基因突變幫助蝙蝠掌握飛行技能
蝙蝠是一種古老的動物,，也是唯一會飛的哺乳動物，他們的歷史可以追溯到屬于恐龍的莽荒時代,。與蝙蝠同時代的動物絕大多數都被自然所淘汰了,，只能見于化石之中，而蝙蝠經歷各種災難之后頑強地活了下來,，經過千萬年的發(fā)展,，蝙蝠家族成為僅次于嚙齒類動物的第二大哺乳動物?？茖W家們驚嘆于蝙蝠的生存技巧,，但他們始終不明白蝙蝠是如何進化的，不僅因為最早化石中的蝙蝠和現在的非常相像,，而且也從未發(fā)現介于蝙蝠和無飛翔能力的始祖動物間的化石標本,。近日，據俄羅斯醫(yī)學新聞網報道,，美國科學家揭開了這一不解之謎,。
依卡洛蝙蝠是最古老的已經絕滅的蝙蝠，它的骨架是偶然從美國懷俄明州—個古代湖泊的巖石中發(fā)現的,，距今約有3000多萬年,。化石中的依卡洛蝙蝠已經表現出許多現代蝙蝠的特征,，都有延展于長指間的膜形成的翅膀和具有回聲定位功能的耳朵,，骨骼部分已與現在的蝙蝠基本相似。蝙蝠究竟是怎樣出現的呢,？這問題一直困擾著生物學家們,。
蝙蝠的飛行能力得益于其體內一處特殊基因的突變。
美國科羅拉多大學的卡倫.希爾斯通過實驗證明,，蝙蝠的飛行能力得益于其體內一處特殊基因的突變,，正是這個單一基因的變異讓蝙蝠的前爪發(fā)育成翅膀使其飛上天空，這可解釋蝙蝠為何突然出現在5000萬年前的化石標本里,?！缎驴茖W》雜志指出，現代蝙蝠的祖先在距今大約5000萬年前長出了翅膀,，掌握了飛行技能,，但這一基因突變過程非常短，以至于在蝙蝠的各個進化階段未能留下多少化石標本,。
卡倫.希爾斯表示,，由于基因的變化，蝙蝠的祖先們長出了適用于長時間飛行的兩翼,。為了解蝙蝠前爪的進化來源,，希爾斯專門研究了它們在胚胎階段的發(fā)育過程，并將其與老鼠的胚胎發(fā)育情況進行了比較,。希爾斯發(fā)現,，無論是嚙齒類動物還是蝙蝠的前爪，都是由胚胎中的軟骨細胞發(fā)育而來———這些細胞逐漸分化成熟并形成骨區(qū),。但不同的是,，蝙蝠的骨區(qū)上有個很明顯的增生帶,，比老鼠的大很多，正是這個增生帶刺激了骨細胞的增長,，使蝙蝠長出長長的前爪,。
希爾斯認為，蝙蝠的生長帶主要是受到了BMP2基因的影響,，該基因中攜帶了大量有關骨骼生長的信息,，是哺乳動物四肢生長的重要基因家族之一。希爾斯發(fā)現,，BMP2基因在蝙蝠骨骼的發(fā)育過程中非?；钴S，而在處于同一階段的老鼠胚胎中,，它的功能卻已完全弱化,。為了證明了BMP2基因的功效，希爾斯將這種基因加入到胚胎期老鼠的細胞中,，結果,，老鼠同樣也發(fā)育出與蝙蝠一樣的細長前爪。該實驗可證實,，BMP2基因確實在蝙蝠前爪的形成過程中發(fā)揮著決定性的作用,。
BMP2基因的突然變化，造成蝙蝠的進化過程非常短暫,。
希爾斯指出,，正是由于BMP2基因活性的增強才導致了蝙蝠的突然出現。同時,，可能也正是由于該基因的突然變化,，造成蝙蝠的進化過程非常短暫，以至于人們很難找到其生活在5000萬年前的原始祖先的化石,。美國自然歷史博物館的南希.西蒙思表示,，對于蝙蝠的突然出現，生物學界從未有過合理的解釋,，該研究是個突破性的發(fā)現,。
