蛇类的进化：科学家揭开奥秘

蛇种类繁多，从巨大的水蚺到微小的束带蛇。 图片来源：KNOWABLE杂志/图片由SHUTTERSTOCK授权使用

（化石网cnfossil.com）据《Knowable Magazine》（Amber Dance）：当恐龙践踏地球时，小小的哺乳动物在它们的阴影中四处奔跑。这些藏身于地下洞穴中的小毛球为一种新型爬行动物——蛇——提供了新的生态位。瘦蛇可以挤进哺乳动物的巢穴，把它们吞噬。

至少，北亚利桑那大学弗拉格斯塔夫分校的进化生物学家马克·托利斯是这样想象蛇的黎明。没人能确定。就像这些生物本身一样，蛇的化石记录又长又少，蛇类历史中留下了空白。诸如它们起源于何处、最亲近的亲属是谁，仍然没有答案。

如今，新的化石和现代技术正在更新蛇类的故事。大约从1.25亿年前开始，蛇利用其灵活的身体结构疯狂多样化，征服了如今构成六大洲的区域，以及印度洋和太平洋——托利斯也不会惊讶在曾经温暖的南极洲发现蛇类化石。

有蛇在陆地上蜿蜒，钻入土壤，在海中游泳，在树间滑翔，甚至搭乘火车，甚至是飞机。有些细小的线蛇只有几英寸长，细得像意大利面，也有超过20英尺长的蟒蛇。有蛇会追逐猎物，有潜伏伏击猎物的蛇，有会扼杀猎物的蛇，还有用毒液让晚餐无法行动的蛇。产卵的蛇，产下幼崽的蛇，能无雄性繁殖的蛇。

对于蜥蜴家族树上一个诡异分支来说，这是一种令人印象深刻的能力大杂烩。托利斯指出，蛇基本上是捕食性的管道。它们不能行走，也不能咀嚼食物。这些似乎是严重的限制因素。

巴巴多斯盲蛇（Tetracheilostoma carlae）是世界上体型最小的蛇之一。图片来源：BLAIR HEDGES / 宾夕法尼亚州立大学

托利斯惊叹于“尽管如此，蛇类仍是最成功的动物之一，”他曾在2025年《生态、进化与系统学年评》中合著早期蛇类和蜥蜴进化概述。“他们绝对拥有我们通常会与奇幻联系在一起的超能力。”

乔治华盛顿大学的进化生物学家亚历克斯·派伦表示，现存的蛇类已描述超过4000种，约占整个蜥蜴群的三分之一，可能还有数百种等待官方发现。科学家估计，这个极其多样化的蛇类群的祖先大约出现在1.6亿年前，但他们还没弄清楚最早的蛇是什么样的——陆地蛇、海蛇，也许还有地下蛇？

这些神秘的祖先蛇应该位于蛇族谱的最底层，但它们的化石尚未被发现。新泽西普林斯顿大学进化生物学家、《年鉴评论》论文的合著者、蒂亚戈·西蒙斯表示，已知最古老的蛇类化石来自多种环境，这使得判断蛇类是从哪种栖息地蠕动而来的变得困难。

一个长期存在的假说是蛇起源于地下。最初的想法部分基于盲蛇几乎看不见的眼睛，盲蛇是现存蛇族谱中最低的分支。但盲蛇对它们栖息的蚁丘和白蚁丘非常专业，哈佛大学剑桥比较动物学博物馆的研究生、脊椎动物古生物学家凯蒂·斯特朗说。

它们拥有奇特、外星的头骨，适合地下环境和食虫动物。例如，斯特朗说，“明显的下颌”有助于防止嘴里的污垢。在加拿大埃德蒙顿阿尔伯塔大学与脊椎动物古生物学家兼进化生物学家迈克尔·考德威尔的培训期间，斯特朗和其他研究者一样得出结论，这些高度专化的生物不可能对应蛇类家族树的根源。

