當蛇類在超過1億年前從蜥蜴進化而來時，它們只是生態系統中微不足道的角色，在恐龍主導的生態系統邊緣悄然滑行。但如今，蛇類大約有4000種，體型大小各異，從重於成年大猩猩的綠水蟒，到輕於回形針的細盲蛇。它們是地球上最高效和多樣化的捕食者之一。“蛇類真的非常特別，”密歇根大學的進化生物學家丹尼爾·拉博斯基說。
在Roughly 25 groups of 蜥蜴獨立失去腿的群體中，蛇類成為了唯一一個真正實現多樣性爆發的群體。本週發表在《科學》雜誌上的一項新研究解釋了原因：基因組資料揭示，蛇類在大約1.25億年前經歷了一次適應性爆發——在它們進化史的早期——這幫助它們利用了多個生態位。“這篇論文證明，蛇類是一種進化上的‘奇點’，改變了地球的面貌，”澳大利亞弗林德斯大學的進化生物學家邁克爾·李說，他研究爬行動物進化，但沒有參與這項新研究。
為了確定蛇類與無腿蜥蜴群體的區別，拉博斯基和一個研究團隊構建了一個深入的進化樹。他們使用來自超過1000種有鱗目動物（包括蛇類和蜥蜴的爬行動物目）的基因組資料來塑造進化樹的分支，以繪製這些鱗狀生物隨時間推移的變化。最後，他們用來自近70,000個蜥蜴和蛇的個體（主要是儲存在博物館藏品中酒精中的標本）的飲食資訊來加強這個資料集。
支援科學新聞事業
如果您喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞事業 訂閱。透過購買訂閱，您正在幫助確保有關塑造我們當今世界的發現和想法的具有影響力的故事的未來。
來自澳大利亞鯊魚灣的三線瘤尾虎紋壁虎 (Nephrurus levis)。這種大型壁虎主要以昆蟲為食，但偶爾也會捕食其他蜥蜴。 來源：Daniel Rabosky/密歇根大學
結果顯示，早期適應性爆發顯然與特化性狀的發展有關。這些性狀包括化學感受結構，幫助蛇類熟練地利用氣味和熱量精確定位獵物，以及靈活的下頜，幫助它們吞下超大的食物。一些蛇類進化出了致命的毒液來捕獵更大的獵物。
這篇新論文並沒有冒險去精確指出哪種特定性狀導致了蛇類的成功。李說，這可能是多種性狀相互作用的結果，幫助它們獲得了進化上的大獎。“蛇類的成功歸功於多種適應性的協同作用，[例如]細長的身體、收縮、毒液、靈活的頭骨，”李說。“許多無腿蜥蜴具有這些蛇類特徵中的一兩個，但遠沒有那麼成功。”他引用了一類壁虎，它們具有細長的身體和靈活的頭骨，但從未多樣化成超過少數幾個物種。
拉博斯基同意，採用一套特化性狀可能有助於為蛇類進化提供動力。根據這項研究的進化樹，蛇類的進化速度似乎比蜥蜴快達三倍。“蛇類進化出新特徵和進化出新飲食型別的速度基本上已經進入了超速狀態，”拉博斯基說。“蜥蜴就像騎著輕便摩托車慢吞吞地走，而蛇類則像乘坐高速列車。”
如此快速的進化可能使蛇類比蜥蜴能夠利用更多的生態位，在6600萬年前發生的那場災難性的大滅絕之後，包括非鳥類恐龍在內的幾類爬行動物註定滅絕。這種多功能性仍然反映在今天蛇類的飲食中。大多數活著的蜥蜴堅持以昆蟲或其他小型節肢動物為食；蛇類通常更具冒險精神，會捕食從齧齒動物和鳥類到袋鼠和鱷魚等各種動物。
西部頸環蛇 (Diadophis punctatus) 的防禦姿態，原產於美國西部。 來源：Alison Davis Rabosky，密歇根大學
儘管蛇類集體進化出了多樣的口味，但許多物種高度特化，以特定的獵物為目標。這些物種包括鏟鼻蛇，它們進化出挖掘獵物的能力；以及海蛇，它們用槳狀尾巴游泳，並捕食珊瑚礁魚類等獵物。其他物種則囫圇吞下鳥蛋。有些甚至食用其他物種不敢吃的有毒食物。大多數蜥蜴的特化程度遠不及蛇類，只是簡單地吃掉任何小到足以放入口中的無脊椎動物。
拉博斯基和他的合作者將啟動蛇類進化的進化創新爆發描述為“宏觀進化奇點”。就像進化大爆炸一樣，這些罕見的事件發生在當地質標準衡量時，一群生物在轉瞬之間迅速多樣化成各種新物種。開花植物在白堊紀時期的突然多樣性爆發是這種現象的另一個例子，查爾斯·達爾文稱之為“令人憎惡的謎團”。
拉博斯基說，這只是又一個例子，說明“這些進化的大爆炸對地球生命的歷史具有深刻的重要性。”