सापांचे पाय का नाहीसे झाले? पाय नसतानाही साप हालचाल कशी करतात?

सापांना शांतपणे जमिनीवर सरपटताना, आश्चर्यकारक वेगानं आणि चपळाईनं हालचाल करताना, अगदी सहजपणे झाडांवर चढताना आणि पाण्यात पोहताना आपण अनेकदा पाहतो.

पण त्यावेळी अनेकांच्या मनात एक सामान्य प्रश्न निर्माण होतो. तो म्हणजे पाय नसतानाही हे प्राणी इतक्या कार्यक्षमपणे हालचाल कशी काय करतात?

वरवर साधा वाटणारा हा सरपटणारा प्राणी इतक्या विविध प्रकारे पर्यावरण, सभोवतालशी जुळवून घेतो की त्यामुळे त्याला पृथ्वीवरील जवळपास सर्वच खंडांमध्ये सहजपणे वावरता येणं शक्य होतं.

बहुतांश भूचर म्हणजे जमिनीवर राहणारे प्राणी जिवंत राहण्यासाठी, वेगासाठी आणि तोल साधण्यासाठी त्यांच्या पायावर अवलंबून असतात.

मात्र पाय किंवा असे कोणतेही अवयव नसलेले साप त्याच वेगानं हालचाल करतात आणि तोल सांभाळतात, हे कसं काय होतं? त्यांच्या या शरीररचनेमागे कोणता वैज्ञानिक आधार आहे?

पाय असलेले प्राचीन काळातील साप

जर आपण निसर्गाचा इतिहास म्हणजे सजीव, वनस्पती, झाडं यांच्या आतापर्यंतच्या इतिहासाचा, त्यांच्यात झालेल्या बदलांचा अभ्यास केला, त्याचं अवलोकन केलं, तर आपल्या लक्षात येईल की साप हे काही सुरुवातीपासून पाय नसलेले प्राणी नव्हते.

'नेचर' आणि 'सायंटिफिक' अमेरिकन यासारख्या नियतकालिकांमध्ये प्रकाशित झालेल्या संशोधनांनुसार, आजच्या सापांचे लाखो वर्षांपूर्वीचे जे पूर्वज होते, त्यांना पाय होते.

वैज्ञानिकांचं म्हणणं आहे की अनेक जीवाश्मांच्या शोधातून या गोष्टीची पुष्टी झाली आहे. प्राचीन सापाच्या प्रजातीचा सर्वात महत्त्वाचा जीवाश्म अर्जेंटिनामध्ये सापडला होता. त्या प्रजातीचं नाव 'नाजाश रिओनेग्रिना' असं आहे.

'सायन्स ॲडव्हान्सेस' या नियतकालिकात प्रकाशित झालेल्या एका शोधनिबंधानुसार, हा सरपटणारा प्राणी, जवळपास 10 कोटी वर्षांपूर्वी जमिनीवर राहत होता. त्यावेळेस त्याला छोटे मात्र स्पष्टपणे दिसणारे मागचे पाय होते.

त्याचप्रमाणे, इतर काही अभ्यासांमधून असं आढळलं आहे की जीवाश्म शास्त्रज्ञांना 12 कोटी वर्षांपूर्वीच्या एका सरपटणाऱ्या प्राण्याचे अवशेष सापडले होते.

या 'टेट्रापोडोफिस' नावाच्या प्राण्याला चार पाय होते. हे विशिष्ट जीवाश्म कदाचित एखाद्या प्राचीन सरड्याचंदेखील असू शकतं, याबद्दल वैज्ञानिकांमध्ये मतभेद किंवा वादविवाद आहेत.

या निष्कर्षांमधून असं दिसून येतं की सापाची उत्क्रांती होत हळूहळू त्याचं रुपांतर सरड्यासारख्या सरपटणाऱ्या प्राण्यापासून आजच्या त्यांच्या स्वरुपामध्ये झालं आहे.

आतापर्यंत समोर आलेल्या वैज्ञानिक पुराव्यांनुसार, त्यांना मूलत: किंवा प्राचीन काळात पाय होते. मात्र लाखो वर्षांच्या कालावधीत नैसर्गिक निवडीच्या प्रक्रियेचा परिणाम म्हणून त्यांचे पाय लहान किंवा आखूड होत गेले आणि नंतर शेवटी ते पूर्णपणे नाहीसे झाले.