20世纪末，出现了支持其可能起源于海洋的证据。科学家描述了近一亿年前生活在中东的早期蛇类，当时那片土地被水淹没。考德威尔及其同事还将蛇类与沧龙——已灭绝的水生爬行动物——联系起来，提出了蛇可能曾在水中出现的可能性。但对这一假说的支持度已经减弱：西蒙斯说，还有其他蛇类比那些水生蛇更早，且显然是陆生的。所以目前的共识是，中东游泳者并不是从水中跃起，而是从陆地跳入水中。

现代巴塔哥尼亚还出土了大量蛇类化石，如约9500万年前的Najash rionegrina，以及约8000万年前的Dinilysia patagonica，当时环境类似沙漠。但这些南美的蛇是在地面上，还是在地面下？Dinilysia可能住在地面上，但Najash的情况更复杂，西蒙斯说。

Najash的头骨和脊柱特征被发现者认为，这表明它至少在地下生活过一段时间。但考德威尔补充说，这两种巴塔哥尼亚的蛇都是“体型大蛇”，类似于现代的蟒蛇。他推测，它们像蟒蛇一样藏身于地下，但在地表狩猎。

关于混合陆地/地下起源的额外证据来自对早期蛇脑的预测。科学家们利用3D X射线成像分析了近60条蛇和蜥蜴的脑壳——即保护大脑的头骨部分，以及少量蛇类化石。从这些内部轮廓，他们可以推断出大脑的形状。研究人员确定了掘洞者大脑的解剖结构：挖掘者通常拥有一个小而扁平的三角形小脑，这是参与运动的大脑部分。当研究人员利用这些数据预测蛇的祖先脑形时，他们发现了一些类似掘洞者的特征，包括那个小小脑，但其他特征与地下生活不符。

综合所有证据，斯特朗支持蛇类在陆地上进化的理论，可能是在像Dinilysia和Najash那样的沙质环境中。她猜这也恰好让他们偶尔能在地下导航。

2019年，在巴塔哥尼亚发现的早期蛇类Najash的新化石发表在《科学进展》期刊上。图片来源：改编自F.F. GARBEROGLIO等/科学进展2019年

蛇类进化中的另一个重大事件当然是它们的腿部脱落。这并不像看起来那么创新;在蜥蜴族中，有几个瘦长的群体已经把腿踢到路边。当人在地下爬行或穿过草丛时，肢体真的是“一种负担”，纽约市美国自然历史博物馆的进化生物学家兼研究生丹妮拉·加西亚·科博斯说。不过，蛇似乎是最早在多种栖息地中掌握这种流线型形态的蜥蜴之一，这可能是它们成功的原因。

派伦估计这种变化发生在1.5亿至1.25亿年前之间，但科学家们尚未能准确确定具体时间和地点。已知的化石蛇类有后肢但没有前肢，尽管Dinilysia的身份尚不确定，因为这些化石中没有良好的骨盆区域保存证据。在更早的某个时期，必定存在四足蛇的祖先，但这一缺失环节一直难以捉摸。2015年曾报道过一个候选种，但考德威尔及其合作者证明它只是一只蜥蜴。

随后是布鲁格纳泰尔·埃尔戈伦西斯，一种在苏格兰发现的四足侏罗纪化石，并于2025年被《自然》杂志描述。“如果你在街上看到它，走过马路，你会以为它只是一只鬣蜥或普通蜥蜴，”伦敦大学学院古生物学家苏珊·E·埃文斯与同事们描述了这个标本。

但B. elgolensis的下颌确实有一些蛇形特征，比如牙齿的形状。考德威尔（Caldwell）并不在描述它的团队成员，他认为那是一条蛇。“它拥有所有正确的骷髅特征，”他说。

埃文斯并不那么确定，这一点从她选择的名字中可见一斑：Breugnathair源自盖尔语，意为“假蛇”。当埃文斯及其同事试图将其归入爬行动物家族树时，结果却模糊不清。她承认，这可能是蛇的祖先，也可能是独立进化出蛇形特征但没有活着后代的蜥蜴。