美國馬薩諸塞州波士頓大學的蒂格.金斯頓和英國倫敦大學的斯蒂芬.羅西特也對蝙蝠的進化過程展開了研究。他們發(fā)現蝙蝠發(fā)出的聲音也是推動其進化的一個重要因素,。蝙蝠的聲音可以幫助它們區(qū)分不同種類甚至體態(tài)稍有差別的蝙蝠,，使屬于同一物種不同變種的動物，即使生活在相同地區(qū),，也相互不雜交,，各自獨立進化。
世界上總共有1000多種蝙蝠，它們中的大多數都以昆蟲為食,，也有一些以水果或是吸食哺乳動物和鳥類的血液為生,。在中美洲和南美洲還有一種大足蝙蝠，它們能夠像老鷹抓小雞那樣從河中捕食魚類,。蝙蝠體型的變異很大,，體重從2公克到超過1000公克,，翼展從3厘米到近2米都有,。蝙蝠的尾巴有長有短，有的全為股間膜包住,，有些則延伸到膜外,，可以在蝙蝠捕捉昆蟲時，當做捕蟲的網袋用,。此外,，蝙蝠的毛色亦有許多變化，例如果蝠的頸肩部往往有一圈乳白到金黃色的毛,，有別于身體其余部分的深褐毛色,，有些蝙蝠則有斑點或條紋，可以作為辨認種類的依據,。
不同體型的大耳蝙蝠所捕捉的昆蟲體型也是不相同的,。
為了解蝙蝠家族的形態(tài)為什么如此各異，金斯頓和羅西特兩位科學家選取了一種東南亞大耳蝙蝠的三個變種進行研究,。這三種蝙蝠在體型上存在很大差異,，其中個頭最大的蝙蝠比個頭最小的蝙蝠大出近一倍。他們發(fā)現大耳蝙蝠各自具有一個特殊的頻率,，且體型越大發(fā)出的超聲波頻率越低,。
體型最大的蝙蝠發(fā)出的叫聲頻率最低，為27.2千赫,，而體型中等以及最小的大耳蝙蝠則主要選擇高亢的腔調,。這意味著大個大耳蝙蝠將無法聽到其他兩種蝙蝠的叫聲：大耳蝙蝠的耳朵可以清楚地接收到自身叫聲所具有的頻率，同時還可以過濾掉其他蝙蝠發(fā)出的高音叫聲,。
此外,，由于叫聲的頻率越高，越容易測定那些小型獵物的方位,，因此不同體型的大耳蝙蝠所捕捉的昆蟲體型也是不相同的,。
由于不同種類的蝙蝠發(fā)出的超聲波頻率不同，所以它們不會發(fā)生雜交,。
通過對大耳蝙蝠的進食以及交配習性進行研究,，研究人員發(fā)現，就像克服其他自然障阻一樣,，通過改變叫聲的頻率能夠有效地形成一些新的蝙蝠種類,。超聲波頻率不同的蝙蝠可能無法“溝通感情”,，當然也就不會交配并生出后代，彼此的基因沒有機會發(fā)生交換與融合,。
這樣,，一個變種的蝙蝠，只會與完全同一變種的蝙蝠交配,。如果兩個不同變種的蝙蝠屬于同一物種,，互相雜交原本可以產生有繁殖力的后代，但由于它們發(fā)出的超聲波頻率不同,，所以在自然環(huán)境中不會發(fā)生雜交,。這樣一代一代地各自繁殖下去，由于基因變異的累積,，不同變種間本來微小的遺傳差異得到鞏固和加強,，使得差異越來越大。
最終,，這種差異是如此之大,，使兩類蝙蝠再也無法雜交，或者即使能夠發(fā)生雜交也不能產生有繁殖力的后代,，在生物學上成為兩個完全不同的物種,。
加拿大西安大略大學的布羅克.芬頓表示，“這項研究成果使學術界對于蝙蝠是如何進化出不同種類的,，以及這些叫聲的改變能夠導致何種生態(tài)學后果,，有了新的認識”。
約克大學的約翰.拉特克利夫指出,，過去500萬年來,，亞洲迅速出現了許多蝙蝠的新物種，上述因素可能是造成這種現象的原因之一,。
