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进化的大赢家蛇
石无鱼/文
这个世界上,倘若叫人说出一种最让人害怕的动物,许多人会不约而同地提到蛇.的确,蛇或许是地球上最奇特、最吓人的脊椎动物：它们的身体像一根软管,四肢全无；它们能吞下体重数十倍于自己的动物；毒蛇还能喷吐致命的毒液.
可是,相比这些,蛇类体内的变化才真正的不同凡响：它们削减了内脏器官—去掉了一个肺,肝也只剩下一叶；它们进化出新颖的热感应器官；它们可以调整新陈代谢速率,幅度之大超过任何一种脊椎动物；它们制造毒液的系统,其复杂程度居所有动物之首.我们通常说,进化是原有基础上的点滴改造,不是推倒重来,可是蛇就像是一种“推倒重来”的物种.
蛇类为何如此独特？制造这些武器的“作坊”在哪里？近年来,随着人们首次完成对两种蛇的基因组测序,这些秘密正被解开.
选择正确成大赢家
蛇类进化的故事始于1亿多年前.主流观点认为,蛇类祖先和现生的巨蜥以及大毒蜥为同一类爬行动物.为什么这一类群中的某些成员会失去四肢,拉长身体呢？很可能是为了在地下洞穴或是缠绕纠结的草丛中追捕昆虫.确实,现在发现的最原始的蛇类仍然生活在地下,以蚂蚁和白蚁为食.这种蛇因眼睛退化而得名盲蛇.
说来也怪,蛇类演化出细长的蛇身其实并没有经过多少基因变异.科学家发现,命令“这里要长腿”的基因在蛇类胚胎中依然具有活性,只是它发出的信号没有被该长四肢处的细胞执行,于是腿就无法形成.蛇类胚胎发育期间,脊椎生长得极快,由此得到细长的蛇身.它们的脊椎骨要比其他动物多得多,在有些种类中甚至高达500多块.
如果生活于地下的盲蛇确是最早的蛇类,那么后来蛇类还是爬到地面来活动了.事实证明,这个选择非常正确.尽管地面的生存竞争更为激烈,但是蛇类化压力为动力,“研制”的秘密武器反倒让它们变成了大赢家.现今大概有3400种蛇,分布范围遍及世界各地,只有寒冷的两极地区除外.蛇类的多样性和分布范围都是其他许多动物望尘莫及的.
匪夷所思的调节代谢本领
蛇类祖先重返地面之后获得的生存秘笈,真可让蛇们如数家珍.首先要大书特书的,是非凡的调节新陈代谢的能力.这一能力事实上在盲蛇身上就出现了.盲蛇为了减少能量消耗,已进化出降低新陈代谢速率的本领.
蛇类重返地面之后,把老祖宗打下的身体基础发扬光大,使得它们能够采取一种行之有效的策略—用暴饮暴食代替少食多餐.这样的好处是,它们就不用把所有时间都花在捕猎上,同时也降低了螳螂捕蝉黄雀在后的风险,而且还能借此度过食物匮乏时期.
你大概想象不到,蛇类对新陈代谢的调节能力达到怎样匪夷所思的地步.比如在两餐之间,缅甸蟒几乎让新陈代谢全停了,几乎像一条死蛇,可以数月不进一餐.然而当它吞下一头羚羊的时候,就一切都不同了.分秒必争的消化开始了.在几天的进食过程中,它的小肠和肝脏质量翻了一番,肾和心脏也体积大幅度增加.同时,它的新陈代谢速率增加到原来的45倍！速率几乎和上冲刺的马匹相当.不同的只是,要不停地奔跑才能达到这个水平,而蛇达到新陈代谢巅峰的时候,是静止不动的.但这种狂风骤雨似的变化只持续了几天.大约两周之内,大餐消化完毕,代谢速率就又恢复到了原先的水平.
惊人的基因变异
是什么让蛇类在调节新陈代谢方面如此技艺卓绝？2013年,科学家首次完成了两种蛇类—缅甸蟒和眼镜王蛇的基因组测序.通过与其他脊椎动物的基因组对比,他们找出了发生变化的基因,确定了变异产生的时间,并从中寻找出自然选择的痕迹.
他们发现,蛇类发生基因突变的数量,在陆生脊椎动物中居于首位.此外,一般来说,与基本生理功能相关的基因是不能随便改变的（比如与体色有关的基因可以改变,但负责呼吸的基因就不能随便更改）.可是让人吃惊的,在蛇类身上发生突变的基因中,大都与基本生理功能相关！这就好比一个冒失鬼,一次次进行不要命的冒险,居然次次成功.
科学家推测,这些覆盖广泛的基因变异是蛇类能够根据需要调节新陈代谢和器官大小的原因.比如,一种叫做细胞色素氧化酶的蛋白质,它帮助细胞“燃烧食物”得到能量.10亿年来,细胞色素氧化酶的结构在几乎所有生物中都保持不变,而蛇类却对其关键部位做了修改.这一改很可能就与蛇类获得控制新陈代谢的强大能力有关.
毒液和毒牙
提到蛇,我们就不能不想到它的毒—毒液和毒牙,而它们也是由基因变异进化来的.
现在还不清楚毒液是什么时候进化出来的.基于毒液蛋白的相似性,有人提出,大约2亿年前,蛇和现生毒蜥的共同祖先进化出了制造毒液的能力.如果是这样,那么早期的蛇类可能就具有有毒的唾液.当时的蛇还只有普通的牙齿,它们咬伤其他动物后,有毒的唾液就会通过伤口进入受害者血液.
现在大多数毒蛇都具有精巧的毒牙.无毒的蟒蛇与眼镜蛇、蝰蛇以及其他有毒蛇类的祖先,是在距今大约8000万年前分离的,毒牙肯定是在那之后的某个时间点进化出来的.这位祖先进化出了藏在嘴巴深处的毒牙,牙上有槽,毒液可以在槽里流动.在一些蛇类中,毒牙已经移到了口腔前部,凹槽加深,最后变成了注射器一样的空管牙,还有一套肌肉系统用于向牙管中注入毒液.
毒液不都是为了杀死猎物或对抗捕食者.很多种蛇,尤其是响尾蛇,毒液中很多毒素的作用是消化食物.比如,响尾蛇的猎物通常体型较大,如果慢吞吞地吃,会很快腐烂,而毒液可以帮助它迅速把食物消化掉.另外,响尾蛇毒液中含有一种成分,可以阻止血液凝结,还能散发出气味,帮助响尾蛇在被咬动物死亡后找到尸体.
毒液是“鸡尾酒”
令人吃惊的是,大多数进化程度较高的毒蛇的毒液中都混合了多种毒素,有的多达100种.混合毒素帮助蛇类在生存竞争中保持领先,因为如果蛇只有一种毒素,它们的猎物就更容易进化出抗毒性.
科学家通过对缅甸蟒和眼镜王蛇的基因测序发现,它们身上负责制造毒液的基因其实都很普通.这些基因“身兼多职”,不仅参与制毒,还参与其他一些生理功能.此外他们还发现,制造不同毒素的基因彼此非常相似,只是稍有不同而已.
仅仅对两种蛇的基因组测序,就已让我们获益匪浅,而这一切才刚刚开始,更多蛇类的基因组测序工作正在展开.诸多适应性变化造就了蛇这一大类奇特的生物,而基因组测序将使我们对蛇类起源和进化的理解更进一步.
进化的大赢家蛇论文范文结:
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