摘要：蛇类作为地球上演化最成功的脊椎动物类群之一，通过多样化的捕食策略展现出对复杂生态环境的卓越适应能力。其中，钝头蛇科（Pareidae）蛇类演化出专食蜗牛和蛞蝓的高度特化食性，为研究食性特化的遗传机制提供了理想模型。

蛇类作为地球上演化最成功的脊椎动物类群之一，通过多样化的捕食策略展现出对复杂生态环境的卓越适应能力。其中，钝头蛇科（Pareidae）蛇类演化出专食蜗牛和蛞蝓的高度特化食性，为研究食性特化的遗传机制提供了理想模型。

近日，中国科学院成都生物研究所研究团队以勐腊钝头蛇（Pareas menglaensis）为对象，通过整合宿主基因组、转录组、肠道宏基因组等多组学数据，结合分子模拟与关键酶活性验证实验，系统解析了其食性特化的分子机制。

▲勐腊钝头蛇食性特化的分子机制

01

形态结构特化

适配蜗牛捕食需求

勐腊钝头蛇的头部结构展现了高度特化的形态适应，其短小的吻部和左右不对称的下颌齿是专为取食蜗牛设计的“工具包”。右侧下颌齿数量通常多于左侧，这种不对称结构专门适配右旋蜗牛壳，通过下颌交替运动，将蜗牛肉从壳中取出。

钝头蛇的下唇腺异常膨大，从齿骨前端延伸至复合骨，被肌肉组织包裹。组织学分析表明，该腺体由黏液细胞和浆黏液细胞构成，后者富含粗糙内质网和线粒体，提示其分泌蛋白类物质帮助消化蜗牛。

▲钝头蛇特有的肥大下唇腺。 e：眼，hg：哈氏腺，sl：上唇腺，oc：口腔，cp：复合骨，d：齿骨，mu：肌肉，il：下唇腺。

02

基因组进化

定制蜗牛消化专用装备

专食蜗牛还需解决蜗牛黏液消化和食物脂肪含量不足带来的问题。研究团队在比较31种爬行动物的基因组后发现，糖胺聚糖代谢和脂质代谢相关基因表现出勐腊钝头蛇特有的进化特征。

在勐腊钝头蛇中，乙酰肝素酶（Heparanase，HPSE）基因家族发生扩张。由于多个HPSE基因在下唇腺中活跃表达，这种基因剂量效应可提升HPSE整体表达水平，从而加强对蜗牛黏液中大量肝素类糖胺聚糖的降解。

同时，载脂蛋白E（Apolipoprotein E，APOE）发生三个关键氨基酸位点的特异性突变，分子对接模拟表明这些突变显著增强了APOE与脂质（如胆固醇）的结合能力，利于有限脂质资源的合理利用。

这些基因层面的适应性改变，精准解决了蜗牛的高黏液、低脂营养难题。

▲勐腊钝头蛇特有APOE突变及HPSE基因扩张

肠道菌群打造

能量补给的后勤部队

除了基因组层面的适应，勐腊钝头蛇的肠道微生物群也发生了协同演化。

相比于不吃蜗牛的蛇类，勐腊钝头蛇肠道中富集了参与蜗牛黏液降解的细菌，以及合成短链脂肪酸（Short Chain Fatty Acid，SCFA）的菌群。这些微生物可分解蜗牛黏液中的肝素类物质，并利用其产物合成SCFA，为宿主提供额外能量来源。

有趣的是，勐腊钝头蛇的肠道中具有高水平的肝素裂解、短链脂肪酸合成及脂质合成相关的微生物酶，这一特征与食物同样富含肝素类物质且脂肪含量极低的吸血蝙蝠（Desmodus rotundus）相似，暗示哺乳动物和爬行动物可能在肠道共生菌功能上存在趋同演化。

▲勐腊钝头蛇肠道菌群构成及功能特化

这项研究阐明了钝头蛇食性特化的分子机制，通过宿主基因组与肠道微生物的协同适应，使其高效利用蜗牛这一特殊食物资源。同时，研究提示哺乳动物与爬行动物在肠道共生菌功能方面存在趋同演化，拓展了对不同物种间食性特化机制的理解。

论文链接：

来源：中国科学院成都生物研究所

来源：中科院之声