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毒蛇为什么那么毒?

时间:2016-05-08 20:19 来源:网络新媒体 作者:孱弱的小编 已围观

(Amelia/编译)在哥斯达黎加美丽的科尔科瓦多国家公园,我的沉思被导游突然戳在我胸前的一记胳膊肘打断了。“停!”他指着正在沙地里扭来扭去的一团东西叫道,“海蛇!”这是一条黄色腹部的海蛇,它似乎正因为离开了熟悉的栖身场所而痛苦着。看到它的瞬间,我在童年时代学到的一条小知识浮现在了脑海中。“海蛇,”年幼版本的我提醒自己道,“是所有蛇中最危险的。你要小心。”

作者见到的黄肚皮海蛇可能就是它:长吻海蛇(Pelamis platura)。图片来源:Mark Conlin/Alamy Stock Photo

确实如此,许多海蛇(以及许多陆地上的蛇)都有着让难以置信的毒性。比如说,太攀蛇咬一口所包含的毒液就足以杀死二十五万只老鼠。而且,蛇类并非是唯一一种掌握此等能力的动物。大理石芋螺的一滴毒液就能杀死20个人类,箱形水母的一刺便能使人心脏骤停,紧随其后的死亡仅仅是几分钟的事。

 

 

 

那么问题来了:如果只会在1V1中用到,什么还要掌握足以撂倒一群人的武器呢?特别是在根本没有捕猎人类大小的猎物的打算的情况下?这个问题和著名的幽灵蛛迷思很相像:传说它们有着人类已知最毒的毒液,但却是白搭,因为它们没办法注射毒液。(这倒确实是迷思。它们还谈不上最毒,牙虽然短但理论上也足够刺穿人类皮肤。)最毒的毒液在演化上似乎毫无意义。

幽灵蛛(Pholcidae)的外表容易和无毒的盲蛛混淆,但人家确实是有毒的。图片来源:Wikipedia

 

一种动物拥有毒性武器的理由非常简单。在搏斗中,毒液是一种在征服猎物的同时自己不冒风险的工具。并且,它也是一种有效的防御策略。但奇怪的地方在于,自然界中的毒性级别有点太过头了。为什么一条蛇拥有一口解决几十万只老鼠的能力?当你考虑到毒液的成本有多高昂时,这一点显得尤其怪异。

 

一口毒死20个人的成本效益分析

毒液通常是包含各种蛋白质基毒素的混合物,这些毒素在给内脏器官搞破坏时常常发挥协同作用。一种蛇的血毒素可能含有一种阻碍血液凝固的成分,以及另一种瓦解血管壁的成分。可想而知,后果十分严重。蛋白质的合成需要大量的能量投入,这对动物来说是巨大的代价,但并没有阻止含有上千种肽链和蛋白质的毒液演化产生。

某种程度上,注毒动物(译者注:注毒Venomous指的是带有传送机制的有毒,即它咬你你会中毒,要和有毒Poisonous,也就是你咬它你才会中毒的动物区分开来。具体可见《【论文故事】它们到底是有毒呢,还是有毒呢?》)也确实考虑了这些代价。虽然很难直接证明,但蛇类似乎会根据猎物的大小而选择不同的毒液注入量,以免浪费毒液。此外,一项以蝮蛇为对象的实验显示,在射出毒液之后,蛇身体的新陈代谢活动量会提高11%,这表明体力消耗与毒液生产之间是有联系的。

尽管如此,自然选择的经典观点认为,除非绝对必要,否则代价如此高昂的特征一定会被抛弃。这确实在一些物种身上发生过:大理石海蛇的食谱变成了蛋,结果也失去了产生毒液的能力。但事实是,许多动物的毒牙、倒刺和脊椎中仍然保留着代价高昂的化学物质鸡尾酒,而且似乎比它们实际需要的强度大得多。这又是为何

一种传统观点认为,这种加强的毒性是演化为了补偿其他方面的缺陷而产生的。正如许多沙漠居民会告诉你的那样,遇到蝎子时,需要留心的并不是看着骇人的大个子,而是更小只的品种——比如被认为是全世界最危险的蝎子的以色列金蝎。

