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Nature:蛇的进化之谜

Nature:蛇的进化之谜

蛇或许没有肩膀,但它们的身体却并不像通常认为的那样简单。发表在《自然》(Nature)杂志上的一项新研究有可能会改变科学家们对于蛇进化的看法。

来自内布拉斯加林肯大学的古生物学家Jason Head和印地安纳大学伯明顿分校的P. David Polly,发现了蛇脊椎骨之间的一些差异与四足蜥蜴脊骨相一致。

研究人员说,他们的研究结果表明并不是蛇从蜥蜴祖先进化为了更简单的体形,而是其他的动物在进化过程中获得了更加复杂的脊椎。

这项研究从全新的视角来认识了支配有肢动物(limbed animal)颈、躯干、腰、骶骨和尾部区域边界的Hox基因。过去认为,Hox基因的功能在蛇中遭到破坏,导致了看似简单的体形。

蛇不同于哺乳动物、鸟类和其他的爬行动物,它们没有前肢、肩胛骨和胸骨。人们认为,在它们失去四肢的同时,也丧失了将脊椎骨分为颈部、躯干、腰部和其他区域的区域性差异。

然而,当Head和Polly检测蛇、蜥蜴、短吻鳄和小鼠单个脊椎骨的形状时,他们发现蛇具有与蜥蜴相似的区域差异。

Head说:“如果蛇身的进化是由Hox基因简化或缺失所驱动,我们预计会看到较少的椎骨形状区域差异。然而,我们发现正好相反。蛇具有与蜥蜴相同数量的区域,并且在脊椎的相同位置。”

Head和Polly发现,蛇不仅和蜥蜴一样有区域差异,并且当他们比较蛇中一些表达Hox基因的区域时发现两者相一致。

Head说:“这表明Hox基因在蛇脊椎的进化和发育中发挥了功能,并非支配了如小鼠颈和腰椎等独特的无肋骨区域的图式形成(patterning),而是控制了外形上更精细的分级变化。”

Head和Polly说,结合化石信息,这些研究结果表明了蛇进化的方向与发育遗传学得出的结论相反。

Polly说:“我们的研究结果完全改变了进化事件的顺序。蛇并没有丧失一些区域和Hox基因表达;是哺乳动物和鸟类通过提高早期羊膜动物共享的常规Hox基因表达,独立获得了一些独特的区域。”

羊膜动物是一群四足脊椎动物,包括爬行动物、哺乳动物和它们的祖先。

 “相比于蜥蜴蛇具有更多的椎骨,它们失去了肩胛骨,但这只是区域化了而已,”Polly说。

利用几何形态测量法(geometric morphometrics)和回归分析椎骨结构的大小和形状,Head和Polly得出了他们的结论。“分析基因功能是必要的,但还不能充分地研究进化转变。为了更充分地了解新体形进化的机制,研究现代和化石生物的解剖学至关重要,”Head说。

原文检索:

Jason J. HeadP. David Polly. Evolution of the snake body form reveals homoplasy in amniote Hox gene function. Nature, 05 January 2015; doi:10.1038/nature14042

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