सापाच्या जनुकात दडलंय त्याचे पाय नाहीसे होण्याचं रहस्य

सापांना एकेकाळी पाय होते आणि उत्क्रांतीच्या ओघात, कालांतरानं ते नाहीसे झाले, ही वस्तुस्थिती फक्त जीवाश्मांमधूनच नाही तर जनुकीय संशोधनांमधून देखील नोंदवली गेली आहे.

सापांच्या भ्रुणांचा अभ्यास करणाऱ्या संशोधकांना 2016 मध्ये आढळलं की आजच्या काळात आढळणाऱ्या सापांमध्ये देखील पायांचा विकास होण्यासाठी आवश्यक असलेली काही जनुकं अजूनही अस्तित्वात आहेत.

मात्र त्याचबरोबर या अभ्यासांनुसार, सरड्यांमधील पायासाठीची जनुकं ज्याप्रमाणे सक्रिय असतात, त्याप्रमाणे सापांमधील ही जनुकं आता प्राचीन काळासारखी सक्रीय राहिलेली नाहीत.

सापांच्या शरीररचनेशी संबंधित जनुकांविषयीचे महत्त्वाचे पुरावे किंवा धागेदोरे वैज्ञानिकांना सर्वात आधी 1999 मध्ये मिळाले. त्यावेळीस, फ्लोरिडा विद्यापीठातील उत्क्रांतीविषयक जीवशास्त्रज्ञ असलेले मार्टिन कोहन यांना सापांच्या भ्रुणांमध्ये एक विलक्षण, नेहमीपेक्षा वेगळी गोष्ट आढळून आली होती.

या सरड्यांमधील काही जनुकं इतर सरपटणाऱ्या प्राण्यांपेक्षा वेगळ्या पद्धतीनं काम करतात, असं त्यावेळेस त्यांना आढळलं होतं. चार वर्षांनी ब्रायन हँकेन आणि त्यांच्या टीमनं शोध लावला की, सरड्यांच्या पायाचा आकार ठरवण्यात 'सोनिक हेजहॉग' नावाच्या जनुकाचं काम महत्त्वाची भूमिका बजावतं.

या शोधातून असं सूचित झालं की सापांना पाय का येत नाहीत, हे समजून घेण्याबाबत देखील हाच जनुक महत्त्वाचा ठरू शकतो.

मग 2016 मध्ये, वैज्ञानिकांनी पायथन म्हणजे अजगराच्या भ्रुणामधील जनुकांच्या क्रिया, हालचालींचा अभ्यास केला. त्यातून त्यांना आढळलं की 'सोनिक हेजहॉग' या जनुकावर नियंत्रण ठेवणारा जो जनुकीय नियंत्रक भाग होता, त्यामधील डीएनएचे तीन खंड किंवा तुकडे तिथे नव्हते.

'करंट बायोलॉजी' या नियतकालिकात प्रकाशित झालेल्या एका शोधनिबंधानुसार, डीएनएचे हे खंड अस्तित्वात नसल्यामुळे काही महत्त्वाचे प्रोटीन योग्यप्रकारे एकत्र येऊ शकली नव्हती.

त्यातून असं दिसून येतं की, सापांमध्ये जेव्हा भ्रुणाचा विकास होत असतो, त्यादरम्यान 'सोनिक हेजहॉग' या जनुकाचं कार्य मोठ्या प्रमाणात कमी होत असावं.

गंमतीचा भाग म्हणजे, काही सापांमध्ये त्यांच्या पूर्वजांच्या पायांचे छोटे अवशेष अजूनही टिकून आहेत. अजगर आणि जमिनीवर राहणाऱ्या काही सापांमध्ये त्याच्या शेपटीजवळ 'स्पाइन्स' म्हणजे एक छोटी टोकदार रचना असते. सापांच्या मागच्या बाजूच्या बाह्य अवयव म्हणजे पायांचे हे उत्क्रांतीतून राहिलेले अवशेष असल्याचं मानलं जातं.

