一些動(dòng)物，如毒蛇和昆蟲(chóng)，可以使用毒液進(jìn)行捕食或防御，這種能力已經(jīng)發(fā)展了數(shù)百萬(wàn)年。并且演變?nèi)栽诶^續(xù) - 部分原因是來(lái)自人類的壓力越來(lái)越大。蛇，蜘蛛，海蜇和蝎子只是有毒動(dòng)物的幾個(gè)例子。

有毒有一些優(yōu)點(diǎn);它可以用來(lái)捕捉下一頓晚餐，或者作為對(duì)大型捕食者的保護(hù)。

但這些動(dòng)物最初是如何變得有毒的呢?

10萬(wàn)只有毒動(dòng)物的進(jìn)化

“有毒動(dòng)物”這一名稱涵蓋了超過(guò)100,000種不同種類的爬行動(dòng)物，昆蟲(chóng)，軟體動(dòng)物，哺乳動(dòng)物等。然而，這并不意味著所有有毒動(dòng)物都來(lái)自共同的有毒祖先。

實(shí)際上，產(chǎn)生毒液的能力通常是隨機(jī)突變的結(jié)果，這種突變?yōu)槲锓N提供了優(yōu)勢(shì)。

通常，新能力是對(duì)環(huán)境變化的反應(yīng) - 例如氣候變化或獵物或其他資源不足。具有新突變的個(gè)體可以自然選擇，如果它們更適合于管理當(dāng)前的挑戰(zhàn)。

有利突變的自然選擇是達(dá)爾文進(jìn)化理論的基石，環(huán)境中改變的條件對(duì)動(dòng)物群體施加“選擇壓力”。

出于這個(gè)原因，動(dòng)物有時(shí)可以獨(dú)立地發(fā)展相同類型的能力，因?yàn)樗鼈兗词乖谶h(yuǎn)離彼此的情況下也能適應(yīng)類似的環(huán)境。

這種現(xiàn)象稱為“會(huì)聚進(jìn)化”，是由許多遠(yuǎn)緣動(dòng)物中毒液的存在所觀察到的。例如，蜜蜂和蛇都可以將獨(dú)特的毒液注入其獵物或受害者體內(nèi)，作為攻擊或防御手段。

毒液的起源：舊基因具有新的毒性功能

Coelenterates，如水母，是我們所知道的最古老的有毒動(dòng)物的例子，其歷史可以追溯到6億年前。相比之下，蜘蛛和蝎子已經(jīng)存在了4億年，而先進(jìn)的蛇已經(jīng)存在了“僅僅”5400萬(wàn)年。

盡管是年輕的競(jìng)爭(zhēng)者，蛇的毒液是最重的調(diào)查，因毒蛇咬傷envenoming的醫(yī)學(xué)意義：每一年，蛇傷殺死在世界各地超過(guò)10萬(wàn)人。

毒液被認(rèn)為是通過(guò)復(fù)制某些基因進(jìn)化而來(lái)的，這些基因編碼相對(duì)無(wú)害的蛋白質(zhì)。這些基因重復(fù)獲得了進(jìn)一步的突變，這些突變賦予了專門(mén)的毒腺中的毒性和基因表達(dá)。因此，雖然它是相同的基因，但功能卻截然不同。

這種基因復(fù)制以這種方式獲得新功能的過(guò)程稱為新功能化。一個(gè)例子是酶絲氨酸蛋白酶。這些酶催化各種凝血因子的裂解，這些凝血因子使血液凝固并防止受傷的蛇從出血到死亡。

但是在一些蛇類物種(例如哥斯達(dá)黎加叢林大師)中，絲氨酸蛋白酶經(jīng)歷了新功能化，導(dǎo)致它們?cè)谘褐袛y帶正常的絲氨酸蛋白酶，而且它們的毒液中的絲氨酸蛋白酶(以及其他蛋白質(zhì))也適用于發(fā)揮毒性對(duì)獵物的影響。

當(dāng)注射毒液時(shí)，絲氨酸蛋白酶消耗了獵物血液中的所有凝血因子，防止其凝結(jié)并使獵物在咬傷或其他傷害后流血死亡。

大自然的軍備競(jìng)賽

如果來(lái)自舊基因的新功能為蛇提供了生存優(yōu)勢(shì)，那么該基因?qū)⒃谧匀唤缰斜徽孢x擇，這是對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的適應(yīng)形式。

當(dāng)動(dòng)物變得有毒時(shí)，它不能只是“向后傾斜”并永遠(yuǎn)依賴同一種毒液。獵物和捕食者會(huì)隨著時(shí)間的推移產(chǎn)生對(duì)毒液的抵抗力，而有毒的動(dòng)物則無(wú)法停止適應(yīng)。

例如，他們的獵物可以通過(guò)改善偽裝或更快的反應(yīng)來(lái)更好地避免有毒動(dòng)物。

而且，毒素攻擊的獵物靶分子的突變，例如我們周?chē)窠?jīng)系統(tǒng)中的受體，可以通過(guò)自然選擇使獵物更具抵抗力。

獵物和掠食者參加永無(wú)止境的手臂摔跤比賽，如果你愿意的話，可以進(jìn)行軍備競(jìng)賽，在個(gè)人層面進(jìn)行小幅調(diào)整，以便選擇最適合存活毒物的動(dòng)物，通過(guò)它們的后代傳遞其遺傳基因。

為什么有些動(dòng)物比其他動(dòng)物更有毒?

也許你聽(tīng)過(guò)人們宣稱“這條蛇有足夠的毒液殺死100人”。但實(shí)際測(cè)量毒性如何?