 

 

以色列金蝎(Leiurus quinquestriatus)的个子虽不大,平均身长只有六厘米左右,但毒性足以致人死地。图片来源:smosh.com

 

“箱形水母是另一个好例子”,耶路撒冷希伯来大学的研究员耶胡•莫兰(Yehu Moran)说。他最近刚和同事卡提克•苏那嘎(Kartik Sunagar)一起开展了一项研究,分析在注毒动物的世系中,自然选择是如何作用于毒素的。 “它们非常脆弱,在试图进食时,肌肉发达程度和鱼差不多的猎物就能让它们从内部断成两截。因此,毒液必须100%有效,而且迅速致命。”如果捕食者自己体型小、体力弱、或者行动迟缓,毒液就是至关重要的:迅速让猎物失去反抗能力、阻止它们逃走或挣扎。在这些情况下,不难看出为什么高毒性的毒液受到了演化的青睐。

经济性也是一个重要原因。内陆太攀蛇栖息在澳大利亚干旱的中心地带,在那里,毒液能否带来确定而致命的一击性命攸关。在沙漠里,每顿饭都很要紧,所以太攀蛇决不允许任何一只猎物逃走。

为什么对你那么毒?因为想毒死的并不是你

尽管如此,一口就杀掉二十五万只老鼠似乎还是显得有点没必要。究其原因,英国班戈大学的蛇类毒液专家沃尔夫冈•伍斯特(Wolfgang Wuster)给出了一个简单的回答:“这是因为它们吃的不是小白鼠。毒液对小白鼠的致命程度和这些蛇在野外的行为根本毫无关系。”

虽然以老鼠作为实验对象的LD50测试(50%致命剂量——杀死半数被测样本所需的剂量数)是评价毒液毒性的主要方式,但这种方法是有缺陷的。“小白鼠模型使我们得以得到标准化数据,” 罗伯特•哈里森(Robert Harrison)说,他是英国利物浦热带医学学院阿里斯泰尔里德毒液研究组的主任。“但哺乳动物并不一定是注毒动物偏好的的食物,所以对哺乳动物的毒性仅仅是一个标准公制,和对两栖动物、节肢动物或鸟类的毒性大概没什么关系。”

大多数注毒动物的目标猎物都是一个特定的且范围狭小的物种群,而就是这些物种塑造着毒液的演化。其结果就是一场协同演化的军备竞争。猎物们演化出了对毒液的抗性,但等待着它们的只有更加强悍的毒液。

一只箱型水母(Carukia barnesi)正在消化爱吃的鱼类。图片来源:Jurgen Freund/naturepl.com

惊讶于有多少只老鼠会因毒蛇的一口毒液而毙命,就和惊讶于猎豹能多么轻松地跑过乌龟一样没有意义。因为猎豹根本就不是演化出来捕猎乌龟的,因此,乌龟也从没有演化出从猎豹手中逃命的能力。“世上并不存在绝对的毒性,”伍斯特说,“如果你想要知道某样东西有多毒,我要问的第一个问题就是:‘你想要用它来杀死什么?”当然,在老鼠身上做的毒性试验并非一无是处。“这类实验的目的就是检验蛇毒在哺乳动物——也就是对我们人类——身上的毒性,以此为抗蛇毒血清的研制提供信息。”哈里森解释道。

但并非所有的哺乳动物都对毒液易感。狐獴、地松鼠甚至是刺猬都能从某些种类蛇的毒液下完身而退,而这些毒液却能够轻易地杀死人类。

“在以色列,有一些种的老鼠体重只有20克,却能从锯鳞蝰的毒牙下幸存,但这些毒液能让你我七窍流血、躺进重症监护室。”伍斯特补充道,“我敢打赌,在澳大利亚肯定有过这样一位坚强的老鼠妈妈能扛过太攀蛇的毒液攻击。”作为毒蛇食谱中的主要成员之一,这只超级老鼠可能就此演化出了对蛇毒的抵抗力。但矛盾之处在于,有些动物对毒素极为脆弱,恰恰因为它们是注毒动物的特别捕猎目标。

