進(jìn)化的大贏家

石無(wú)魚

這個(gè)世界上，倘若叫人說(shuō)出一種最讓人害怕的動(dòng)物，許多人會(huì)不約而同地提到蛇。的確，蛇或許是地球上最奇特、最嚇人的脊椎動(dòng)物：它們的身體像一根軟管，四肢全無(wú)；它們能吞下體重?cái)?shù)十倍于自己的動(dòng)物；毒蛇還能噴吐致命的毒液。

可是，相比這些，蛇類體內(nèi)的變化才真正的不同凡響：它們削減了內(nèi)臟器官—去掉了一個(gè)肺，肝也只剩下一葉；它們進(jìn)化出新穎的熱感應(yīng)器官；它們可以調(diào)整新陳代謝速率，幅度之大超過(guò)任何一種脊椎動(dòng)物；它們制造毒液的系統(tǒng)，其復(fù)雜程度居所有動(dòng)物之首。我們通常說(shuō)，進(jìn)化是原有基礎(chǔ)上的點(diǎn)滴改造，不是推倒重來(lái)，可是蛇就像是一種“推倒重來(lái)”的物種。

蛇類為何如此獨(dú)特？制造這些武器的“作坊”在哪里？近年來(lái)，隨著人們首次完成對(duì)兩種蛇的基因組測(cè)序，這些秘密正被解開(kāi)。

選擇正確成大贏家

蛇類進(jìn)化的故事始于1億多年前。主流觀點(diǎn)認(rèn)為，蛇類祖先和現(xiàn)生的巨蜥以及大毒蜥為同一類爬行動(dòng)物。為什么這一類群中的某些成員會(huì)失去四肢，拉長(zhǎng)身體呢？很可能是為了在地下洞穴或是纏繞糾結(jié)的草叢中追捕昆蟲。確實(shí)，現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)的最原始的蛇類仍然生活在地下，以螞蟻和白蟻為食。這種蛇因眼睛退化而得名盲蛇。

說(shuō)來(lái)也怪，蛇類演化出細(xì)長(zhǎng)的蛇身其實(shí)并沒(méi)有經(jīng)過(guò)多少基因變異。科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，命令“這里要長(zhǎng)腿”的基因在蛇類胚胎中依然具有活性，只是它發(fā)出的信號(hào)沒(méi)有被該長(zhǎng)四肢處的細(xì)胞執(zhí)行，于是腿就無(wú)法形成。蛇類胚胎發(fā)育期間，脊椎生長(zhǎng)得極快，由此得到細(xì)長(zhǎng)的蛇身。它們的脊椎骨要比其他動(dòng)物多得多，在有些種類中甚至高達(dá)500多塊。

如果生活于地下的盲蛇確是最早的蛇類，那么后來(lái)蛇類還是爬到地面來(lái)活動(dòng)了。事實(shí)證明，這個(gè)選擇非常正確。盡管地面的生存競(jìng)爭(zhēng)更為激烈，但是蛇類化壓力為動(dòng)力，“研制”的秘密武器反倒讓它們變成了大贏家。現(xiàn)今大概有 3400種蛇，分布范圍遍及世界各地，只有寒冷的兩極地區(qū)除外。蛇類的多樣性和分布范圍都是其他許多動(dòng)物望塵莫及的。

匪夷所思的調(diào)節(jié)代謝本領(lǐng)

蛇類祖先重返地面之后獲得的生存秘笈，真可讓蛇們?nèi)鐢?shù)家珍。首先要大書特書的，是非凡的調(diào)節(jié)新陳代謝的能力。這一能力事實(shí)上在盲蛇身上就出現(xiàn)了。盲蛇為了減少能量消耗，已進(jìn)化出降低新陳代謝速率的本領(lǐng)。

蛇類重返地面之后，把老祖宗打下的身體基礎(chǔ)發(fā)揚(yáng)光大，使得它們能夠采取一種行之有效的策略—用暴飲暴食代替少食多餐。這樣的好處是，它們就不用把所有時(shí)間都花在捕獵上，同時(shí)也降低了螳螂捕蟬黃雀在后的風(fēng)險(xiǎn)，而且還能借此度過(guò)食物匱乏時(shí)期。

你大概想象不到，蛇類對(duì)新陳代謝的調(diào)節(jié)能力達(dá)到怎樣匪夷所思的地步。比如在兩餐之間，緬甸蟒幾乎讓新陳代謝全停了，幾乎像一條死蛇，可以數(shù)月不進(jìn)一餐。然而當(dāng)它吞下一頭羚羊的時(shí)候，就一切都不同了。分秒必爭(zhēng)的消化開(kāi)始了。在幾天的進(jìn)食過(guò)程中，它的小腸和肝臟質(zhì)量翻了一番，腎和心臟也體積大幅度增加。同時(shí)，它的新陳代謝速率增加到原來(lái)的45倍！速率幾乎和賽馬會(huì)上沖刺的馬匹相當(dāng)。不同的只是，賽馬要不停地奔跑才能達(dá)到這個(gè)水平，而蛇達(dá)到新陳代謝巔峰的時(shí)候，是靜止不動(dòng)的。但這種狂風(fēng)驟雨似的變化只持續(xù)了幾天。大約兩周之內(nèi)，大餐消化完畢，代謝速率就又恢復(fù)到了原先的水平。

