劇毒生物需要那麼強的毒素嗎?
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網上一搜「劇毒生物」,就能看到諸如「世界十大劇毒生物」、「一口讓你去見上帝」的駭人標題。縱觀各色榜單,鐵打的箱水母,流水的蛇、蠍、蛙,隨便一克生物毒便能奪取幾萬隻實驗小鼠的生命。
生物毒確實是自然界最高效的武器之一。毒液普遍存在於生態中,一些毒液甚至冠絕宇內,威脅著我等良民。試想一隻海螺具有讓500人命喪黃泉的毒液,你還能在海灘撒歡奔跑嗎?
不同生物既然都選擇用毒液提高生存力,說明毒液性價比應該挺高。
只是真的是這樣嗎?
動物真的需要毒死幾萬隻小鼠(如箭毒蛙)的劇毒嗎?
它們難道不會被毒液反噬?
抗毒能力是怎麼產生的?
最重要的是,為什麼人類對多數毒液毫無抵抗力?
需要先普及一個概念,在中文語境下的有毒生物,其實籠統地概括了兩種情況:
venom,譯作毒液(或消化液)恰如其分,譬如蛇、蠍、蜘蛛這類的分泌物,能通過靜脈傳播,它咬你你就死了。
poison,譯作毒藥就欠些意思,它既是指植物、蝴蝶這類的分泌物,被吃後在天敵腸道中發揮作用,也可以衍生出毒液防身,如懶猴。
*懶猴,唯一有毒的靈長類動物,食用毒蟲獲取毒液,在從腋下分泌毒液,與口水混合後塗抹於幼猴身上,能幫幼猴驅逐欲謀不軌的蛇
生物毒素可以分作神經毒素、心臟毒素、出血毒素、溶血毒素、肌肉毒素。
不同毒素機理不同,但都有著驚人的殺傷力:
神經毒素阻擾其他神經信號,能使髓梢、腦和脊髓及其他組織產生脂肪性的病變,是最為高效的毒素;
心臟毒素引起心肌去極化,並可針對特定腫瘤細胞產生毒性;
出血毒素能讓血漿、血球溢出血管壁,產生全身性出血現象;
溶血毒素通過讓靶細胞裂解而溶解,常見的蜜蜂就是這種毒素;
肌肉毒素抑制神經纖維末梢釋放神經遞質,抑制肌肉痙攣,適用於麻痹獵食。
毒液絕對是殺敵越貨、居家常備的利器,但有沒可能出現尷尬的一幕,毒物被自己毒死?
2017年在《Science》期刊上的一項研究便有關於此。
科學家對箭毒蛙進行研究,發現它們為自己的毒素構建了全新的身體。一些箭毒蛙的神經毒素稱作epibatidine,類似嗎啡的化合物,可以干擾乙醯膽鹼傳遞神經訊號的工作。而為了容納這種毒素,它們的乙醯膽鹼受體形狀,與正常受體有了細微的變化,因此不會被這種毒素所干擾。
相似的演化同樣發生在蛇類當中,甚至能對其他物種的毒液產生抵抗力。
但這並不代表它們就不會傷到自己。有實驗室記錄案例,一條埃及喙眼鏡蛇不小心咬到自己,結果傷口嚴重腫脹。但從傷口情況來看,嚴重程度不如其他中毒表徵,以此推測蛇是具備一定程度的自我免疫的。
當然如果只是吃下自己注毒的食物,捕食者一般不會中毒。一般情況下*,毒素以水與多肽(即蛋白質)構成,會被腸胃酸性環境下,被胃蛋白酶消化。
這也說明,毒素的給葯途徑決定了起效的劑量。一般實驗室測LD50(實驗小鼠半數致死劑量)的方法分作皮下注射、腹腔注射以及靜脈注射,不同方法結果不同。這也是為何「十大劇毒生物」排行榜各不相同,作者們視角不同。
*註:強調一下,不建議喝蛇毒。不敢保證口腔和消化道完全沒有創口,而且一些劇烈蛇毒甚至可以破壞粘膜,而胃蛋白酶也有特定酶切位點,未必能消化毒素。
不僅是有毒生物能夠對抗毒素,其他物種也具備抵抗力。一部分動物作為有毒生物的天敵,長時間捕食過程中,也進化出特定的抗毒性。兩者反倒在毒性與抗毒性的演化上,展開拉鋸,不斷變化,毒性也就越來越強。
例如海蛞蝓,就能通過食用有毒植物獲取毒素,在它眼裡,毒液甚至是完美的補品。
