動物知識：無腿的蛇如何能成為頂級掠食者？

　　蛇類的進化獨辟蹊徑，失去四肢在它們的種.種令人驚異之處中，也不過是其中微不足道的一部分而已。蛇類體內(nèi)的變化才是真正的不同凡響。它們削減了內(nèi)臟器官，幾乎去掉了一個肺，肝臟也只剩下一葉……它們進化出了新穎的熱感應器官和復雜程度居所有動物之首的毒液系統(tǒng)。它們可以加快或降低新陳代謝速率，幅度之大超過任何一種脊椎動物。蛇類的體內(nèi)改造甚至直達分子層面：一些在很多脊椎動物中都巋然不動的蛋白，在蛇的體內(nèi)卻悄悄發(fā)生了變化。

　　非凡的能力

　　蛇類的祖先反其道而行之，晃動著身體爬上了地面，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，可以長到非常大。不過和泰坦巨蟒比起來，現(xiàn)生蛇類中最大的個體也不過是個小家伙。泰坦巨蟒是一種已滅絕的巨蛇，可以長到十余米長，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。這種能力在進化過程中出現(xiàn)得很早：盲蛇，一類較為原始的蛇，在蛇類進化早期便分離出來，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——用時不時的暴飲暴食代替少食多餐。這樣它們就不用把所有的時間都花在捕獵上，同時也降低了螳螂捕蟬黃雀在后的風險。而且，它們還能借此度過食物匱乏時期。

　　然而對于一種要整吞獵物的動物來說，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現(xiàn)。比如，美國理海大學的戴維·康道爾(David Cundall)指出，蛇嘴周圍的皮平常是折疊起來的，因此擴張的幅度要比大多數(shù)動物都大。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，以至于聯(lián)結(jié)在一起的肌動蛋白和肌球蛋白都被扯開，進食之后再逐漸回到原位。

　　蛇類對新陳代謝的調(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物之中的最低水平?！吧哳悷o所事事的時候，代謝非常非常慢?！泵绹每怂_斯大學阿靈頓分校的托德·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?！币虼舜笮蜕哳惪梢詳?shù)月不進一餐。

　　新陳代謝奇跡

　　然而當蟒蛇吞下比方說一頭羚羊的時候，一切就都不同了。分秒必爭的消化開始了。在幾天的進食過程中，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，它的新陳代謝速率增加到原來的45倍?？ㄋ雇姓f，加速幅度幾乎和肯塔基賽馬會上沖刺的馬匹一樣?！暗?，那是在平整的場地上奔跑，而蟒蛇達到新陳代謝巔峰的時候，它們是靜止不動的?！?/p>

　　這種狂風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，科學家首次完成了兩種蛇類——緬甸蟒和眼鏡王蛇的基因組測序，卡斯托就是當時的團隊成員之一。通過與其他脊椎動物的基因組對比，他們找出了發(fā)生變化的基因，確定了變異產(chǎn)生的時間，并從中尋找自然選擇的痕跡。

　　他們驚訝地發(fā)現(xiàn)：在陸生脊椎動物共有的7442個基因中，有772個因為自然選擇而發(fā)生了變化。而這之中的大部分——516個基因——在這兩種蛇中都存在。也就是說，它們出現(xiàn)的時間要早于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，在各個物種之間分化很小，所以這已經(jīng)是個很不一般的數(shù)字了?？ㄋ雇姓f：“這個數(shù)量級比我們慣常看到的要高得多?！彼J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。他的設想還有待證明，不過這些基因確實大部分都與新陳代謝和器官發(fā)育有關。

　　事實上，卡斯托發(fā)現(xiàn)蛇類甚至修改了進化上的“不可接觸者”之一：一種叫做細胞色素氧化酶(cytochrome oxidase I)的蛋白質(zhì)，它幫助細胞“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?！?0億年來，細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，蛇類卻對這些關鍵部位做出了修改?？ㄋ雇羞€沒有證明這種變化是否與蛇類控制新陳代謝的強大能力有關，不過他認為很可能有。

　　當然，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。蛇類家族的一個分支進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候進化出來的。基于毒液蛋白的相似性，澳大利亞昆士蘭大學的布萊恩·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，當時的蛇還只是普通的牙齒，它們咬傷其他動物后，有毒唾液就會通過傷口進入受害者血液內(nèi)。但是，其他生物學家認為，弗雷找到的相似點是趨同進化的結(jié)果，而不是由于具有共同祖先。他們認為，蛇和毒蜥的毒液是在不同情況下分別進化出來的。

　　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?，F(xiàn)在可以確定的是，毒牙肯定是在那之后的某個時間點進化出來的。這位祖先進化出了后毒牙，牙上有槽，毒液可以在槽里流動。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化學家弗里克·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個基因家族大多都與那些在細胞內(nèi)做些平平常常的“內(nèi)務工作”的基因相關。

　　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了這項研究工作，他說：“這也就意味著，當產(chǎn)生一個新腺體的時候，這些基因在腺體中表達的幾率相當高?！庇袝r，蛇只是簡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，原始的基因被復制下來，而且經(jīng)常是復制上好幾次，于是蛇就有充裕的蛋白質(zhì)去搞實驗，把它們轉(zhuǎn)變成致命的毒素。

　　于是大多數(shù)進化程度較高的毒蛇的毒液中都混合了多種毒素。一些統(tǒng)計得出，混合的毒素達100多種。毒蛇的毒液成分隨著種類、地點而變化，甚至有時同種的不同個體成分也不同?；旌隙舅貛椭哳愒谲妭涓傎惿媳３诸I先：如果蛇只有一種毒素，它們的獵物(或捕食者)進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)在進行更多蛇類的基因組測序工作了。排在首位的是一種盲蛇和馬來亞紅口蝮。之所以對盲蛇感興趣，是因為它們與早期蛇類近似，而紅口蝮則是因為它的紅外感應能力。諸多適應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序?qū)⑹刮覀儗ι哳惼鹪春瓦M化的理解更進一步。用格林的話來說，“解開蛇類的生物學秘密擁有無限前景?！?/p>

　　閉著眼睛看東西

　　當最早的蛇類，在獲得某些非凡能力的同時，也失去了另外一些能力。經(jīng)過數(shù)百萬年的地下生活，體型細小善于挖洞的原始蛇類眼瞼閉合，眼睛退化。當早期蛇類重返地面的時候，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。

　　原始蛇還失去了改變晶狀體形狀調(diào)節(jié)焦距的能力，它的后代們就進化出了一種替代方法，通過在眼球內(nèi)把晶狀體前后移動來聚焦，就像夏洛克·福爾摩斯移動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，這層透明膜非常容易劃傷，不過每次蛇蛻皮的時候就又換新的了。

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

　　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。