ॲक्सेल विझेल हे कॅलिफोर्नियातील बर्कलेमधील लॉरेन्स बर्कले नॅशनल लॅबोरेटरीमधील जनुकशास्त्रज्ञ आहेत. त्यांनीदेखील सापांचे पाय नाहीसे का झाले, याबाबत संशोधन केलं आहे.

त्यांच्या टीमनं अजगर आणि जमिनीवर वावरणाऱ्या सापांच्या जीनोम म्हणजे जनुकीय रचनेची तुलना, नंतर उक्रांत झालेल्या प्रजातींशी केली. उदाहरणार्थ, व्हायपर आणि कोब्रा. या प्रजातींमध्ये पायांचे अगदी सूक्ष्म स्वरुपाचे अवशेषदेखील नसतात.

मग त्यांना आढळलं की या सापांमध्ये 'सोनिक हेजहॉग' नावाच्या जनुकाशी संबंधित डीएनएचे अनेक भाग अस्तित्वात नव्हते. त्यांच्यामध्ये जनुकीय बदल झालेले होते. उत्क्रांतीच्या प्रक्रियेत सापांचे पाय नाहीसे होण्यात या महत्त्वाच्या बदलांनी महत्त्वाची भूमिका बजावली असल्याच्या कल्पनेला यामुळे आणखी बळकटी मिळाली.

सापांचे पाय का नाहीसे झाले?

वरवर पाहिलं तर सापांचे पाय नाहीसं होणं ही एक नकारात्मक बाब वाटू शकते. कारण पायांमुळे प्राण्यांना पळता येतं, उडी मारता येते, शिकार करता येते आणि भक्षकांपासून बचाव करता येतो. मग असं असतानाही उत्क्रांतीच्या टप्प्यात सापांचे पाय नाहीसे का झाले?

यासंदर्भात वैज्ञानिकांना वाटतं की सापांच्या पूर्वजांनी सुरुवातीच्या टप्प्यात अशा वातावरणाशी जुळवून घेतलं असावं, जिथे पाय असण्याचा फायदा होण्याऐवजी ते एकप्रकारचं ओझं होतं.

याबाबतचा प्रमुख सिद्धांत असा आहे की, प्राचीन साप बिळात राहणारे प्राणी होते. ते बहुधा जमिनीखाली राहत होते किंवा माती, खडक आणि वनस्पतींच्या खाली असणाऱ्या अरुंद जागांमधून ते फिरत असावेत, असं सायन्टिफिक अमेरिकन या नियतकालिकात प्रकाशित झालेल्या लेखात दिलं आहे.

सापांवरील संशोधनातून असं दिसून येतं की अशा परिस्थितीत, अधिक कार्यक्षमतेनं काम करण्यासाठी कमी अवयव असलेल्या लांबलचक शरीराची आवश्यकता होती.

याची अनेक समकालीन उदाहरणं आहेत. विशेषकरून बहुतांश आयुष्य जमिनीखाली राहणाऱ्या तामिळनाडूतील पश्चिम घाटात आढळणाऱ्या 'शील्ड-टेल्ड' सापांसारख्या ( त्यांच्या शेपटीवर ढालीसारखा वैशिष्ट्यपूर्ण आकार असतो)प्रजाती इथे लक्षात घेता येतील.

त्याचप्रमाणे, 'ब्लाईंड स्नेक' भुसभुशीत मातीतून सहजपणे फिरतात. अनेकदा त्यांना गांडूळ समजलं जातं. त्याचे डोळे खूपच छोटे असतात आणि ते डोक्यावरील निष्क्रिय, अपारदर्शक खवल्यांनी झाकलेले असतात.

त्यामुळे त्यांची दृष्टी खूपच कमकुवत असते किंवा त्यांना अजिबात दिसत नाही. त्यामुळेच त्यांना 'ब्लाईंड स्नेक' असं म्हणतात.

याप्रकारे बिळात राहणारे साप त्यांच्या दृष्टीपेक्षा त्यांच्या भक्षण करण्याच्या क्षमतेवर अधिक अवलंबून असतात. त्यांची शरीररचना जमिनीखाली राहणाऱ्यासाठीच तयार झालेली असते.

