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蛇的祖先为什么要丢掉腿?A.挖洞,B.爬树,C.游泳,哪个才是正确答案?

中科院物理所  · 公众号  · 物理  · 2025-01-29 12:05

正文

为什么蛇在恐龙时代的祖先都长腿,

而现在不长腿了?
易鸿宇 · 中国科学院古脊椎动物与古人类研究所副研究员

大家好,我是易鸿宇。听说今天要面对小朋友们演讲,所以我特意带来了一个关于动物演化的故事,和很多有关科学的谜语。


首先我给你们看两个科学模型,你们可以看看红色的模型和蓝色的模型有什么不一样,我们后面会揭晓答案。

 

大家也可以先猜一下这个谜语——有一种动物它没有腿,不像鱼一样有鳍,也不像鸟一样有翅膀,但是它在自然界当中,算得上是运动好手。这讲的是什么动物呢?大家都已经猜到了是不是?没错,答案就是蛇。


大家来猜猜,蛇能飞吗?这个问题的答案我们后面也会讲到。


中国古代有好多关于蛇的成语,画蛇添足、杯弓蛇影等等。这些成语恰恰说明了蛇的两个特点。首先是蛇没有腿,第二是蛇有一个长长的身体,就像古人用的弓一样。


动物界的运动好手


蛇没有腿,除了最寒冷的格陵兰岛和一些太平洋小岛以外,几乎在地球上的任何一个地方,我们都可以见到它们的身影。


▲沙蟒  Gongylophis colubrinus

比方说这条蛇,它生活在沙漠里面,大家叫它沙蟒也好,叫它沙蚺也可以。它经常把自己埋在沙子里躲避天敌。它在沙子表面“游动”的时候,比很多长了腿的动物还要快。


▲巨环海蛇 Laticauda colubrina

另外,蛇类虽然不像鱼一样有鱼鳍,但是它可以游泳。这就是生活在海里面的蛇,我们叫它巨环海蛇。


这种蛇是有毒的,但一般情况下它们不会上岸。这种蛇可以细分为好几十个品种,但是只有其中一种蛇每年会上岸产卵,这也是人类在陆地上见到它们的唯一机会。


▲天堂金花蛇  Chrysopelea paradisi

刚刚大家都说蛇可以飞,下面给大家介绍一种蛇。这个蛇叫做天堂金花蛇,也许是因为它可以“飞翔”,所以为它起了这么一个美丽的名字。


这是一种生活在森林里的蛇,这种蛇在树叶之间穿行的时候可以“滑翔”。我们口说无凭,现在给大家放一张动图,看看它是不是真的能“飞”。



通过图片可以看到,它掉下来了。大家看到它“飞”了吗?首先它有一个起跳的动作,然后会往下落,就像跳水运动员一样。当它落到一定高度以后,会借助空气动力来“滑翔”。简单地说,这是一条可以“飞”的蛇。


我们看过了这么多特别的蛇,我想大家应该都会同意下面这个说法,蛇是一种非常神奇的生物,而且它在我们的地球中是非常重要的一员。下面我们来认识几种化石蛇,也就是生活在古老地质时代以及恐龙时代的蛇。


▲黑河纳氏蛇 Najash rionegrina

第一种它的名字叫黑河纳氏蛇,这种蛇发现于阿根廷,存在于一块9千万年前的化石中。在座的有些小朋友可能只有9岁吧。这个蛇最明显的特征就是,它有腿。不仅这一种纳氏蛇有腿,另一种与它同时代的、生活在海里的蛇也是有腿的。


▲疑惑厚针龙 Pachyrhachis problematic

它的名字翻译成中文叫疑惑厚针龙,可能是因为它长了一个蛇的身子,有两条比较小的后腿,却又没有前腿,这让科学家感到很疑惑,就给它取了这么一个有趣的名字。这条蛇要比刚才的那条蛇大很多,它的身体拉长了以后,大概有1米长。1米是什么概念呢,可能就跟在座的小朋友们一样高。


蛇的腿去哪了?

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我们刚才看了两个长腿的化石蛇,为什么蛇在恐龙时代的祖先都长腿,而现在不长腿了?因为它退化了,那是怎么退化的呢?


科学家也很想知道这个问题,所以很长一段时间之内,科学家都怀疑,是不是因为蛇生活在地下洞穴里,有腿的话会比较碍事。


大家可能都爬过那些游乐场的塑料管道,有腿撑着就会感觉伸展不开,所以说在这种环境之下,腿非常短的蛇就有可能存活下来,从而演变成我们今天看到的蛇。


这是一个科学的猜测,但是怎么证明呢?科学家们一直苦于没有严谨的证据,因为化石蛇已经死了,死了几千万年了,我们怎么知道它会不会挖洞呢?后来科学家就想了一个办法,我们去研究最早的、不长腿的蛇,它叫帕塔戈尼亚恐怖蛇。


▲帕塔戈尼亚恐怖蛇 Dinilysia patagonica

它生活在8千万年前,为什么要叫恐怖蛇呢?因为它有2米长!就是说比你们的家长还要高。要是在野外看见这种蛇,大家要赶紧跑。在动物演化的研究当中,这种蛇对于科学家来讲是非常重要的,因为它是一种很特别的化石。



