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是什么限制了哺乳动物的颈椎,为何大多哺乳动物都只有七块颈椎?

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上面这个长得像是斑马出轨产物的家伙是㺢㹢狓!

㺢㹢狓其实是来自长颈鹿科(Giraffidae)的,这个科曾经相当繁荣过,有各种各样脖子长度不同的物种。



△ 一些长颈鹿科成员

但是,现在只剩下超长脖子的长颈鹿和普通脖子的㺢㹢狓。

无论是㺢㹢狓,还是长颈鹿,脖子长短并没有改变它们的颈椎数量,它们的颈部都只有7块骨头构成:



△ 左边是㺢㹢狓,右边是长颈鹿

早在18世纪前后,人们就已经观察到哺乳动物的颈椎数量是高度统一的——就是7节,无论这些动物生活在哪里,脖子长成啥样,颈椎数量都不会变(当然后来发现了一些例外)。

但直到1999年,随着分子发育生物学的成熟,研究人员才真正知道哺乳动物为什么会存在这种生理限制。

其实原因也很简单,决定哺乳动物颈椎模式的基因是Hox基因,这些基因不仅控制着哺乳动物身体轴线骨骼分节的发育,还同时控制多个身体系统——包括神经系统、心血管系统、细胞增殖等等。

换句话说,一旦一些基因突变导致脊椎数量发生变化,那么哺乳动物的其它身体系统也会发生变化,而这通常会引发严重的健康问题,通常连胚胎都无法正常发育完成,即便出生了也难以生存。

所以,在残酷的自然选择之下,哺乳动物那些试图改变颈椎数量的基因突变都没能保留下来。

在人类中,有一些遗传性疾病会导致的脊椎数量改变,比较有名的就是克利佩尔-费尔综合征(KFS)。



△ 克利佩尔-费尔综合征患者

这种疾病患者,颈椎没有正常分割成7块,而是两块或者多块颈椎互相融合在一起,造成脖子缩短。

虽然这种疾病患者很多都有比较正常的寿命,但是这些患者通常终身伴有不同程度的神经系统,心血管系统(占30%–40% ),以及泌尿系统(占50%)疾病。

值得一提的是,现在有研究指出,古埃及第十八王朝法老——图坦卡蒙,很可能因为近亲通婚也患有克利佩尔-费尔综合征,所以他有严重的健康问题。



△ 图坦卡蒙

包括已灭绝的在内,目前已知打破7节颈椎规则的哺乳动物只有三类,分别是海牛,以及二趾树懒和三趾树懒,海牛有6块颈椎,二趾树懒有5块或者6块,三趾树懒则拥有8块或者9块。

这三类动物有一个相同的特征,就是它们的代谢率都极低,这是它们打破脊椎限制的本质原因。

低代谢率意味着细胞更新替换速度慢,心血管系统的压力小,所以当这些动物改变颈椎数量的突变发生时并没有对它们造成太大的生存问题,所以突变被保留了下来。

在陆生脊椎动物中,只有哺乳动物受到了七节颈椎的限制,鸟类,以及其它爬行动物的颈椎都没有这种限制,它们可以拥有各种颈椎数量。

所以,它们出现了各种稀奇古怪的、灵活的、长短不一的脖子。



而之所以鸟类和其它爬行动物没有这种限制,是因为它们的Hox基因是高度“模块化”的,它们的Hox基因改变身体轴线骨骼分节的发育时,通常不会引发其它身体系统的变化。

所以,它们可以更好地保留颈椎骨头相关的突变。

不仅如此,由于Hox基因是高度“模块化”,这些动物类群其实也拥有更高的演化可塑性,可以更快、更好地适应新生态位。

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