為什麼有毒的動物不會把自己毒死?

2021-01-15 科普成華

世界上有數千種有毒動物,這些動物在漫長的進化中逐漸進化出防禦武器,比如青蛙、水母、蠑螈和蛇,都會用有毒化學物來保護自己。

這種腐蝕性物質從它們身體噴射出的瞬間溫度可能達到一百攝氏度,但為什麼不會傷害到動物自己呢?或者應該問,有毒動物是如何不受自己的有毒分泌物的傷害的呢?


通過研究發現,它們一般有兩種方法保護自己:



常見的昆蟲——椿象,俗稱「放屁蟲」,當它們遇到危險時就會放出臭屁。


它們採用的是第1種辦法,它們把組成毒液的兩種分成保存在兩個分開的腔室中,當它們受到危險時,兩個腔室間的活門就會打開,這兩種物質結合起來,發生劇烈的化學反應,就變成帶有腐蝕性的毒液,最終從腺體中噴出。



水母則會採用類似魚叉的結構,這種結構叫做刺絲胞,它們把毒液安全地包裹起來。毒蛇則會把毒液儲存在一個特別的隔間中,這個隔間只有一個出口——牙齒,毒液在蛇咬住敵人時通過毒牙,進入獵物或者獵食者的身體。



蛇還會採用第2種辦法:建立生化抗性,也就是產生抵抗毒性的能力。響尾蛇和其他類型的毒蛇會製造特殊的蛋白質,這些蛋白質和血液中的毒液結合可以解除毒液的毒性,就好像自己會產生解毒藥丸一樣。



箭毒蛙作為世界上毒性最強的物種之一,則是演化出了自身毒液的抗性,只是產生的過程和機制與毒蛇不同。


箭毒蛙的毒液是一種生物鹼,這種生物鹼由數百種有苦味的化合物組成,但是這些生物鹼並不是箭毒蛙自己生產出來的,而是來自於它們的食物——小型節肢動物,如蟎和螞蟻等。其中最強力的一種生物鹼是化學地棘蛙素,它與尼古丁一樣都可以直接影響大腦接收器,但是強度比尼古丁還要強至少10倍,只需要一小顆糖的量,就可以置人於死地。



那麼,是什麼讓箭毒蛙不會毒死自己呢?一般來說,這種生物鹼需要和生物體內的某種蛋白質結合以後,才能發揮它的毒性作用,這種被生物鹼結合的蛋白質我們稱之為分子標靶。


你可以把分子標靶想成是一個門鎖,生物鹼本身是鑰匙。當有毒的鑰匙插入門鎖時,它就會啟動一連串化學和電子信號,直接影響大腦接受器的作用,就可能會造成癱瘓、失去意識,最終死亡。但如果你改變了鑰匙或者門鎖任一一處的形狀,就無法打開門鎖,也就不能與某種蛋白質結合。


對毒箭蛙和許多其他用神經毒液來防衛的動物來說,一點點的基因改變,就會轉變結合生物鹼之處的結構,這轉變剛好足讓神經毒素不要發生有害的作用。



這種進化,不僅在有毒的動物身上發生,還會在捕食它們的動物和它們的獵物上發生。襪帶蛇會吃有神經毒素的蠑螈,它們就演化出對蠑螈毒素的抗性,演化過程的一些基因改變是和蠑螈本身一樣的。那就意味著,只有最毒的蠑螈才能避免被吃掉——且只有抗性最強的蛇才能在飽餐之後活下來。


這樣的結果就是,傳給後代最多的基因,會是能提供最強抗性和毒性的基因。隨著毒素增強,抗性也會增強,這場演化的軍備競賽已經持續了數百萬年。


小提示:

襪帶蛇或稱束帶蛇,身具條紋圖案,有如襪帶。襪帶蛇為加拿大至中美洲一帶最常見的蛇類之一。



這種方式會反覆出現。通過改變神經系統中的基因,草蜢小鼠能抵抗來自蠍子的毒液,角蜥能很輕易就吃掉火蟻,靠著特殊的血漿,抵抗它們有毒的叮螫。海蛞蝓會吃水母刺絲胞,預防其黏液中的化合物被活化,並將之轉換為它們自己的防衛用途。放屁蟲也不例外,蟾蜍能吞下它們,容忍其腐蝕性的噴液。


這種進化就是大自然優勝劣汰法則最好的演繹,了解這種規律,對我們了解生物的進化和物種關係都會有巨大的幫助。


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