蛇为什么“舍弃”四肢？

如果把地球46亿年的历史压缩成一天，蛇出现的时间相当于晚餐前。

2003年，在阿根廷巴塔哥尼亚北部，古生物学家发现了一具轰动学界的蛇类化石。

它的脊椎骨排列方式与现代蛇几乎相同，身体细长，肋骨密集，但在骨盆位置，却还保留着一对小巧的后肢骨，包括股骨、胫骨，甚至还有部分趾骨。

这具化石被命名为“Najash rionegrina”，意为有腿的蛇。据推测，它有大约9000万年的历史。与现代蛇相比，这对后肢显得格外突兀。

化石中的胫骨清晰可见。图源：Wikipedia

已知最早的蛇可以追溯到大约一亿年前的中侏罗世晚期，它们与恐龙同时代。一些早期蛇类仍保留着后肢和骨盆，整体形态介于现代蛇和蜥蜴之间，体型普遍较小。

中侏罗世晚期的蛇已经具有了不同的形态，栖息环境也有明显的差异。有的蛇栖息在森林和草丛中，有的生活在浅海或近岸水域。

虽然四肢可以帮助早期的蛇在地面上爬行，但如果要在幽暗的地穴或腐殖质中穿行，四肢不仅无助于前进，还会卡住身体；在水中，肢体更会增加阻力，不利于高效游动。

在漫长的自然选择中，那些肢体更小、身体更偏向流线型的蛇反而获得了更多的生存机会，最终整个类群都发生了根本性的改变：四肢消失了，身体变得越来越修长。

为了适应细如绳索的身体，蛇的内脏排列方式也非常特别。要把心脏、肺、肝、胃、肾等都塞进去细长的身体里，器官就得排成一列，结果蛇身体两侧的器官完全不对称：左肺通常极度退化（多数只有右肺能用）；肝脏、胃、肠等都是前后错开排列的。

1 食道 2气管 3气管肺 4原始左肺 5右肺 6心脏7肝脏 8胃 9气囊 10胆囊 11胰脏 12脾脏 13肠 14睾丸  15肾  

图源：Wikipedia

蛇丢掉了四肢，但换来了全身每一节都能推动的能力。蛇的脊椎骨数量可以超过300节，甚至多达500节，远远超过人类的33节。蛇在移动时依靠的是脊椎骨和肌肉的配合。

除了数量众多的脊椎骨，在每一节脊椎两侧都还连着一对肋骨（颈部前几节除外），肋骨与肌肉一起构成一个驱动单元。

蛇的长肌群可以通过收缩让身体某一段弯曲，向侧面顶住支撑点，从而获得向前的推力。收缩可以在身体的多个位置同时或依次发生，因为蛇的身体很长，蛇可以在多个波峰和波谷同时发力，形成多点同时推进的效果。这时蛇就像一台多节驱动的钻机。

事实上，现代蛇的单个脊椎骨灵活度并不如人类，但数量上的优势使蛇能够在身体上形成连续的波动曲线，从而推动身体前进。

蛇的下颌是分开的。图源：Pixabay

尽管身体修长，但蛇的嘴却格外大，能吞下比自己直径大很多的猎物。这得益于特殊的颅骨和下颌结构。

蛇的颅骨有多处关节，捕食时能够外展；蛇的上颌骨和下颌骨之间，是通过两块骨骼相连的，相比之下，人类只有一块——这就相当于蛇比人多了一个铰链，开合角度自然更大。

而且蛇的左右下颌前端通过韧带连接，能像两扇独立的门一样分开。这样在垂直方向张开的同时，蛇的下颌还能左右分离，适应猎物形状。

在吃东西时，蛇会交替移动左右下颌，将猎物一点点送入口中。这种结构让蛇能够在一次捕食中获取大量能量，随后长时间不必再捕猎。脊椎动物中，蛇的口腔扩张能力也是最强的。

图源：Pixabay

基因突变是生物演化的核心动力之一。

在脊椎动物中，Shh基因对肢芽的发育至关重要，它直接参与手脚和前肢后肢的形成。而在Shh基因的“启动”过程中，有一个关键的调控元件——ZRS序列。

ZRS就像Shh基因的“远程开关”，负责在肢芽发育过程中开启Shh的表达。如果ZRS缺失或功能异常，Shh无法被激活，那么肢体发育就会受影响。

科学家在2016年进行过一个关键实验：他们利用CRISPR基因编辑技术，将蛇的ZRS序列替换到小鼠的基因组中。

科学家发现，这些基因改造小鼠的前后肢出现了明显的缩小，有的小鼠完全缺失了前肢或后肢。这一实验为理解蛇类演化成没有四肢的身体形态提供了分子机制依据。