蛇的四肢是如何消失的?
通过改造基因,再现进化过程的例子并不多见,研究的难点在于寻找进化中的关键基因。近年来,研究者利用基因改造对蛇失去四肢的进化过程进行了研究。
增强子ZRS是DNA上一小段可与特定蛋白质(转录因子)结合的序列,可增强多个基因的特录水平。组织细胞需要执行特定功能时,RNA聚合酶与启动子结合,开启基因的表达过程。相关信号分子进入细胞核,与增强子结合形成的复合结构作用于启动子,增强基因的表达。脊椎动物的胚胎里都有个特殊的“芽”结构,这一结构最终形成四肢。ZRS会在这个“芽”结构中调控四肢基因的表达。当ZRS某些碱基对改变时,即使四肢基因结构没有任何变化,也会造成严重的表型差异。那么蛇失去四肢是否也与ZRS有关呢?
比较不同物种的ZRS碱基序列时,研究者发现绝大部分蛇类ZRS序列某一区段缺失17个碱基对(如图),这可能是蟒蛇失去四肢的原因。为了验证这种可能性,研究者利用基因编辑技术(对特定的基因序列进行切除或替换)对小鼠的受精卵进行改造。小鼠ZRS序列被替换成蟒蛇的ZRS后,实验小鼠的四肢真的消失了,成了没有腿的“蛇鼠”。实验结果表明蟒蛇的ZRS确实是使蟒蛇失去四肢的关键序列。
此外,比较不同脊椎动物的后肢发现,蟒蛇在后肢的位置上还有一个进化残留的小勾,这个结构与蟒蛇的交配行为有关。化石证据也表明,蛇的祖先是有腿的。后肢的遗迹让人们认识到,蟒蛇更接近蛇类祖先。从蟒蛇等原始型蛇出现开始,蛇类就走上了无腿一族的道路。
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