为什么树懒和海牛的脖子异常长(或短)

2020-07-14 177哺乳类

一般来说,所有哺乳动物的脖子上都有相同数量的脊椎骨,不管它们是长颈鹿、老鼠还是人类。但是树懒和海牛都是颈椎数目异常的例外。为什么树懒和海牛的脖子异常长(或短),发表在BiomedCentral开放存取期刊EvoDevo上的新研究表明,这些不同的物种是如何进化出它们不同寻常的脖子的。

哺乳动物脊椎骨数量是恒定的

鸟类、爬行动物和两栖动物颈部有不同数量的脊椎骨,天鹅有22-25个,但哺乳动物,无论动物大小或颈部大小,只有7个。在哺乳动物中,颈椎骨异常通常与死产、儿童癌症和神经系统问题的风险增加有关。这些多效性事件通常与身体问题有关,例如由于神经、肌肉和血管错位或挤压而导致的胸廓出口综合征。

为什么树懒和海牛的脖子异常长(或短)

只有树懒和海牛是进化出不同数量的颈椎骨而没有任何明显问题的哺乳动物。二趾树懒(Choloepus)有5-7个颈椎骨,而三趾树懒(Bradypus)有8个或9个。对于这些变化是否是由于同源异型改变引起的,即Hox等基因的突变导致了不正确的骨骼模式,还是由于原始/远轴模式的改变,即胸部结构覆盖了颈椎结构,存在一些争议。同源异型的改变会影响全身系统,并解释了在其他哺乳动物身上看到的相关影响。原始/远轴模式的改变只会影响椎骨,但可能解释树懒如何逃避不利影响。

为什么树懒和海牛的脖子异常长(或短)。从树懒和相关物种(如食蚁兽和犰狳)的证据来看,没有一种动物的颈部结构异常,因此很明显,胆小动物的脊椎从颈椎向胸椎的转变表明颈部完全缩短,并且有肋骨与第7椎骨相关。对霍夫曼来说,这些是完全的肋骨与胸骨融合在一起,但对于双乳双歧杆菌来说,它们是一个过渡结构的基本肋骨。相比之下,第8椎体仍然是颈椎,与正常的第6椎体最为相似,但第9椎体有未发育的肋骨。这些椎骨模式都不能用原始/远轴模式的改变来解释。除此之外,还可发现骨带发育不良,包括肋骨骨化的畸形。

同样,海牛(Trichechus)的骨骼与儒艮和鬣狗进行了比较。海牛的脊椎和骨骼也显示出与树懒相似的变化。令人惊讶的是,大约一半的儒艮和几只鬣狗的颈椎骨数量也减少了,所有这些都有其他骨骼异常。

研究意义

来自荷兰自然中心的加利斯博士说,“我们的研究对异常的原轴/远轴模式理论的有效性产生了怀疑,相反,贝特森的同源异型转换理论提供了支持,其中椎骨的特征从颈变为胸椎(反之亦然,取决于颈部是否较短,如胆碱症或较长,如迟缓)。所看到的缺陷与Hox突变小鼠最为相似。”

加利斯博士继续说:“我们认为,正是慢生活方式和低代谢率使得进化改变树懒的脖子长度,而没有其他哺乳动物所看到的任何副作用。他们的低代谢率保护他们不患癌症,他们的低活动率保护他们免受胸廓出口综合征的影响。”所以,对于懒虫来说,缓慢的生活让他们进化出不寻常的脖子。

引用

BioMed Central. "Sticking their necks out for evolution: Why sloths and manatees have unusually long (or short) necks." ScienceDaily. ScienceDaily, 6 May 2011. www.sciencedaily.com/releases/2011/05/110505212314.htm.

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