大约在1亿多年前,蛇就已经失去了四肢。这个时间可早了,要知道霸王龙统治地球也不过才3500万年前。

但是科学家们却一直在想办法证明,是基因突变导致蛇的身体结构发生这样的变化。

现在新的研究表明,一段涉及四肢形成的DNA能够进一步阐述蛇类独特身体特征的原因。

来自美国加州科研机构和瑞士巴塞尔大学的科学家们将蛇的DN□□段插入实验小鼠的体内,发现小鼠的四肢发生截断。因此,他们得出结论:正是因为有关四肢形成DNA的缺失,导致蛇类在进化过程中失去了四肢。

遗传学家Axel Visel表示,在人体乃至所有长腿的脊椎动物中,控制四肢形成的DN□□段实际上并不是一种。而对于蛇类来说,这种DNA结构遭到了破坏。这可能是蛇类进化过程所需要经历的一环,不同于其它的哺乳动物和爬行动物,它们已然不再需要四肢。现代蛇类已经拥有脊椎动物进化史上最独特的身体结构。

Visel博士和他的研究团队想要仔细研究一下基本蛇类的基因组,例如蟒蛇。实际上这些蛇类具有遗留下来的腿,只是你看不见,因为这些细小的腿骨埋在他们的肌肉之中。而相对高级一些的蛇类则属于完全没有这种隐形的腿骨,比如毒蛇和眼镜蛇之类。

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上图中分别是小鼠正状态下的四肢以及分别插入来自毒蛇和蟒蛇ZRS后的四肢,通过扫描可见差异明显。

在这些基因组中,他们尤为关注一段被称为音猬因子(Shh)的基因,因为这段基因参与可许多的发育过程,这其中就包括四肢的形成。

研究人员检查了Shh中的一个基因片段,这段DNA被称为偏振带活动监管序列(ZRS),其实这段基因本来很平常,但在蛇类中却发生了突变。

为了进一步证实突变导致的结果,他们使用CRISPR基因编辑法将ZRS插入到实验小鼠的体内。结果是,如果插入的基因序列来自哺乳动物,那么小鼠的四肢完全可以正常发育。即便这些插入的ZRS基因来自鱼类,虽然鱼本身的鱼鳍纤细单薄,小鼠的四肢依旧可以正常发育。

但是,插入小鼠的ZRS来自蛇类的时候,小鼠身体会发生明显的前后肢截断现象,说明这种身体变化的原因来自蛇类。

为了确定蛇类在进化中失去四肢就是因为ZRS,研究人员仔细研究了这段独特基因的进化史。

通过将蛇类和其它脊椎动物的基因进行比对,研究人员发现蛇体内存在17对碱基对缺失。这种缺失直接导致了ZRS的消失,而ZRS正是形成动物四肢基因片段Shh的关键部分。

之后,他们通过人工的方式重建缺失的17个碱基对来回拨进化钟,以创造混合状态的ZRS,并试图在小鼠DNA上进行编辑。小鼠接受重建后的ZRS后,竟然长出了正常的四肢。

虽然看起来蛇没有腿的神秘原因已经得到的解决,但是Visel教授表示,在进化过程中,蛇类没有腿的真正原因可能并不能用一个基因的缺失这么简单的事儿就涵盖过去了。

在实验小鼠的ZRS片段中肯定还有不同的部分,蛇类ZRS中的突变也肯定不只一处,当然,蛇类也不是脊椎动物中唯一缺胳膊少腿的。

尽管进化过程不同,一些蜥蜴、鳗鱼及其他鱼类和海洋哺乳动物也在数千年的进化中失去了四肢。这种进化现象在动物进化过程中发生了数次,目前我们可以假设它是安全的,至少它没有影响到其它基因的功能。

虽然关于基因的问题很复杂,但随着基因编辑工具的发展,我们最终一定可以对身体中的基因变化有更加系统的认知。

我们的四肢是从鱼鳃进化来的?

有一种观点认为我们的四肢是在一个多世纪以前从鱼鳃进化而来,这种观点一直备受质疑,因为缺少化石证据,但这种猜想没准是对的。

今年早些时候,研究人员证明人类的四肢和软骨鱼的腮共享同一个基因,例如鲨鱼之类。

这项发现有可能让颌类脊椎动物的起源明亮起来,这其中当然也包括人类。

不像其它鱼类,软骨鱼有一系列的皮瓣来保护自己的腮。这些皮瓣由拱形软骨支撑,被称为腮条。

1878年,德国解剖学家Karl Gegenbaur提出偶鳍理论,并认为四肢从鱼类的腮条进化而来。然而至今为止,并没有化石证据支撑这一观点。

目前,科学家们已经用最新的基因技术重新调查Gegenbaur的理论。

本文译自 dailymail,由译者 千里之外 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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