無腿的蛇如何能成為頂級(jí)掠食者？

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。那么，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?yàn)檠劬ν嘶妹ど?。?duì)于認(rèn)為蛇類祖先可能生活在洞穴中的看法，盲蛇的存在是一種支持。

蛇類演化出細(xì)長(zhǎng)的蛇身并沒有經(jīng)過多少基因變異。荷蘭萊頓大學(xué)的發(fā)育生物學(xué)家邁克爾·理查森（Michael Richardson）說，“這里要長(zhǎng)腿”的基因在蛇類胚胎中依然具有活性，但它發(fā)出的信號(hào)被該長(zhǎng)四肢處的細(xì)胞無視，于是腿也就沒法形成。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。

事實(shí)上，就像在許多案例中出現(xiàn)的那樣，蜥蜴要進(jìn)化出蛇形的身體似乎并不費(fèi)力。南澳大利亞博物館的進(jìn)化生物學(xué)家邁克爾·李（Michael Lee）說，“有數(shù)十個(gè)蜥蜴譜系失去了四肢。”但是其中大部分體型小巧，善于挖洞，一般很難見到，也幾乎沒有人進(jìn)行過研究。

蛇總是把食物整個(gè)吞下肚去，甚至能夠吞下比自己大許多倍的獵物。

非凡的能力

蛇類的祖先反其道而行之，晃動(dòng)著身體爬上了地面，開始捕獵體型較大的獵物，最終甚至出現(xiàn)了像響尾蛇和眼鏡蛇這樣令人膽寒的捕食者。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。有一些蛇生活在熱帶海洋中，它們從不上岸。另一些蛇，比如蟒蛇，可以長(zhǎng)到非常大。不過和泰坦巨蟒比起來，現(xiàn)生蛇類中最大的個(gè)體也不過是個(gè)小家伙。泰坦巨蟒是一種已滅絕的巨蛇，可以長(zhǎng)到十余米長(zhǎng)，一噸多重。蛇類的多樣性和分布范圍都是其他無腳蜥蜴所無法比擬的。李說：“它們都遠(yuǎn)沒有蛇類成功?！?/p>

那么，是什么使得蛇類如此與眾不同呢？是蛇類祖先失去四肢后產(chǎn)生的一些不那么顯眼的變化。特別是，蛇類具有非凡的新陳代謝能力。這種能力在進(jìn)化過程中出現(xiàn)得很早：盲蛇，一類較為原始的蛇，在蛇類進(jìn)化早期便分離出來，他們體內(nèi)的線粒體基因就已經(jīng)產(chǎn)生了許多變化?？赡芫褪沁@些變化使原始蛇類能夠降低新陳代謝速率，減少能量消耗。

于是，這就創(chuàng)造了條件，使得早期蛇類重返地面之后能夠采取一種行之有效的策略——用時(shí)不時(shí)的暴飲暴食代替少食多餐。這樣它們就不用把所有的時(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，它們還能借此度過食物匱乏時(shí)期。

然而對(duì)于一種要整吞獵物的動(dòng)物來說，吃大餐也是一種挑戰(zhàn)。蛇能吞下比自己頭還大的獵物，這種卓越的能力需要做出許多改變才能實(shí)現(xiàn)。比如，美國(guó)理海大學(xué)的戴維·康道爾（David Cundall）指出，蛇嘴周圍的皮平常是折疊起來的，因此擴(kuò)張的幅度要比大多數(shù)動(dòng)物都大。而且，他的研究表明，蛇類頜骨上的一些肌肉可以拉伸得非常長(zhǎng)，以至于聯(lián)結(jié)在一起的肌動(dòng)蛋白和肌球蛋白都被扯開，進(jìn)食之后再逐漸回到原位。

蛇類對(duì)新陳代謝的調(diào)節(jié)能力更是匪夷所思。比如，在兩餐之間，緬甸蟒幾乎讓新陳代謝全停，代謝速率降到了已知所有脊椎動(dòng)物之中的最低水平?！吧哳悷o所事事的時(shí)候，代謝非常非常慢?！?/strong>美國(guó)得克薩斯大學(xué)阿靈頓分校的托德·卡斯托（Todd Castoe）說，“活著的蛇和死蛇在新陳代謝上的差別微乎其微?！币虼?strong>大型蛇類可以數(shù)月不進(jìn)一餐。

大餐之后，蛇的體內(nèi)會(huì)發(fā)生巨大的變化。

新陳代謝奇跡

然而當(dāng)蟒蛇吞下比方說一頭羚羊的時(shí)候，一切就都不同了。分秒必爭(zhēng)的消化開始了。在幾天的進(jìn)食過程中，蟒蛇的小腸和肝臟質(zhì)量翻了一番，腎和心臟也體積大幅增加。同時(shí)，它的新陳代謝速率增加到原來的45倍。卡斯托說，加速幅度幾乎和肯塔基賽馬會(huì)上沖刺的馬匹一樣?！暗牵鞘窃谄秸膱?chǎng)地上奔跑，而蟒蛇達(dá)到新陳代謝巔峰的時(shí)候，它們是靜止不動(dòng)的?！?/p>

