蛇在1億年前失去了它們的四肢，但科學家們一直未弄清相關的遺傳學變化。10月20日發表的一項研究，對這一過程進行了闡述，描述了一段蛇四肢形成相關的DNA片段，在蛇當中是突變的。當研究人員把蛇的這段DNA插入到小鼠體內時，小鼠發育出了截短的四肢，這表明在蛇的進化過程中，一段關鍵的DNA片段，失去了其支持肢體生長的能力。

    實際上，這是人類以及所有其他有腿脊椎動物形成肢體所需的DNA指令的許多組成部分當中的一個。在蛇當中，它出了問題。它可能是發生在蛇身上的幾個進化步驟中的一個，不同于大多數的哺乳動物和爬行動物，蛇不能形成四肢。

今天的蛇都經歷了脊椎動物進化中一個zui戲劇性的體型變化。為了研究這種適應性的分子根源，研究人員們著手研究已發布的蛇基因組，包括基礎的蛇，如蟒蛇和巨蟒的基因組，它們有殘腿——小腿骨埋在它們的肌肉中；和的蛇，如蛇和眼鏡蛇，它已經失去了所有的肢體結構。在這些基因組中，他們專門集中在一個叫Sonic hedgehog（Shh）的基因，該基因參與多種發育過程——包括肢體的形成。研究人員深入分析了Shh基因的一個調控因子，稱為ZRS的一段DNA序列，該基因存在于蛇當中但發生了變異。

    為了確定這些基因突變的后果，研究人員利用基因組編輯方法CRISPR，將來自其他各種脊椎動物的ZRS插入小鼠體內，替代小鼠的調節因子。當插入來自其他哺乳動物（如人類）的ZRS時，小鼠四肢發育正常。甚至當他們插入來自魚的ZRS時——它們的鰭的結構與四肢很不相同，小鼠也發育出了正常四肢。然而，當研究人員用Python或眼鏡蛇的ZRS替代小鼠的ZRS時，小鼠發育出了嚴重截斷的前肢和后肢。

    使用這些新的基因組工具，我們就可以開始探索同一增強子的不同進化版本，是如何影響肢體發育的，并看看到底發生了什么。我們過去主要是盯著序列和推測分子進化，但現在，我們可以把這些研究上升到一個更高層次。

為了確定在蛇進化過程中負責其失活的ZRS突變，研究人員仔細觀察了單個序列變化的進化史。通過比較蛇和其他脊椎動物的基因組，他們發現了一個特別可疑的17堿基對的缺失，它只發生在蛇當中；這段缺失刪除了一段ZRS，其對于調節有腳動物的Shh基因發揮關鍵作用。

研究小組調節了進化鐘，在一個人造的蟒蛇ZRS的混合版本中，恢復了缺失的17個堿基對，并在小鼠中檢測了編輯的DNA。那些在基因組中攜帶這種進化“復活”ZRS的小鼠——取代了它們正常的調節因子，發育出了正常的腿。然而，進化事件可能比僅僅一個缺失更為復雜：有可能一些冗余存在于小鼠ZRS中。蛇ZRS的其他幾個突變，可能也對于其進化過程中呼吸功能的喪失，發揮作用。

    當然，蛇不是*缺乏四肢的脊椎動物——一些蜥蜴、鰻魚和其他魚類以及海洋哺乳動物，也適應了不同程度的肢體減少，并可能經歷了一個稍微不同的進化過程。在動物的進化過程中，失去四肢已經獨立發生過多次，我們可以安全的假設，這與影響其他基因的突變有關。這是一個復雜的問題，但隨著基因組編輯工具的引入，我們終于可以將特定的DNA變化與身體形態的改變起來。