還有個別物種,怕是得了大自然的眷顧。
例如埃及獴,幾乎能夠對抗所有蛇毒,而且不是稍作抵抗。實驗中,實驗人員對其注入超高劑量的蛇毒,足以讓實驗小鼠全部死上13回。但埃及獴仍然生龍活虎,毫無感覺。
就當實驗人員以為找到萬能解毒劑時,他們發現更不可思議的事情:
埃及獴的血液與蛇毒混合注入小鼠,並沒有改變小鼠的死亡率。原來埃及獴的抵抗力並不是因為血清,而是它的細胞發生了五處突變,讓蛇毒徹底失去作用。
事實上,這種變化還有其他案例,部分蜜獾、刺蝟和豬的受體都發生了變化。
但也不是所有被捕食者都這麼幸運。
大多被捕食者沒能擁有這種神奇技能,而進化抗毒能力的性價比實則不高。天敵們進化出抗毒性是為了捕食生存,在食物匱乏時足以救命。但作為倒霉的被捕食者,對抗毒素未必是一生當中最艱苦的事情。
也是為何,人類抗毒能力奇差。
也有人嘗試長年給自己注射蛇毒,來改善抗毒能力。
搖滾歌手史蒂芬·盧德溫就是這類人,他從21歲起,每日注入小劑量的不同蛇毒長達30年。30年來他多次遭遇生命危險,不止一次有機會領到殘疾補貼。但他的抗毒能力,確實相較一般人有所提高。
作為研究,盧德溫的行為是有價值的。但以生物演化來看,人類確實不需要自帶抗毒能力,畢竟與毒物抗爭的機會並不多。
甚至有些有毒生物都會主動放棄毒素生產,熱帶蛇特別明顯。它們如果能通過捲起獵物的方式捕獵,就會逐漸蛻去毒液生產能力。畢竟對於動物而言,生產足以毀滅一個實驗室的毒素是非常非常費勁的一件事。
這些捕食者,如果將產生毒液的消耗,用作繁殖絕對是值當的。但大自然並不允許它們這麼選擇,尤其在荒漠之地。
一望無垠的荒漠捕獵是件難事,一擊斃命非常重要,因此產生超出敵人承受水平乃至殺滅幾萬隻小鼠的毒素也算不上奢侈浪費。荒漠既是如此,更何況三維的海洋世界。
其實說了這麼多,毒素的有無皆離不開生存。對於動物而言,這些毒素的產生稱得上」集大成之物「。對於我們人類而言,更是鬼斧神工的藝術品。正因為動物這場毒素鬥爭,才讓我們找到對抗毒素的方法,尤其是蛇毒。
毒素的運用還遠不止如此。
動物毒素的毒理作用廣泛,涵蓋人體的各個生理系統,更有著很強的殺菌能力。這也意味著動物毒素用於新葯的發現和研發,有著非常好的前景。鎮痛葯Prialt、二型糖尿病藥物Byetta,就是來源於芋螺和蜥蜴的多肽毒素。
不過這一份大自然的饋贈,也不是那麼好領。毒素的構造複雜,毒理研究已經是一大難點。
要能夠揭示毒素分子的結構、功能、多樣性、進化和適應性機制,對於藥物研究有著極大幫助,如心臟病、高血壓、腫瘤等重大疾病,都有希望找到突破口。
或許毒素危險的背面,就是另一棵人類科技樹。
參考資料:
Quora: Whats the difference between venom and poison?
Michael Greshko. Now We Know Why Poison Frogs Dont Poison Themselves. .National geographic.
theguardian. Poison pass: the man who became immune to snake venom.
Christie Wilcox. Venomous.
生物類, 海陸雙拼——生物毒之比較.
呂秋敏, 賴仞, 張雲. 動物毒素與人類疾病——從單一成分到組學研究, 從理化性質到疾病機理, 從粗毒利用到理性藥物設計. 動物學研究.
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