這種狂風(fēng)驟雨似的變化只持續(xù)幾天。大約兩周之內(nèi)，大餐消化完畢，蛇就又把新陳代謝關(guān)掉了。

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，卡斯托就是當(dāng)時(shí)的團(tuán)隊(duì)成員之一。通過與其他脊椎動(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，并從中尋找自然選擇的痕跡。

他們驚訝地發(fā)現(xiàn)：在陸生脊椎動(dòng)物共有的7442個(gè)基因中，有772個(gè)因?yàn)樽匀贿x擇而發(fā)生了變化。而這之中的大部分——516個(gè)基因——在這兩種蛇中都存在。也就是說，它們出現(xiàn)的時(shí)間要早于8000萬年前，也就是在蟒蛇和后來形成眼鏡蛇的譜系分離之前。

幾百個(gè)基因的變化也許看上去不多，但是這些基因大都和一些基本功能相關(guān)，在各個(gè)物種之間分化很小，所以這已經(jīng)是個(gè)很不一般的數(shù)字了?？ㄋ雇姓f：“這個(gè)數(shù)量級(jí)比我們慣常看到的要高得多?！彼J(rèn)為這些覆蓋廣泛的基因變化是蛇類能夠根據(jù)需要調(diào)節(jié)新陳代謝和器官大小的原因。他的設(shè)想還有待證明，不過這些基因確實(shí)大部分都與新陳代謝和器官發(fā)育有關(guān)。

事實(shí)上，卡斯托發(fā)現(xiàn)蛇類甚至修改了進(jìn)化上的“不可接觸者”之一：一種叫做細(xì)胞色素氧化酶（cytochrome oxidase I）的蛋白質(zhì)，它幫助細(xì)胞“燃燒食物”得到能量。卡斯托解釋說，“這就是你需要吸入氧氣的原因。”10億年來，細(xì)胞色素氧化酶的一些結(jié)構(gòu)在幾乎所有生物中都保持不變，蛇類卻對(duì)這些關(guān)鍵部位做出了修改。卡斯托還沒有證明這種變化是否與蛇類控制新陳代謝的強(qiáng)大能力有關(guān)，不過他認(rèn)為很可能有。

當(dāng)然，能夠加快新陳代謝消化大餐是一回事，有本事抓住獵物就又是另一回事了。蛇類家族的一個(gè)分支進(jìn)化出了一種非常有效的捕捉大型獵物的方法：用毒。

現(xiàn)在還不清楚毒液具體是什么時(shí)候進(jìn)化出來的?；诙疽旱鞍椎南嗨菩裕拇罄麃喞ナ刻m大學(xué)的布萊恩·弗雷（Bryan Fry ）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具有有毒的唾液，當(dāng)時(shí)的蛇還只是普通的牙齒，它們咬傷其他動(dòng)物后，有毒唾液就會(huì)通過傷口進(jìn)入受害者血液內(nèi)。但是，其他生物學(xué)家認(rèn)為，弗雷找到的相似點(diǎn)是趨同進(jìn)化的結(jié)果，而不是由于具有共同祖先。他們認(rèn)為，蛇和毒蜥的毒液是在不同情況下分別進(jìn)化出來的。

致命的毒液是捕獵的有力武器。

大多數(shù)毒蛇都具有精巧的毒牙，而無毒的蟒蛇與眼鏡蛇、蝰蛇以及其他有毒蛇類的祖先，是在距今大約8000萬年前分離的。現(xiàn)在可以確定的是，毒牙肯定是在那之后的某個(gè)時(shí)間點(diǎn)進(jìn)化出來的。這位祖先進(jìn)化出了后毒牙，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。

荷蘭萊頓自然生物多樣性中心的進(jìn)化學(xué)家弗里克·萬克（Freek Vonk）及其同事，一直以來都在研究毒液和毒牙。他們鑒定出了眼鏡蛇的毒液基因，然后又在蟒蛇和變色龍中尋找與之關(guān)系最近的基因。令他們吃驚的是，眼鏡蛇似乎是用普普通通的“日用品”拼湊出了毒液。編碼毒液的20個(gè)基因家族大多都與那些在細(xì)胞內(nèi)做些平平常常的“內(nèi)務(wù)工作”的基因相關(guān)。

在幾乎所有組織的較低層面上，都有這些“日?！被蚧钴S的身影?？ㄋ雇幸矃⑴c了這項(xiàng)研究工作，他說：“這也就意味著，當(dāng)產(chǎn)生一個(gè)新腺體的時(shí)候，這些基因在腺體中表達(dá)的幾率相當(dāng)高?！庇袝r(shí)，蛇只是簡(jiǎn)單地綁架了這些基因，讓它們轉(zhuǎn)而從事“制毒”工作。但更常見的情況是，原始的基因被復(fù)制下來，而且經(jīng)常是復(fù)制上好幾次，于是蛇就有充裕的蛋白質(zhì)去搞實(shí)驗(yàn)，把它們轉(zhuǎn)變成致命的毒素。

