Nature讲述“蛇”的新故事

　　

生物通报道  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（延伸阅读：Ecology Letters：蛇和蜥蜴的祖先可能是卵胎生）。

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。

（生物通:何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Evolution of the snake body form reveals homoplasy in amniote Hox gene function

Hox genes regulate regionalization of the axial skeleton in vertebrates1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, and changes in their expression have been proposed to be a fundamental mechanism driving the evolution of new body forms8, 9, 10, 11, 12, 13, 14. The origin of the snake-like body form, with its deregionalized pre-cloacal axial skeleton, has been explained as either homogenization of Hox gene expression domains9, or retention of standard vertebrate Hox domains with alteration of downstream expression that suppresses development of distinct regions10, 11, 12, 13. Both models assume a highly regionalized ancestor, but the extent of deregionalization of the primaxial domain (vertebrae, dorsal ribs) of the skeleton in snake-like body forms has never been analysed. Here we combine geometric morphometrics and maximum-likelihood analysis to show that the pre-cloacal primaxial domain of elongate……