派伦说，蛇与其他无腿蜥蜴的区别在于它们所做的其他改变。为了进一步研究创新，派伦及其合作者开展了一项大规模爬行动物普查，并于2024年发表在《科学》杂志上。他们测量了成千上万条蛇和蜥蜴的头骨。他们检查了博物馆标本的胃内容物，并仔细研究了书面饮食记录。他们收集了来自1000多种蛇和蜥蜴物种的遗传数据——不是整个基因组，而是5400个特定基因。

当他们把这些特征排成一列时，蛇格外显眼。大约1.25亿年前，该群体的头骨、饮食和脊柱经历了突如其来且显著的变化，使它们能够多样化并扩散。

蛇在进化上最大的成就是它们奇怪且灵活的头骨，由骨质碎片通过软组织连接而成;考德威尔认为，这一关键变化可能早在他们放弃双腿之前就已发生。在前往那些计件的脑袋的路上，蛇首先改变了它们的脑袋。在大多数蜥蜴中，这看起来像三明治：骨头在上面，骨头在下面，脑子在里面，两侧开着。但在蛇类中，它更像是一种包裹，一种只向面部和脊柱开放的骨管。这样保护大脑意味着蛇可以自由活动头骨的其余部分。而且，他们确实如此。

这些头骨变化促成了蛇形下颌骨的进化带来新的饮食。虽然颚骨解剖结构在该类群内有所不同，但许多蛇类的上下两侧通过可拉伸的韧带连接，使得开阔的口隙。下颌的两侧可以分开，进一步扩大蛇的口腔。口腔顶部的腭有左右两部分，分别独立运动以将食物输送到喉咙。这就是蟒蛇吞猪的方式。事实上，科学团队发现，蛇作为一个族群，几乎能吃任何会动的东西。有蛇会啃食黏稠的蛞蝓和装甲蜗牛，滑溜的鳗鱼，甚至还有其他蛇。

大约在同一时期，蛇也变得更长，颈部和下体之间增加了数百节椎骨。“拉长的形状能让你更快更高效地运行，”考德威尔说。额外的腹部肉提供了更多表面积，用于推动地面或攀爬树干。对于水生蛇类来说，体长增加使得更高效的来回编织变得更高效。

总之，这些身体、头部和饮食的变化使得进化中的蛇不仅形态灵活，生活方式也极具灵活性。美国自然历史博物馆爬行动物学馆长、《年鉴评论》文章合著者弗兰克·伯布林克说，蛇类适应新环境迅速。换句话说，这些进化超级明星被培养成能充分利用它们潜入的任何栖息地。

破碎的头骨和身体长度对蛇类扩散极为有利，这给古生物学家带来了头疼：死去的蛇会分解，导致完整化石稀缺，留下许多问题未解。例如，研究人员知道蛇类与鬣蜥和科莫多巨蜥的群体有关，甚至可能与沧龙有关，但尚不确定它们最接近的亲戚是哪一个。埃文斯说，了解这一点有助于预测蛇的祖先应该是什么样子。

当化石失效时，基因可以出手相救。不同动物的基因越不相似，它们作为物种分道扬镳的时间就越长。基因分析已经迫使蜥蜴家族树进行了重组;仅凭体型来判断树木“完全错误”，派隆说。

基因也揭示了蛇体如何构建其一些特殊特征。腿部缺失与一种称为ZRS的促进四肢序列功能丧失有关。科学家们最近报告说，蛇缺乏编码“饥饿激素”饥饿素的基因。这可能让他们更容易忍受长时间禁食;有些蛇可以隔一年甚至更久才换一次。

Burbrink、Pyron和Simões目前正在测序100多只蛇和蜥蜴的全基因组，这将使高质量基因组数量翻倍。凭借这些数据，加上更多关于现存和化石爬行动物的数据，他们期望建立更完善的家谱树，并进一步探究蛇形盘美背后的基因。

不过，埃文斯说，科学家们确实需要更多化石来填补蛇的故事中的曲折。

随着古生物学家们继续挖掘，伯布林克劝诫我们下次遇到吊袜带蛇或其他现代蠕动蛇时，要花点时间惊叹：“你看到的是超过一亿年进化的顶点。”

本文最初发表于《Knowable Magazine》，这是Annual Reviews旗下的独立新闻机构。