最有毒的人類毒蛇是澳大利亞大班，它有足夠的毒液殺死1,100人。當(dāng)然，這從未在人類身上進(jìn)行過(guò)測(cè)試!相反，在小鼠中測(cè)試少量，并從那里估計(jì)它如何擴(kuò)展到人類。

必須謹(jǐn)慎地考慮這些數(shù)字，因?yàn)槎拘允且粋€(gè)相對(duì)概念，并且物種之間可能存在顯著差異。例如，一些蛇毒比爬行動(dòng)物對(duì)爬行動(dòng)物更有效。

這種差異可能是因?yàn)槿绻@些毒液生活在一個(gè)有許多蜥蜴的地區(qū)，那么這種毒液的蛇可以更快地殺死爬行動(dòng)物。

因此，毒液已被證明是一種非常有效的生存工具，它自然而然地提出了為什么并非所有蛇(同樣)都有毒的問(wèn)題?

由于主要由覓食驅(qū)動(dòng)的選擇壓力，一些毒液變得更有效。產(chǎn)生毒液需要大量的能量，因此它必須為蛇提供更多的食物，以便值得生產(chǎn)。

隨著時(shí)間的推移，有毒的能力也會(huì)消失。最近在一種海蛇中發(fā)生了這種情況，這種海蛇的飲食從快速游魚(yú)變?yōu)楣潭ɑ~(yú)卵。

在蟒蛇和(可能)蟒蛇中也觀察到毒液的流失，其中收縮現(xiàn)在是獲取食物的主要方法。

由于毒液已經(jīng)過(guò)時(shí)，沒(méi)有選擇壓力有助于保持毒液的生產(chǎn)能力，蛇類物種會(huì)隨著時(shí)間的推移而失去這種能力。

對(duì)遺傳的恐懼是遺傳的

除了更容易捕食，毒液也可以是一種有效的防御策略。

如果一只動(dòng)物在被攻擊時(shí)注射了痛苦的毒液，捕食者會(huì)再次狩獵之前再三思。掠食者在捕獵蛇時(shí)經(jīng)歷的危險(xiǎn)感和被咬傷的恐懼可以傳遞給他們的后代，這對(duì)雙方都有利。

研究表明，蛇以這種方式影響了靈長(zhǎng)類動(dòng)物的大腦發(fā)育。在以前從未遇到過(guò)蛇的獼猴的實(shí)驗(yàn)中，測(cè)量了應(yīng)力反應(yīng)，同時(shí)顯示了蛇或蛇狀物體的圖片。

您可能已經(jīng)在YouTube上看到過(guò)這種現(xiàn)象，貓看到黃瓜時(shí)反應(yīng)強(qiáng)烈。有可能黃瓜在貓的大腦中誘導(dǎo)相同類型的反應(yīng)，蛇在大腦的大腦中進(jìn)行反應(yīng)。

另一項(xiàng)研究還表明，當(dāng)暴露于某種氣味并伴隨著非常大的噪音時(shí)，小鼠會(huì)對(duì)其后代的反應(yīng)進(jìn)行傳遞。通過(guò)這種方式，創(chuàng)傷經(jīng)歷被轉(zhuǎn)移，以致他們的后代因最初害怕父母的氣味而變得焦慮。

以同樣的方式，人們可以想象某些視覺(jué)刺激物，例如蛇的視線與毒液的痛苦后果的創(chuàng)傷經(jīng)歷配對(duì)，可以從父母轉(zhuǎn)移到后代。

一些無(wú)毒動(dòng)物復(fù)制有毒動(dòng)物以節(jié)省能量

有趣的是，一些非毒性動(dòng)物已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種模仿來(lái)自有毒動(dòng)物的危險(xiǎn)信號(hào)的方法，這些動(dòng)物可以阻止掠食者。一個(gè)典型的例子是牛奶蛇的圖案非常類似于有毒的珊瑚蛇，或者可以與黃蜂混淆的hoverfly。

這種廉價(jià)的技巧非常有益，因?yàn)樗梢允箘?dòng)物免于產(chǎn)生毒液的額外能量消耗。

另一種節(jié)省能量的方法是根據(jù)目的改變一種毒液的毒素成分：狩獵或防御。在錐形蝸牛中觀察到這種現(xiàn)象。

人類壓迫蛇來(lái)進(jìn)化它們的毒液

研究表明，一些蛇的毒液仍然存在正向選擇壓力，這使得它們的物種毒液整體變化和進(jìn)化。選擇壓力部分是由于氣候變化和人類活動(dòng)不斷改變蛇生活的生態(tài)系統(tǒng)。

地球上的人類越來(lái)越多，導(dǎo)致城市化進(jìn)程加劇。這進(jìn)一步增加了蛇與人之間的接觸。

蛇仍留在自然棲息地，隨著城市的侵占而適應(yīng)。隨著世界的變暖，人們還觀察到蛇向北遷移。

這些發(fā)展可能會(huì)導(dǎo)致未來(lái)蛇咬傷的風(fēng)險(xiǎn)增加。

蛇必須繼續(xù)適應(yīng)周?chē)h(huán)境才能生存。在是否蛇毒，蛇會(huì)變得更加有效，或者是否會(huì)失去這一切在一起，可能會(huì)依賴于特定的地理區(qū)域和蛇種不同。

在分子尺度上，研究表明個(gè)體毒素會(huì)向不同方向發(fā)展;有些人會(huì)經(jīng)歷強(qiáng)烈的積極選擇，變得更有毒，而有些則會(huì)失去力量。

對(duì)毒素的進(jìn)一步研究將提供關(guān)于獵物和捕食者如何進(jìn)化以相互適應(yīng)的獨(dú)特見(jiàn)解，并幫助我們更好地理解這種分子軍備競(jìng)賽。