त्यामुळे, अशा संशोधनांमधून दिसून येतं की उक्रांतीमध्ये सापांचे पाय नाहीसे झाले असावेत कारण अरुंद बोगद्यांमधून हालचाली करण्यासाठी आणि जमिनीखालून वावरण्यासाठी त्यांच्या पायांमुळे हालचालींमध्ये अडथळा येत असावा.

सुव्यवस्थित, लांबलचक शरीरामुळे सापांना अरुंद जागांमधून सहजपणे पुढे सरकता येतं. शरीरातून पायासारखा अवयव बाहेर आलेला नसल्यामुळे ते खडक, बीळ, भेगा आणि दाट वनस्पतीमधून स्वत:ला आकुंचन घेऊन हालचाल करू शकतात.

याशिवाय, ज्या अधिवासांमध्ये सरपटणं फायद्याचं होतं, तिथे छोटे पाय असलेले साप तग धरू शकले आणि यशस्वीपणे प्रजननदेखील करू शकले. कालांतरानं, नैसर्गिक निवडीमध्ये बाहेर आलेल्या पायासारखे अवयव असलेल्या शरीररचनपेक्षा बाह्य अवयव नसलेल्या शरीररचनेची निवड झाली असावी.

पाय नसतानाही साप हालचाल कशी करतात?

यातील सर्वात आश्चर्यकारक गोष्ट म्हणजे, पाय गमावल्यानंतर सापांनी पुढे सरकण्याची, हालचाल करण्याची एक पूर्णपणे वेगळी पद्धत विकसित केली.

सस्तन प्राणी आणि इतर सरपटणाऱ्या प्राणी हालचालींसाठी, पुढे सरकण्यासाठी पाय किंवा हातांवर अवलंबून असतात. मात्र त्याच्या उलट साप पुढे सरकण्यासाठी किंवा हालचाल करण्यासाठी त्यांच्या पूर्ण शरीराचा वापर करतात.

मानवाच्या पाठीच्या कण्यात साधारण 33 मणके असतात. पण सापाच्या शरीरात 200 ते 400 मणके असतात आणि ते मजबूत स्थायूंना जोडलेले असतात.

या अत्यंत लवचिक शरीररचनेमुळे त्यांना त्यांचं शरीर विलक्षण अचूकतेनं वाकवता येतं आणि पिळता येतं. हाडांच्या म्हणजेच मणक्यांच्या या रचनेमुळे त्यांची यासंदर्भातील क्षमता वाढते.

त्यामुळे जमिनीवर पायांनी जोर देत पुढे सरकण्याऐवजी, साप शरीराच्या विविध भागांचा वापर करत पुढे सरकतात आणि शरीराला गती देत हालचाल करतात, असं सायन्टिफिक अमेरिकन या नियतकालिकात प्रकाशित झालेल्या एका अभ्यासात म्हटलं आहे.

याशिवाय, सापांच्या हालचालींमध्ये त्यांची खवलेदेखील महत्त्वाची भूमिका बजावतात. शरीराच्या खालच्या बाजूला असलेले रुंद खवले जमिनीवर दाब देत आणि घर्षण निर्माण करत, कार्यक्षमतेनं पुढे सरकण्यास सापांना मदत करतात.

साप जमिनीवर, झाडांवर किंवा वाळूमध्ये हालचाल करण्यासाठी वेगवेगळ्या पद्धतींचा वापर करतात. हे त्यांच्या अधिवासानुसार बदलतं.

यातील सर्वात सामान्यपणे आढळणाऱ्या पद्धतीला लॅटरल ऑसिलेशन मूव्हमेंट म्हणजे पार्श्व किंवा बाजूनं दोलन होणारी हालचाल असं म्हणतात. सापाला आपण नेहमी जी 'एस' या इंग्रजी अक्षराच्या आकारासारखी हालचाल करताना पाहतो, तीच ही हालचाल आहे.

शरीर एका बाजूला वाकवून आणि गवत, दगड, माती किंवा इतर पृष्ठभागांवर स्वत:ला पुढे ढकलत साप पुढे सरकत असतो. तामिळनाडूमध्ये सामान्यपणे सापडणाऱ्या, कोब्रा, सराई, बँडेड व्हायपर आणि ग्लास व्हायपर यासारख्या सापाच्या बहुतांश प्रजाती ही पद्धत हालचाल करण्यासाठी वापरतात.