于是大多數(shù)進(jìn)化程度較高的毒蛇的毒液中都混合了多種毒素。一些統(tǒng)計(jì)得出，混合的毒素達(dá)100多種。毒蛇的毒液成分隨著種類、地點(diǎn)而變化，甚至有時(shí)同種的不同個(gè)體成分也不同?；旌隙舅貛椭哳愒谲妭涓?jìng)賽上保持領(lǐng)先：如果蛇只有一種毒素，它們的獵物（或捕食者）進(jìn)化出抗性就更加容易。

毒液的成分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分解被咬動(dòng)物的組織。麥克西說，響尾蛇的獵物通常體型較大，這可以幫助它們趕在食物腐爛之前消化完畢。另外，麥克西近期發(fā)現(xiàn)，響尾蛇毒液中含有一種成分，被稱為解聚素（crotatroxin），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。

這一切僅僅是開始?？ㄋ雇小⑷f克及其同事已經(jīng)在進(jìn)行更多蛇類的基因組測(cè)序工作了。排在首位的是一種盲蛇和馬來亞紅口蝮。之所以對(duì)盲蛇感興趣，是因?yàn)樗鼈兣c早期蛇類近似，而紅口蝮則是因?yàn)樗募t外感應(yīng)能力。諸多適應(yīng)變化造就出了蛇這一大類奇特迷人的生物，而完成這兩種蛇的基因組測(cè)序?qū)⑹刮覀儗?duì)蛇類起源和進(jìn)化的理解更進(jìn)一步。用格林的話來說，“解開蛇類的生物學(xué)秘密擁有無限前景?！?/p>

閉著眼睛看東西

當(dāng)最早的蛇類，在獲得某些非凡能力的同時(shí)，也失去了另外一些能力。經(jīng)過數(shù)百萬年的地下生活，體型細(xì)小善于挖洞的原始蛇類眼瞼閉合，眼睛退化。當(dāng)早期蛇類重返地面的時(shí)候，它們必須用還剩下的部件拼湊出一雙可用的眼睛。它們已經(jīng)失去了用于給視網(wǎng)膜供給養(yǎng)分的一種特殊結(jié)構(gòu)，于是就進(jìn)化出血管來代替，但這些血管卻從視網(wǎng)膜前方通過，遮擋了視野。

蛇的眼睛曾經(jīng)退化，而后又重新拼湊起來。

原始蛇還失去了改變晶狀體形狀調(diào)節(jié)焦距的能力，它的后代們就進(jìn)化出了一種替代方法，通過在眼球內(nèi)把晶狀體前后移動(dòng)來聚焦，就像夏洛克·福爾摩斯移動(dòng)放大鏡觀察線索一樣。

閉合的眼瞼直到現(xiàn)在依然緊閉，但是眼瞼已經(jīng)變得幾乎完全透明。失去了正常眼瞼的保護(hù)，這層透明膜非常容易劃傷，不過每次蛇蛻皮的時(shí)候就又換新的了。

這層透明膜的另一個(gè)問題是，其中還有血管通過。2013年有研究證實(shí)，當(dāng)蛇看到具有威脅的事物時(shí)，這些血管收縮的時(shí)間要比正常狀態(tài)長(zhǎng)，可能是為了在最急需的時(shí)刻獲得清晰的視野。

雖然蛇的視力不是很好，但是它們有非常發(fā)達(dá)的其他感官。有些蛇甚至具有紅外視覺，它們的臉頰上有一種特殊的頰窩，能夠感受熱量。

一藥解百毒

如果你被毒蛇咬了，一劑抗毒血清也許能救你的命。抗毒血清中含有能夠中和毒素的抗體。但是哪種抗毒血清能起作用呢？很多被蛇咬傷的受害者不知道是什么蛇咬了自己，所以藥品公司生產(chǎn)出了混合型抗毒血清，對(duì)數(shù)種蛇傷都有效?？墒沁@種血清造價(jià)高昂，還增加了引起過敏的風(fēng)險(xiǎn)。

英國(guó)利物浦熱帶醫(yī)學(xué)院的尼古拉斯·卡斯韋爾（Nicholas Casewell）和他的同事們認(rèn)為，還有更好的辦法。他們用遺傳學(xué)方法鑒別出不同種毒蛇毒液蛋白的相同部分，然后設(shè)計(jì)出與這個(gè)相同部分結(jié)合的抗體，也就是讓每一種抗體都能同時(shí)對(duì)幾種毒蛇的咬傷有效，最終將得到更安全更便宜的抗毒血清。