当蛇类在超过1亿年前从蜥蜴进化而来时，它们只是生态系统中微不足道的角色，在恐龙主导的生态系统边缘悄然滑行。但如今，蛇类大约有4000种，体型大小各异，从重于成年大猩猩的绿水蟒，到轻于回形针的细盲蛇。它们是地球上最高效和多样化的捕食者之一。“蛇类真的非常特别，”密歇根大学的进化生物学家丹尼尔·拉博斯基说。
在Roughly 25 groups of 蜥蜴独立失去腿的群体中，蛇类成为了唯一一个真正实现多样性爆发的群体。本周发表在《科学》杂志上的一项新研究解释了原因：基因组数据揭示，蛇类在大约1.25亿年前经历了一次适应性爆发——在它们进化史的早期——这帮助它们利用了多个生态位。“这篇论文证明，蛇类是一种进化上的‘奇点’，改变了地球的面貌，”澳大利亚弗林德斯大学的进化生物学家迈克尔·李说，他研究爬行动物进化，但没有参与这项新研究。
为了确定蛇类与无腿蜥蜴群体的区别，拉博斯基和一个研究团队构建了一个深入的进化树。他们使用来自超过1000种有鳞目动物（包括蛇类和蜥蜴的爬行动物目）的基因组数据来塑造进化树的分支，以绘制这些鳞状生物随时间推移的变化。最后，他们用来自近70,000个蜥蜴和蛇的个体（主要是保存在博物馆藏品中酒精中的标本）的饮食信息来加强这个数据集。
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来自澳大利亚鲨鱼湾的三线瘤尾虎纹壁虎 (Nephrurus levis)。这种大型壁虎主要以昆虫为食，但偶尔也会捕食其他蜥蜴。 来源：Daniel Rabosky/密歇根大学
结果显示，早期适应性爆发显然与特化性状的发展有关。这些性状包括化学感受结构，帮助蛇类熟练地利用气味和热量精确定位猎物，以及灵活的下颌，帮助它们吞下超大的食物。一些蛇类进化出了致命的毒液来捕猎更大的猎物。
这篇新论文并没有冒险去精确指出哪种特定性状导致了蛇类的成功。李说，这可能是多种性状相互作用的结果，帮助它们获得了进化上的大奖。“蛇类的成功归功于多种适应性的协同作用，[例如]细长的身体、收缩、毒液、灵活的头骨，”李说。“许多无腿蜥蜴具有这些蛇类特征中的一两个，但远没有那么成功。”他引用了一类壁虎，它们具有细长的身体和灵活的头骨，但从未多样化成超过少数几个物种。
拉博斯基同意，采用一套特化性状可能有助于为蛇类进化提供动力。根据这项研究的进化树，蛇类的进化速度似乎比蜥蜴快达三倍。“蛇类进化出新特征和进化出新饮食类型的速度基本上已经进入了超速状态，”拉博斯基说。“蜥蜴就像骑着轻便摩托车慢吞吞地走，而蛇类则像乘坐高速列车。”
如此快速的进化可能使蛇类比蜥蜴能够利用更多的生态位，在6600万年前发生的那场灾难性的大灭绝之后，包括非鸟类恐龙在内的几类爬行动物注定灭绝。这种多功能性仍然反映在今天蛇类的饮食中。大多数活着的蜥蜴坚持以昆虫或其他小型节肢动物为食；蛇类通常更具冒险精神，会捕食从啮齿动物和鸟类到袋鼠和鳄鱼等各种动物。
西部颈环蛇 (Diadophis punctatus) 的防御姿态，原产于美国西部。 来源：Alison Davis Rabosky，密歇根大学
尽管蛇类集体进化出了多样的口味，但许多物种高度特化，以特定的猎物为目标。这些物种包括铲鼻蛇，它们进化出挖掘猎物的能力；以及海蛇，它们用桨状尾巴游泳，并捕食珊瑚礁鱼类等猎物。其他物种则囫囵吞下鸟蛋。有些甚至食用其他物种不敢吃的有毒食物。大多数蜥蜴的特化程度远不及蛇类，只是简单地吃掉任何小到足以放入口中的无脊椎动物。
拉博斯基和他的合作者将启动蛇类进化的进化创新爆发描述为“宏观进化奇点”。就像进化大爆炸一样，这些罕见的事件发生在当地质标准衡量时，一群生物在转瞬之间迅速多样化成各种新物种。开花植物在白垩纪时期的突然多样性爆发是这种现象的另一个例子，查尔斯·达尔文称之为“令人憎恶的谜团”。
拉博斯基说，这只是又一个例子，说明“这些进化的大爆炸对地球生命的历史具有深刻的重要性。”