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人类也能分泌毒液,但这没必要

时间: 2021年04月16日 | 作者: Stephanie Pappas | 来源: livescience
人类也拥有演化出毒腺的“工具包”。



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图片来源:Pixabay


来源 livescience

原作 Stephanie Pappas

翻译 全季康

编辑 魏潇


人类能演化出分泌毒液的能力吗?虽然我们不会和响尾蛇或者鸭嘴兽一起加入有毒动物的队伍,但是一项最新研究表明:人类,或者说所有的爬行动物和哺乳动物,都有着产生毒液的一整套“工具包”。


这一套与人类唾液腺有关的可调控基因,向我们讲述了毒液是如何在无毒动物身上经历了 100 多次独立演化后出现的。


研究的共同作者之一,日本冲绳科学技术大学院大学(Okinawa Institute of Science and Technology)的进化遗传学博士生 Agneesh Barua 说:“重点是,我们拥有全部的必需素材。现在只等演化推我们一把。”


从口腔分泌毒液在动物界十分常见,蜘蛛、蛇、以及唯一有毒的灵长类动物蜂猴都是如此。生物学家早就知道毒腺是一种特异化的唾液腺,但这项最新的研究揭示了这一变化背后的分子机制。


没有参与此项研究的澳大利亚昆士兰大学(University of Queensland)生物化学家、毒液研究专家 Bryan Fry 评论道:“这一研究将会是这个领域的里程碑。他们针对一些异常复杂的问题做了很棒的研究。”



一件灵活的武器


未参与本研究的英国伦敦国家历史博物馆研究员 Ronald Jenner 表示:毒液是大自然灵活性的终极体现。毒液中的很多种毒素会出现在完全不同的几种动物身上。例如蜈蚣毒液中的某几种成分也会出现在蛇毒中。


Barua 告诉 Live Science:这项研究并不关注那些快速演化且成分复杂的毒素。他和他的搭档 Alexander Mikheye 一同把注意力集中在了“管家基因”上。它们与毒液的形成相关但是并不控制毒素的产生,是构成整个毒液系统的基础。


研究人员首先分析了原矛头蝮蛇(Trimeresurus mucrosquamatus)的基因组。这是一种有棕色斑点的毒蛇,它被认定为日本冲绳的入侵物种而被详细研究过。


Barua 说:“一旦知道了动物全部基因的功能,我们就能从中找出那些与分泌毒液有关的基因。”


研究团队发现了一大堆相关基因,它们广泛的分布在羊膜动物(羊膜动物指那些在体内或者体外孵蛋的动物,包括爬行动物、鸟类以及部分哺乳动物)的各种组织细胞中。Barua 表示,其中许多基因的功能是参与蛋白质的折叠。而产生的大量毒液正是由蛋白质构成的。


他说:“能够分泌毒液的组织必须保证高质量蛋白质的合成。”


毫无悬念的是,这类具有调节功能的管家基因也在人类的唾液腺中表达,并负责调控一种唾液中大量表达的蛋白。这是很多种动物都能够演化出毒腺的遗传基础。



从无毒到有毒


换句话说,在所有哺乳动物和爬行动物的口腔中,形成毒腺的遗传框架都已经搭好了。人和小鼠已经能够表达一种毒液系统中的关键蛋白——激肽释放酶(kallikrein)。这种被分泌进唾液中的酶具有消化其它蛋白质的功能。Fry 表示,激肽释放酶是一种很稳定的蛋白,突变不会轻易地让它失活,因此发生在这种酶的突变能够使毒液产生的效果变得更痛苦,更致命(激肽释放酶的作用之一是导致血压骤降)。在动物界中,激肽释放酶广泛存在于毒液中并不是一个巧合。这种酶的任何变体都有着很高的活性,并且可以引发各种各样的致命效应。


不过,除非人类目前成功的摄食和求偶策略开始崩溃,不然这一切不太可能发生。Jenner 表示,毒液通常是一种防御或者制服猎物的手段。进一步讲,毒液的演化高度依赖动物的生存方式。


Fry 说,演化能够让毒液变得符合动物的生存需要。同一物种仅仅因为生存环境的不同,就会产生不同的毒液。例如一种在沙漠中生活的蛇,它们在沙漠环境中主要以小鼠为食,分泌的毒液主要作用于猎物的循环系统,因为在平原上捕获被咬之后濒临死亡的猎物比较容易。在山区附近生存的同种蛇主要的捕食对象是蜥蜴,它们的毒液主要作用于神经系统,因为如果不及时让猎物瘫痪,它们就会很容易躲进缝隙里,再也找不到。


Jenner 表示,有几种哺乳动物也能够分泌毒液。吸血蝙蝠拥有防止血液凝结的毒性唾液。这一化学武器让他们能够从伤口有效吸食血液。鼩鼱和与它们相似的沟齿鼩(一种小型穴居哺乳动物)可以用毒液制服比自己体型还要大的猎物。鼩鼱有时也用它们的毒液麻痹猎物(特别是一些昆虫和其它无脊椎动物),这样可以把后者储存起来以供日后食用。鸭嘴兽也有毒但不在嘴里,而是在后腿的毒刺上。它们通常用毒液来争取配偶或恐吓对手。


Fry 表示,人类发明了工具、武器以及社会结构来解决这些问题,所以用不上毒液。而且生成毒液的代价高昂,合成和折叠相关蛋白都需要很多能量。如果不需要毒液的话,这一功能会很快退化掉。一些海蛇虽然还残存有毒腺,但是已经不再产生毒液了。因为它们不需要用毒牙来捕鱼,而是开始食用鱼卵。


Fry 认为,这项新研究可能会让人们不再憧憬拥有分泌毒液这一超能力。但是理解调控毒液合成的遗传机制对医学很有帮助。如果眼镜蛇的脑部细胞开始表达应该在毒腺里表达的基因,那么它会立即把自己毒死。了解基因是如何在不同组织细胞中的调控过程,可以帮助我们更好地理解包括癌症在内的疾病。因为癌症造成疾病甚至死亡的原因正是肿瘤组织开始失控并分泌本不应生成的物质。


Fry 说:“这项研究的重要性已经超出了原本的学科范畴,因为它为上述有趣的问题提供了新的平台。”



原文链接:

https://www.livescience.com/could-humans-be-venomous.html