有毒动物如何能保证不毒死自己?

2021年09月26日19:04:06 科学 1964

1829年,达尔文在研究放屁虫过程中,发现放屁虫通过腹部腺体喷出滚烫的有毒液体(100摄氏度的苯醌),但是为何这种腐蚀性物质不会伤害放屁虫自己,和放屁虫一样,蛙类 水母 蝾螈 毒蛇一样都会通过有毒物质来保护自己,有毒动物如何能保证自己不受自己分泌的毒素伤害呢?

存储生成毒液的物质


经过历代人的研究,发现动物们通常有两种办法可以让自身免于中毒,比较常见的一种就是将有毒物质存储起来,放屁虫使用的就是这种方法,它们将生成毒液的物质分别存储在两个腔室里面,当感受到威胁的时候,两个腔室的阀门便会打开,两种物质进行剧烈的化学反应,生成一种具有腐蚀性的物质,并且从腺体中喷射而出,而硬化的腔体可以保护甲虫的内部组织。

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放屁虫通过腹部腺体喷出滚烫的有毒液体

有类似机制的动物不在少数,水母将自身毒液存储在鱼叉状的‘刺囊’细胞中,上亿个‘刺囊’细胞共同分担毫克级的毒液,导致水母根本不会受到自身毒液的影响。

一般来说,蛇的毒液存储在毒腺中,由于其成分的特殊性(90%-95%是多肽),毒液必须进入动物体内(血液或者肌肉细胞中),之后毒液中的各类毒素才会发挥作用,使动物血液凝结,攻击动物的神经细胞/肌肉细胞,对于蛇来说,毒腺中的毒液有且只有一个出口,那就是通过獠牙注入到猎物或天敌的体内。

基因改变生化抵抗能力

蛇类也会采取另外一种方式,是进化出不受毒害的体质,利用自身的生化抵抗能力,响尾蛇和其他蝰蛇能产生特殊的蛋白质,这种蛋白质能够结合血液中的有毒化合物,使其失活。

说起生化抵抗力,箭毒蛙才是免疫自身毒素的好手,作为全球毒性最强物种之一,箭毒蛙身体表面分布着上百种生物碱(BTX),这种神经毒素可以扰乱动物神经调节的方式。

生物碱分子和动物神经细胞以及肌肉细胞上的电压门控钠离子通道结合并改变其构象、使其持续打开,诱导渐进性膜去极化,并引起一些神经递质和电信号的大量释放,造成抽搐、瘫痪、呼吸麻痹、心律失常、心跳骤停等症状而致死

生物碱半数致死量(ld50)为0.002mg/kg ,然而,这种可怕的苦味化合物并不来源它们自己,他们通过捕食螨虫 蚂蚁等节肢动物获得这种生物碱,然后转移到身体表面,形成强大的防御力,其中最强大的一种生物碱是地棘娃素,它能像尼古丁一样附在大脑中的感受器上,但效果要比尼古丁强上十倍,约为0.065克的重量就足以杀死一个人,如果把神经毒素生物碱要攻击的分子目标想象成为一把锁,生物碱则是钥匙,当有毒的钥匙插入锁中,它才会发挥作用,但是如果改变锁的形状,钥匙就失去了作用,对于箭毒蛙和其他能够抵御神经毒素的动物来说,在进化的过程中,它们能够轻易改变生物碱的结合的结构,这就足以保证神经毒素不会对自己产生不利影响。

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箭毒蛙身上的生物碱(BTX)

与天敌共同进化

并非只有有毒动物才能建立起这种抗性,他们的天敌和猎物同样也能,束带蛇捕食带有神经毒素的蝾螈,它同样进化出了能够抵抗蝾螈毒素的特性,科学发现,束带蛇和蝾螈都发生了相同的基因突变,这意味着只有最为剧毒的蝾螈能不被吃掉,也只有最能抵抗毒素的蛇才能活下来,而这些基因会最大程度的传递给后代,随着毒素的不断升级,抗性也不断提高,结果导致基因提供了最强的抗性和毒性。这种模式不断重复出现,食蝗鼠可以通过改变神经系统的基因来抵御蝎子蛰伤时的毒液,角蜥蜴利用自身的进化出来的特殊血浆抵御蚂蚁的蚁酸,sea slugs能够吃掉水母的刺囊,使粘液中的化合物不被激活,并且将其重新利用,保护自己。

人类对于天然毒物的了解和区分,远远早于人类科学的发展,大约在公元前1500年,古埃及的Ebers草纸上就记载了A、H、O以及数种金属毒素,在认识和发现这些毒物过程中,人们往往要付出惨重的代价,大自然的力量永远值得我们尊重。

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