文 ｜ 《中國科學報》 記者 胡珉琦
蛇是具有重要代表性的變溫脊椎動物，因自身新陳代謝水平較低而無法產生足夠的熱量保持恆定的體溫，通常需要藉助外界溫度提升體溫。
我國有一種特有蛇類，能適應高寒的青藏高原，並定居在了海拔3700～4850米的高原面上，成為世界上分佈海拔最高的蛇類之一。
它們之所以成為家族「另類」，是因為有着一套極為特殊的生存策略，靠「泡」溫泉活着。
中科院成都生物研究所的科研人員揭示了這一特殊物種——西藏溫泉蛇的溫泉適應之謎。相關成果近日發表於《創新》。
西藏溫泉蛇。郭峻峰攝
唯一利用地熱資源生存的蛇類
科學家曾先後在我國發現了三種溫泉蛇，分別是西藏溫泉蛇、四川溫泉蛇和香格里拉溫泉蛇。它們都是青藏高原的特有物種，是唯一利用地熱資源生存的蛇類。
其中，西藏溫泉蛇是西藏地區的特有種。
溫泉蛇屬物種大概在2800萬年前逐漸分化形成，當時青藏高原正處於隆升相對較早的時期。
如今，西藏溫泉蛇主要分佈在雅魯藏布江中下游地熱資源豐富的地區，包括拉薩市、山南地區、日喀則、林芝等地。
「溫泉蛇屬物種隸屬食螺蛇科，其近緣類群除我國分佈的寧陝線形蛇外目前只分佈於美洲，且主要在熱帶美洲，它們的生存環境有着天壤之別。」論文通訊作者、中科院成都生物研究所研究員李家堂說。
然而，西藏溫泉蛇之所以能在高寒的青藏高原活着，並不是因為它們真的「抗凍」，而是它們有着極強的尋找熱源的能力。
青藏高原的形成是源於印度板塊和歐亞大陸板塊的碰撞，這一劇烈的地表運動在形成斷裂帶的同時，也給高原帶來了無數的地熱資源，比如溫泉。
西藏拉薩市的羊八井、羊易、那曲鎮等地，有着很豐富的溫泉資源。
溫泉把來自地心的熱量直接帶到地表，因而溫泉附近地表、土壤溫度都高於其他地方。
「其實，西藏溫泉蛇不會真的長時間『泡』在溫泉里，而是利用溫泉周邊的地熱提升自身體溫，抵抗嚴寒。」李家堂告訴《中國科學報》，溫泉周邊較為溫暖的生境，如石堆、草甸等都適宜它們生存。
有時，它們在提升自身體溫之後會進入溫泉附近的溪流、河流或靜水塘等冷水裡，捕食高山蛙、高原鰍、異齒裂腹魚等。
明星基因TRPA1的突變
在漫長的演化歷史中，西藏溫泉蛇是如何成功適應這一獨特自然環境的？為了回答這一問題，李家堂團隊對西藏羊八井地區的溫泉蛇進行了詳細的多維度整合研究。
他們首先進行了一個趨熱行為學實驗。結果發現，相較於玉米蛇和勐臘鈍頭蛇，西藏溫泉蛇能夠更快地定位高溫區域，並且對高溫區表現出強烈的偏好。
因此，研究人員認為，西藏溫泉蛇具有高效的溫度感知系統，從而增強了它們在冷刺激下對溫暖環境的探測能力。
科學家找到了這種能力背後的分子生物學證據。
研究人員通過比較基因組學分析發現，與西藏溫泉蛇的溫度感知和調節能力相關的基因發生了進化改變，包括與溫度相關的多個瞬時受體電位（TRP）離子通道等。
比如，與溫感相關的TRPV3經歷了快速進化，冷感相關的TRPM8表現出與其它高原物種共有的快速進化。
「其中最重要的是，我們在西藏溫泉蛇中發現明星基因——TRPA1存在特有突變。」李家堂介紹。
2021年諾貝爾生理學或醫學獎獲得者David Julius對TRPV1及其家族的研究，開啟了人類對溫度感知機制領域的探索。
TRPA1是一種瞬間受體電位離子通道，與溫度感知、疼痛、瘙癢等相關。
在爬行動物中，TRPA1會參與部分蛇類的熱探測，包括紅外探測行為。
李家堂解釋，在具有唇窩/頰窩結構的紅外蛇類中，這一基因是它們感知紅外熱源的重要分子元件之一。
紅外蛇類感知紅外，主要靠TRPA1的特有突變，通過改變其對溫度的響應閾值來實現。
在這項研究中，科學家鑒定到TRPA1包含3個溫泉蛇特有的非同義突變。「但與紅外蛇類不同的是，這三個位點的改變並不會導致TRPA1對溫度響應閾值的變化，而是增強了該離子通道的熱敏感性以及熱誘導開放程度，這可能有助於溫泉蛇對溫暖環境作出快速應答。同時，研究提示溫泉蛇和紅外蛇類採取了兩種不同的溫度感知策略。」李家堂說。
西藏溫泉蛇經過長期的適應，演化出了依賴地熱資源提供熱能的巧妙生存策略。
李家堂也呼籲，保護好西藏當地的地熱資源就是在保護溫泉蛇的天然庇護所。
抵禦缺氧、強紫外線輻射
除了對熱源高度敏感，西藏溫泉蛇在抵禦缺氧和強紫外線輻射的極端生存環境方面，同樣有着特殊能力。
此前，李家堂團隊在美國《國家科學院院刊》發表成果，通過對溫泉蛇的全基因組測序，發現了27個共有氨基酸替換。
其中，他們發現與DNA修復相關的FEN1基因突變型，比低海拔物種的基因型在紫外線照射下擁有更強的穩定性。
這種突變有助於溫泉蛇在高海拔環境中抵抗紫外線輻射。
此外，EPAS1基因被認為是低氧誘導調節通路中的重要基因。
科學家曾在藏族人群和青藏高原的哺乳動物中都發現了這一基因的突變現象。
李家堂團隊在溫泉蛇中發現了EPAS1基因的突變，它減弱了其調節下游基因紅細胞生成素表達的能力，進而導致溫泉蛇血紅蛋白濃度處於較低水平。
這也是溫泉蛇適應高海拔低氧條件的重要原因。
李家堂表示，極端高原環境可能會使進入高原的人們產生嚴重的高原反應，甚至引發高原病，對高原動物開展極端環境的遺傳機制研究，可以為人類高原疾病的預防和治療提供幫助。
相關論文信息：
https://doi.org/10.1016/j.xinn.2022.100295