一口就能毒死25万只老鼠的太攀蛇(Oxyuranus microlepidotus)。 图片来源:Norimages/Alamy Stock Photo

例如,锯鳞蝰主要以蝎子为食,它们有着对蝎子而言非常剧烈的毒素。在珊瑚蛇身上也观察到过类似的现象,它们拥有对偏好的猎物——无论是鱼类、啮齿类还是其他蛇类动物——更加致命的针对性毒性。

在上述例子中,原因可能是这些猎物并没有从毒液下幸存的演化压力。这是因为在它们的栖息地中,毒蛇相对而言并不常见。如果它们同时面临来自不同捕食者的攻击,而毒蛇仅占很小的份额,那么,逼迫它们演化出针对特定捕食者的防卫手段的压力就会减少——这样的手段很可能需要以高额的能量支出为代价。

多重毒素的产生也是毒液演化历程的一部分——至少在开始时是这样。毒液中包含得毒素越多,猎物就越难对所有毒素都产生免疫。因此,复杂的毒液可能更受自然选择的青睐。苏那嘎和莫兰在最近的论文中发现,这一现象的确发生在了从演化尺度上讲较晚才产生注毒能力的动物种群中——例如毒蛇和芋螺。另一些注毒动物,例如水母、蜘蛛和蜈蚣,在有毒的道路上历史更悠久,能产生的毒素类型却更加稀少。它们似乎已经经历了演化的第二个阶段,在那期间,否定选择或曰“净化”选择除掉了毒液中的大部分成分,而将精力聚焦在了保留一小部分高效毒素上。

运气不好也是原因之一

幸运的是,并没有哪个注毒物种是专门为了捕猎人类而演化的,然而,人类不幸遭遇毒蛇、水母、蝎子或其他注毒生物而致死的案例数以千计。“灵长类似乎就是不太有演化出对毒性的抵抗力的倾向,”伍斯特解释道。所以,很有可能的是,如果某种注毒生物能演化出足以撂倒拥有高抵抗力的目标物种的高强度毒性,那么干掉一个人也绰绰有余。

运气不好也是原因之一。被悉尼漏斗网蜘蛛咬上一口对人类而言是极为危险的,但啮齿类动物相对而言并不太受这种毒液的影响。由于这种蜘蛛既不是演化出来吃啮齿类动物、也不是来吃人的,那么,这大概单纯就是因为我们的细胞中恰好不幸拥有它们神经毒素的受体了。

 悉尼漏斗网蛛(Atrax robustus) 对人类如此致命,似乎就纯属我们运气不佳。图片来源: Nature Production/naturepl.com

研究毒液如何影响人类的生理机能无疑非常重要。这些研究使我们得以发明出抗蛇毒血清,以及其他药物,比如基于响尾蛇毒液的降血压药甲巯丙脯酸。但如果想要真正理解毒液,我们就需要将视野拓展到人类之外,研究毒液是如何在自然中发挥作用的。

到这里应该很清楚了:毒素,就像动物王国中许多有用的特质一样,是有代价的。蛇、水母和芋螺并不是单单为了强效毒液才演化出强效毒液的。它们的毒液很有针对性,恰好能够完成它为之诞生的使命——就算这些使命对我们而言并不十分明显。

在哥斯达黎加,我们的导游用两根棍子夹着那条海蛇,把它扔回了水里,以防警惕性更低的路人踩到它们。幸免于可怕的意外死亡后,我心满意足地继续散步。随后,我发现我的担心是多余的。事实证明,那条海蛇并不排在注毒动物的前列。而且,虽然它的毒性肯定足以杀死一个人了,但它小小的下颌和孱弱的毒牙都表明,它很少会咬比鱼更大的生物。

对海蛇而言,这已经足够了。鱼才是它们食谱中天然存在的一部分,人类却不是。(编辑:Stellasun)



作者:Josh Gabbatiss
链接:http://www.guokr.com/article/441409/
来源:果壳
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