驚人的基因變異

是什么讓蛇類在調(diào)節(jié)新陳代謝方面如此技藝卓絕？2013年，科學(xué)家首次完成了兩種蛇類—緬甸蟒和眼鏡王蛇的基因組測(cè)序。通過(guò)與其他脊椎動(dòng)物的基因組對(duì)比，他們找出了發(fā)生變化的基因，確定了變異產(chǎn)生的時(shí)間，并從中尋找出自然選擇的痕跡。

他們發(fā)現(xiàn)，蛇類發(fā)生基因突變的數(shù)量，在陸生脊椎動(dòng)物中居于首位。此外，一般來(lái)說(shuō)，與基本生理功能相關(guān)的基因是不能隨便改變的（比如與體色有關(guān)的基因可以改變，但負(fù)責(zé)呼吸的基因就不能隨便更改）?？墒亲屓顺泽@的，在蛇類身上發(fā)生突變的基因中，大都與基本生理功能相關(guān)！這就好比一個(gè)冒失鬼，一次次進(jìn)行不要命的冒險(xiǎn)，居然次次成功。

科學(xué)家推測(cè)，這些覆蓋廣泛的基因變異是蛇類能夠根據(jù)需要調(diào)節(jié)新陳代謝和器官大小的原因。比如，一種叫做細(xì)胞色素氧化酶的蛋白質(zhì)，它幫助細(xì)胞“燃燒食物”得到能量。10億年來(lái)，細(xì)胞色素氧化酶的結(jié)構(gòu)在幾乎所有生物中都保持不變，而蛇類卻對(duì)其關(guān)鍵部位做了修改。這一改很可能就與蛇類獲得控制新陳代謝的強(qiáng)大能力有關(guān)。

毒液和毒牙

提到蛇，我們就不能不想到它的毒—毒液和毒牙，而它們也是由基因變異進(jìn)化來(lái)的。

現(xiàn)在還不清楚毒液是什么時(shí)候進(jìn)化出來(lái)的。基于毒液蛋白的相似性，有人提出，大約2億年前，蛇和現(xiàn)生毒蜥的共同祖先進(jìn)化出了制造毒液的能力。如果是這樣，那么早期的蛇類可能就具有有毒的唾液。當(dāng)時(shí)的蛇還只有普通的牙齒，它們咬傷其他動(dòng)物后，有毒的唾液就會(huì)通過(guò)傷口進(jìn)入受害者血液。

現(xiàn)在大多數(shù)毒蛇都具有精巧的毒牙。無(wú)毒的蟒蛇與眼鏡蛇、蝰蛇以及其他有毒蛇類的祖先，是在距今大約8000萬(wàn)年前分離的，毒牙肯定是在那之后的某個(gè)時(shí)間點(diǎn)進(jìn)化出來(lái)的。這位祖先進(jìn)化出了藏在嘴巴深處的毒牙，牙上有槽，毒液可以在槽里流動(dòng)。在一些蛇類中，毒牙已經(jīng)移到了口腔前部，凹槽加深，最后變成了注射器一樣的空管牙，還有一套肌肉系統(tǒng)用于向牙管中注入毒液。

毒液不都是為了殺死獵物或?qū)共妒痴?。很多種蛇，尤其是響尾蛇，毒液中很多毒素的作用是消化食物。比如，響尾蛇的獵物通常體型較大，如果慢吞吞地吃，會(huì)很快腐爛，而毒液可以幫助它迅速把食物消化掉。另外，響尾蛇毒液中含有一種成分，可以阻止血液凝結(jié)，還能散發(fā)出氣味，幫助響尾蛇在被咬動(dòng)物死亡后找到尸體。

毒液是“雞尾酒”

令人吃驚的是，大多數(shù)進(jìn)化程度較高的毒蛇的毒液中都混合了多種毒素，有的多達(dá)100種?；旌隙舅貛椭哳愒谏娓?jìng)爭(zhēng)中保持領(lǐng)先，因?yàn)槿绻咧挥幸环N毒素，它們的獵物就更容易進(jìn)化出抗毒性。

科學(xué)家通過(guò)對(duì)緬甸蟒和眼鏡王蛇的基因測(cè)序發(fā)現(xiàn)，它們身上負(fù)責(zé)制造毒液的基因其實(shí)都很普通。這些基因“身兼多職”，不僅參與制毒，還參與其他一些生理功能。此外他們還發(fā)現(xiàn)，制造不同毒素的基因彼此非常相似，只是稍有不同而已。

僅僅對(duì)兩種蛇的基因組測(cè)序，就已讓我們獲益匪淺，而這一切才剛剛開(kāi)始，更多蛇類的基因組測(cè)序工作正在展開(kāi)。諸多適應(yīng)性變化造就了蛇這一大類奇特的生物，而基因組測(cè)序?qū)⑹刮覀儗?duì)蛇類起源和進(jìn)化的理解更進(jìn)一步。endprint