这张照片是我在阿根廷的博物馆拍的,这是原始化石的标本。你们可以看到它保存在红色的砂岩中,这上面只剩下骨骼,已经没有皮肤了。仅仅从外表来看,我们也不知道它是不是生活在洞穴里。


如果我想知道这种帕塔戈尼亚恐怖蛇有没有可能是挖洞的蛇,该怎么办呢?从外表上是很难看出来的,因为这块化石也只剩下骨骼了。有一些特殊的化石是可以保存皮肤和羽毛的,但是大部分的化石都只有骨骼。


给化石拍个X光

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那我们怎么知道它们当时是如何生存的呢?如果你们能借给我一个小叮当,我或许能知道,坐着时光机回去拍一段视频带回来。可惜我没有小叮当,但是我有科学工具。


我们想了一个办法,给化石照X光。你们谁照过X光?哇,这么多人照过X光,你们不会都摔断过手吧。开个小玩笑,回到我们的正题。


我们去医院照X光是为了看人体内部的结构,那我们给化石照X光,也是同样的道理,我们想看看化石蛇内部的零件是不是跟我们现在的蛇长得一样。我们把这个化石蛇放到一个鞋盒子里面空运到美国实验室去照X光,还是我亲自给它照的。



这个就是给化石照X光的机器,是工业用的X光,和我们在医院用的X光不太一样。它的能量更强一点,所以一般情况下,人是不能进去的,只有石头才能用这么高剂量的X光。



照完X光后我们看到,这有一个蓝色的东西,存在于恐怖蛇的头部。


这个是脑子吗?还有小朋友说是心脏。我给大家揭晓谜底,这个蓝色的部分是蛇的耳朵。这个不是骨头,而是耳朵里面的管道。人的耳朵里也有管道,管道里面充满着液体,这些液体可以帮助我们保持平衡。如果有的小朋友,很不幸的中耳发炎了,走路的时候就会不太稳当。因此耳朵对我们来说有两个作用,第一它可以保持平衡,第二是它可以听见声音。


▲左:古代蛇前庭示意图   右:现代蛇前庭示意图

蛇也是一样的,这是化石蛇的耳朵,我们看它长的有点奇怪对吧?它中间有点像气球,它的科学名字叫前庭。它旁边有一些很细小的管道,液体可以在里面流动。左边是化石蛇的,右边这张是现存蛇的。大家看左边这个耳朵,跟右边的哪个最像。


我先介绍一下右边的这三个耳朵,最上面的这个是可以挖洞的蛇的耳朵;中间的这个是可以爬树的蛇的耳朵;最下面的这个蓝色的,是可以游泳的蛇的耳朵。我们给它照了X光,然后用计算机软件把它复原出来,所以我们知道它长这个样子。


我们人的耳朵,也可以用同样的方法做出来。但是我们今天要讲的是下面这个蓝色的耳朵,它没有中间那个“气球”,那个“气球”是用来干嘛的呢?它是用来听一种低频率振动的。


现在我跟你们说话是通过空气的振动来传递声音。我们经常说“打草惊蛇”, 是因为它可以听见你跺脚的声音,这个声音是通过地面来传播的,科学上我们叫它低频声音,蛇可以听见这个声音,就知道比它大的动物来了。


▲闪鳞蛇
它通过这种方式适应了地底下的生活,既可以躲避天敌,又可以找到捕食对象。这个圆乎乎的耳朵就来源于我们现生的一种蛇,生活在印度尼西亚的丛林中,它叫做闪鳞蛇。


它有一个会挖洞的特长,白天的时候捕食老鼠、蜥蜴这些动物,晚上的时候它就会钻到很潮湿的土壤里面,在暗处寻找要捕食的对象。另外,在一些博物馆内也可以饲养这种蛇。


为科学研究服务

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你们看这个图片,它就是在一个饲养箱里面。


这个蛇它钻到哪去了?其实它的头在圆圈的附近,它的身体只露出了一小截。

我们已经看到了左边化石蛇的耳朵,和右边现存蛇的耳朵,这两个是很相似的。

因此那个体长2米的帕塔戈尼亚恐怖蛇在它生活的年代,可能就会在恐龙的脚下挖出洞穴,躲避在松软的土层里面。这样既可以躲避大恐龙的袭击,还可以捕食恐龙时代的小型动物,说不定化石蛇还会吃埋在沙土里的恐龙蛋。

通过科学研究发现蛇耳朵里奇特的造型之后,科学家又会提出很多的假设,距离真相就越来越近了。我们人照X光,是为了解决医学的问题;我们给化石照X光,可以解决科学的问题。你们刚才看到的那些化石,是从博物馆里借出来研究的,这也是科学家研究工作的重要组成部分。


当然,作为古生物学家,我们首先要去野外把这些化石找到,这样我们才能让全世界的人在博物馆里看见它们。为了寻找这些珍贵的化石骨骼,我们经常要去野外。

我们会跑到很热的沙漠,也会跑到很冷的高原。如果大家还想听更多关于演化的故事,想看更多的化石骨架,欢迎大家到中国古动物馆来,谢谢。

- END -


来源:格致论道讲坛

编辑:小咕咕


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