摘要: 中科院之聲：蛇為什么那~么~長~呢？ 在動物王國中，人們總是將目光投向那些長相怪異的動物?？磻T了毛茸茸，四條腿的哺乳動物后，人們總是不禁發(fā)問：蜘蛛怎么就那么多腿？蛇的身子怎么那么長呢？ 蛇擁有至少25對肋骨 這些問題的答案恐怕還得從進化和基因的角度去尋找。...
中科院之聲：蛇為什么那~么~長~呢？
在動物王國中，人們總是將目光投向那些長相怪異的動物。看慣了毛茸茸，四條腿的哺乳動物后，人們總是不禁發(fā)問：蜘蛛怎么就那么多腿？蛇的身子怎么那么長呢？
蛇擁有至少25對肋骨
這些問題的答案恐怕還得從進化和基因的角度去尋找。更進一步，我們需要研究動物是如何從幼小的胚胎一步步發(fā)育成長大后的樣子（演化發(fā)育生物學，evo-devo）。如果我們想知道蛇為什么那么長，首先要觀察一下蛇的胚胎。
近日，葡萄牙的一組科研團隊就做了相關的研究。他們發(fā)現(xiàn)，有一些基因對蛇長長的身體形狀起到了關鍵性的作用！而科學家們驗證這一發(fā)現(xiàn)的做法就是，將一樣的基因植入小鼠【心疼小鼠一分鐘】體內，看看能不能得到一只“加長版”的小鼠……
蛇和老鼠都是脊椎動物（都屬于脊椎動物亞門，只不過蛇是爬行綱，鼠是哺乳綱），脊椎動物通常有兩種途徑能進化出長長的身體，一種是通過增加脊椎骨的長度（比如長頸鹿！~），另一種則是增加脊椎骨的個數(shù)（比如鵝）。這種變化可以發(fā)生在脖子、軀干或者尾巴等多個部位。對于蛇而言，它的身體長主要是因為軀干部分長，擁有超級多的肋骨（老鼠一般僅有13對肋骨）。
在此之前，研究人員就已經知道，如果小鼠體內的一種名為Gdf11的基因突變了，那這只小鼠就會變“長”，不僅軀干部分加長，尾巴上一些另類的細胞也增多了。這些另類的細胞是多種基因表達的結果，其中就包括那些決定胚胎中軀干與尾巴分界點的基因。這一結果說明基因突變的小鼠在發(fā)育的過程中漸漸茫然了，完全不清楚軀干的脊椎骨長到哪里才算完。
那么，是Gdf11基因直接控制小鼠最終長出多少根肋骨么？并不是。
在蛇和小鼠的體內都有一種名為Oct4的基因，能使胚胎中的干細胞持續(xù)分化成其他類型的細胞。而剛剛提到的Gdf11基因會阻礙Oct4基因發(fā)揮作用。因此，在Gdf11基因突變的小鼠體內，Gdf11無法及時關閉Oct4，導致小鼠脊椎與肋骨瘋長。
確實，單獨的基因往往能力有限，只是龐大復雜的基因網絡中小小的一部分，需要和其他基因一起作用控制細胞。一種基因突變（比如Gdf11），之所以能對生命體（小鼠）產生那么大的影響，也是因為這個基因（Gdf11）同時還負責開啟或關閉其他的基因（Oct4）。
其實本質沒多大區(qū)別，基因決定你是脖子長，軀干長，還是尾巴長。
這樣一來，科學家們就明白了，是Oct4基因開啟和關閉的模式決定了生命體能長多長，或者說長多少節(jié)肋骨。雖然Gdf11基因在蛇的體內似乎也表現(xiàn)正常，但周圍的非編碼DNA（以前被認為是垃圾DNA，因為不能編碼蛋白質）與小鼠體內的有所不同。研究人員將蛇的非編碼DNA植入正常小鼠胚胎內，并使其位于Oct4基因周圍。結果不出所料，這些小鼠胚胎生長出大量的額外脊髓。
真相似乎大白，蛇看起來和其他脊椎動物有很大差異，幾乎沒有脖子、軀干和尾巴的分別，是因為它體內有一些非編碼DNA能使Oct4基因長時間開啟，從而發(fā)育出那么多對肋骨。
煎蛋：蛇為什么那么長？
這是孩子們經常問的問題——蛇為什么那么長？是啊，蛇只有一個頭和長長的身體，為什么長成這樣呢？葡萄牙的研究者們相信他們終于找到的答案。
近日由葡萄牙科學家Moisés Mallo帶領的研究團隊已經發(fā)現(xiàn)了發(fā)現(xiàn)了形成軀干、骨架和脊柱組織的控制機制。他們的實驗顯示，關鍵因素就是一種叫做Oct4的基因，它可以調整干細胞。有意思的是，其他幾種脊椎動物也有同一種基因，但是卻沒有蛇一樣的身體結構。
“我們已經發(fā)現(xiàn)Oct4就是那個形成軀干的開關，但是我們還無法解釋為什么脊椎動物的身體長度不同，尤其是蛇。因此，我們在蛇胚胎的不同發(fā)育時期，測試了這個開關是否被打開，并且跟老鼠做了比較?！?/p>
他們發(fā)現(xiàn)在蛇體內，這個基因保持活躍的時間比其他動物長了很多。如果基因被提前關閉，蛇就不會長那么長。
“不同身體部位的形成，有點像基因之間的掰手腕。形成軀干的基因要停止活躍，從而負責尾巴形成的基因開始起作用。在蛇的例子里，我們觀察到Oct4基因在胚胎發(fā)展的過程中保持長期活躍，這也就解釋了為什么蛇有著長長的身體和很短的尾巴，”參與了研究的Rita Aires說。
身體結構的發(fā)展由基因活動決定，這并非令人感到意外。但是，發(fā)現(xiàn)確保身體生長方式的機制可以讓我們更好理解其他生物的發(fā)展，假以時日，它會給我們帶來醫(yī)療方面的好處。研究者們尤其對骨頭和脊髓再生充滿興趣。
“我們識別了一種只要保持活躍就能讓軀干結構無限生長的關鍵因素?，F(xiàn)在我們將會調查是否可以利用Oct4基因和保持它活性的DNA區(qū)域來擴張生成脊髓的細胞，試圖在受傷的情況下進行再生?！?/p>
