長頸鹿的脖子是怎么變長的?

長頸鹿(左)和霍加狓(右)

長頸鹿最引人注目的特征便是那長長的脖子。至少8000年以前,長頸鹿就擁有了現(xiàn)在這樣長長的脖子,那個時候的人類還住在洞穴里呢。

19世紀,達爾文(Charles Darwin)就曾對于長頸鹿的脖子如何變長的問題大惑不解。為了適應長脖子的體形,長頸鹿的心臟、骨骼、肌肉等都必須做出相應的調(diào)整。舉個例子,長頸鹿舉起脖子的時候,頭部和心臟的距離可達兩米多,為了給大腦提供充足的血液,長頸鹿的心臟得把血液泵到兩米多高的位置。為了完成這一艱巨的任務,長頸鹿進化出了巨大的左心房,其血壓達到其他哺乳動物的兩倍多。

為了找出引起長頸鹿脖子變長的遺傳變異,美國的一組科學家將長頸鹿和霍加狓(長頸鹿的近親)的基因序列與40多種其他的哺乳動物(包括牛、山羊、綿羊、駱駝和人等)的基因序列進行比較。

大約1100萬到1200萬年前,長頸鹿和霍加狓從共同的祖先開始分離,逐漸形成兩種不同的物種。雖然長頸鹿和霍加狓有著很近的親緣關系,但二者的長相卻非常不一樣?;艏訝雌饋砀癜唏R,而不是長頸鹿。更為重要的是,霍加狓沒有長頸鹿那樣長的脖子。

正由于以上的原因,將長頸鹿和霍加狓與其他的哺乳動物進行基因?qū)Ρ?,科學家可以發(fā)現(xiàn)長頸鹿和霍加狓擁有的獨特基因;然后將長頸鹿和霍加狓進行基因?qū)Ρ?,科學家就可以在它們共同擁有的獨特基因中找出長頸鹿擁有的獨特基因。而這些基因很可能就與長頸鹿的長脖子密切相關。

基于以上方法,科學家最終找到了70個基因,其中一大半基因與長頸鹿的骨骼肌系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育相關。

有意思的是,科學家發(fā)現(xiàn)有一些基因同時參與調(diào)控心血管和骨骼肌的生長發(fā)育,說明在長頸鹿脖子變長的進化過程中,長頸鹿的心血管系統(tǒng)和骨骼肌系統(tǒng)幾乎是同時開始協(xié)調(diào)改變的。

隨著長頸鹿脖子的延長,長頸鹿的食譜也變得跟其他哺乳動物不一樣,它們可以吃到更高處的樹葉、種子和果實??茖W家發(fā)現(xiàn),長頸鹿擁有的很多參與物質(zhì)代謝的基因與其他哺乳動物相比也有較大的改變。金合歡的樹葉對于長頸鹿而言是美味佳肴,對于其他哺乳動物而言則是穿腸毒藥,因為長頸鹿的代謝系統(tǒng)可以完美地解除金合歡的樹葉中的毒素。


長頸鹿在吃金合歡樹冠處的樹葉

因此,長頸鹿的脖子變長絕非僅僅把脖子延長就可以了。與之相伴的是長頸鹿各個組織器官的協(xié)調(diào)和改變。

最近15年,因為棲息地的大面積破壞,長頸鹿的種群數(shù)量已經(jīng)減少了40%左右。如果不采取有效的保護措施,地球上這一獨特的物種將很快從人們的視線里消失。

主要參考文獻

Agaba, M., Ishengoma, E., Miller, W.C.,McGrath, B.C., Hudson, C.N., Bedoya Reina, O.C., Ratan, A., Burhans, R., Chikhi,R., Medvedev, P., et al. (2016). Giraffe genome sequence reveals clues to itsunique morphology and physiology. Nature communications 7, 11519.

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