सापांच्या हालचाल करण्याच्या ज्या अनेक पद्धती आहेत, त्यातील ही सर्वात वेगवान पद्धत मानली जाते. अभ्यासातून असं दिसून आलं आहे की, साप वेगानं हालचाल करू शकतात, पुढे जाऊ शकतात कारण त्यांचे खवले जमिनीवर दाबले जातात आणि त्यातून घर्षण निर्माण होतं. त्यातूनच त्यांच्या शरीराची हालचाल होते.

त्याचप्रमाणे, डोंगराळ भागात आढळणाऱ्या सापांसारख्या मोठ्या शरीराच्या प्रजाती लिनियर लोकोमोशन म्हणजे रेखाकार हालचाल करण्याची दुसरी पद्धत वापरतात. यात वक्र पद्धतीनं हालचाल करण्याऐवजी ते साप हळूहळू आणि सरळ रेषेत हालचाल करतात किंवा पुढे सरकतात. यासाठी ते त्यांच्या पोटातील स्नायूंचं आकुंचन आणि प्रसरण करतात.

ही पद्धत त्याच्या हळू मात्र स्थिर हालचालींसठी ओळखली जाते. इंडियन रॉक पायथन ही तामिळनाडूत सामान्यपणे आढळणारी अजगराची प्रजाती आहे. या अजगराला पाहिल्यावर लक्षात येतं की तो बाजूनं जास्त न वाकता सहजपणे 'सरपटतो'. ज्या सापांचं शरीर जाड आहे किंवा मजबूत बांधणीचं आहे, त्यांच्यासाठी ही पद्धत योग्य ठरते.

जे साप जमिनीखाली, झाडांमध्ये आणि खडकांमध्ये असणाऱ्या अरुंद जागांमध्ये वावरतात, ते कॉन्सर्टिना हालचाल यापद्धतीचा वापर करतात. या पद्धतीमध्ये, सापाच्या शरीराचा पुढता भाग घट्ट पकड घेण्यासाठी पुढे ताणला जातो आणि मग शरीराचा मागचा भाग पुढे सरकतो.

या सर्व पद्धतींव्यतिरिक्त, वाळवंटात आढळणारे काही साप एक अनोखी पद्धत वापरतात. 'साईडवाइंडिंग' नावाची बाजूकडून हालचाल करण्याची पद्धत वापरून ते हालचाल करतात. या पद्धतीत शरीराचे फक्त छोटे भागच एका वेळी जमिनीला स्पर्श करतात. यामुळे सापांना वाळूच्या सैलसर, तापलेल्या पृष्ठभागावर न घसरता किंवा न तापता सहजपणे हालचाल करता येते.

उत्क्रांतीच्या प्रक्रियेत साप यशस्वी झाले कारण त्यांच्यामध्ये वैविध्य आहे. सापांच्या काही प्रजाती पाण्यात लाटेसारख्या हालचाली करून पोहतात.

तर इतर काही साप झाडांवर चढण्यात कुशल असतात. त्याचप्रमणे, 'उडणारे' सापदेखील असतात. ते एका झाडावरून हवेत तरंगत दुसऱ्या झाडावर जाऊ शकतात. सापांच्या प्रजातीमधील या विविधतेमधून दिसतं की पाय नसणं हा काही कमकुवतपणा नाही. तर त्यामुळे पर्यावरणातील अनेक नवीन संधी निर्माण झाल्या आहेत.

अंटार्क्टिका वगळता, पृथ्वीवर जवळपास सर्वत्र साप आढळतात. ते जंगलं, वाळवंट, दलदलीचा प्रदेश, जलाशय आणि महासागर यासारख्या प्रचंड विविध प्रकारच्या अधिवासांमध्ये राहतात.

सापांचं अस्तित्व हे उत्क्रांतीच्या एका महत्त्वाच्या तत्वाचा पुरावा आहे. ते म्हणजे, आधीच आहे त्यापेक्षा अधिक 'प्रगत' होण्यावर जगणं किंवा तग धरणं अवलंबून नसतं. तर ते आपण पर्यावरणाशी किती प्रभावीपणे जुळवून घेतो यावर अलवंबून असतं."

(बीबीसीसाठी कलेक्टिव्ह न्यूजरूमचे प्रकाशन)