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蛇为什么长那么长?

2016-08-11 浏览: 565 评论:0

摘要: 中科院之声:蛇为什么那~么~长~呢? 在动物王国中,人们总是将目光投向那些长相怪异的动物。看惯了毛茸茸,四条腿的哺乳动物后,人们总是不禁发问:蜘蛛怎么就那么多腿?蛇的身子怎么那么长呢? 蛇拥有至少25对肋骨 这些问题的答案恐怕还得从进化和基因的角度去寻找。...

中科院之声:蛇为什么那~么~长~呢?

在动物王国中,人们总是将目光投向那些长相怪异的动物。看惯了毛茸茸,四条腿的哺乳动物后,人们总是不禁发问:蜘蛛怎么就那么多腿?蛇的身子怎么那么长呢?

蛇拥有至少25对肋骨

蛇拥有至少25对肋骨

这些问题的答案恐怕还得从进化和基因的角度去寻找。更进一步,我们需要研究动物是如何从幼小的胚胎一步步发育成长大后的样子(演化发育生物学,evo-devo)。如果我们想知道蛇为什么那么长,首先要观察一下蛇的胚胎。

近日,葡萄牙的一组科研团队就做了相关的研究。他们发现,有一些基因对蛇长长的身体形状起到了关键性的作用!而科学家们验证这一发现的做法就是,将一样的基因植入小鼠【心疼小鼠一分钟】体内,看看能不能得到一只“加长版”的小鼠……

蛇和老鼠都是脊椎动物(都属于脊椎动物亚门,只不过蛇是爬行纲,鼠是哺乳纲),脊椎动物通常有两种途径能进化出长长的身体,一种是通过增加脊椎骨的长度(比如长颈鹿!~),另一种则是增加脊椎骨的个数(比如鹅)。这种变化可以发生在脖子、躯干或者尾巴等多个部位。对于蛇而言,它的身体长主要是因为躯干部分长,拥有超级多的肋骨(老鼠一般仅有13对肋骨)。

在此之前,研究人员就已经知道,如果小鼠体内的一种名为Gdf11的基因突变了,那这只小鼠就会变“长”,不仅躯干部分加长,尾巴上一些另类的细胞也增多了。这些另类的细胞是多种基因表达的结果,其中就包括那些决定胚胎中躯干与尾巴分界点的基因。这一结果说明基因突变的小鼠在发育的过程中渐渐茫然了,完全不清楚躯干的脊椎骨长到哪里才算完。

那么,是Gdf11基因直接控制小鼠最终长出多少根肋骨么?并不是。

在蛇和小鼠的体内都有一种名为Oct4的基因,能使胚胎中的干细胞持续分化成其他类型的细胞。而刚刚提到的Gdf11基因会阻碍Oct4基因发挥作用。因此,在Gdf11基因突变的小鼠体内,Gdf11无法及时关闭Oct4,导致小鼠脊椎与肋骨疯长。

确实,单独的基因往往能力有限,只是庞大复杂的基因网络中小小的一部分,需要和其他基因一起作用控制细胞。一种基因突变(比如Gdf11),之所以能对生命体(小鼠)产生那么大的影响,也是因为这个基因(Gdf11)同时还负责开启或关闭其他的基因(Oct4)。

 

其实本质没多大区别,基因决定你是脖子长,躯干长,还是尾巴长。

这样一来,科学家们就明白了,是Oct4基因开启和关闭的模式决定了生命体能长多长,或者说长多少节肋骨。虽然Gdf11基因在蛇的体内似乎也表现正常,但周围的非编码DNA(以前被认为是垃圾DNA,因为不能编码蛋白质)与小鼠体内的有所不同。研究人员将蛇的非编码DNA植入正常小鼠胚胎内,并使其位于Oct4基因周围。结果不出所料,这些小鼠胚胎生长出大量的额外脊髓。

真相似乎大白,蛇看起来和其他脊椎动物有很大差异,几乎没有脖子、躯干和尾巴的分别,是因为它体内有一些非编码DNA能使Oct4基因长时间开启,从而发育出那么多对肋骨。


煎蛋:蛇为什么那么长?

蛇

这是孩子们经常问的问题——蛇为什么那么长?是啊,蛇只有一个头和长长的身体,为什么长成这样呢?葡萄牙的研究者们相信他们终于找到的答案。

近日由葡萄牙科学家Moisés Mallo带领的研究团队已经发现了发现了形成躯干、骨架和脊柱组织的控制机制。他们的实验显示,关键因素就是一种叫做Oct4的基因,它可以调整干细胞。有意思的是,其他几种脊椎动物也有同一种基因,但是却没有蛇一样的身体结构。

“我们已经发现Oct4就是那个形成躯干的开关,但是我们还无法解释为什么脊椎动物的身体长度不同,尤其是蛇。因此,我们在蛇胚胎的不同发育时期,测试了这个开关是否被打开,并且跟老鼠做了比较。”

他们发现在蛇体内,这个基因保持活跃的时间比其他动物长了很多。如果基因被提前关闭,蛇就不会长那么长。

“不同身体部位的形成,有点像基因之间的掰手腕。形成躯干的基因要停止活跃,从而负责尾巴形成的基因开始起作用。在蛇的例子里,我们观察到Oct4基因在胚胎发展的过程中保持长期活跃,这也就解释了为什么蛇有着长长的身体和很短的尾巴,”参与了研究的Rita Aires说。

身体结构的发展由基因活动决定,这并非令人感到意外。但是,发现确保身体生长方式的机制可以让我们更好理解其他生物的发展,假以时日,它会给我们带来医疗方面的好处。研究者们尤其对骨头和脊髓再生充满兴趣。

“我们识别了一种只要保持活跃就能让躯干结构无限生长的关键因素。现在我们将会调查是否可以利用Oct4基因和保持它活性的DNA区域来扩张生成脊髓的细胞,试图在受伤的情况下进行再生。”

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