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箭毒蛙为什么不会毒死自己?

   南美洲苏利南的蓝箭毒蛙(Dendrobates tinctorius azureus)。 PHOTOGRAPH BY REINHARD DIRSCHERL

南美洲苏利南的蓝箭毒蛙(Dendrobates tinctorius azureus)。 PHOTOGRAPH BY REINHARD DIRSCHERL

五线箭毒蛙(Adelphobates quinquevittatus)坐在雨林地上的一片叶子上。也有人称它为亚马逊箭毒蛙或玛代拉河箭毒蛙。 PHOTOGRAPH

五线箭毒蛙(Adelphobates quinquevittatus)坐在雨林地上的一片叶子上。也有人称它为亚马逊箭毒蛙或玛代拉河箭毒蛙。 PHOTOGRAPH BY WILD HORIZONS, UIG, GETTY IMAGES

Atelopus spumarius。 PHOTOGRAPH BY RODRIGO BUENDIA, AFP, GETTY IMAGES

Atelopus spumarius。 PHOTOGRAPH BY RODRIGO BUENDIA, AFP, GETTY IMAGES

黄带箭毒蛙(Dendrobates leucomelas)身上的花纹,每一只个体都不太一样。这种毒蛙的叫声也很响亮。 PHOTOGRAPH BY AUSCAPE

黄带箭毒蛙(Dendrobates leucomelas)身上的花纹,每一只个体都不太一样。这种毒蛙的叫声也很响亮。 PHOTOGRAPH BY AUSCAPE, UIG, GETTY IMAGES


视频:在亚马逊雨林中发现的新种箭毒蛙。2017年1月18日,在秘鲁亚马逊雨林深处,雪莉.珍妮佛.塞拉诺.罗哈斯(Shirley Jennifer Serrano Rojas)在马努生物保护区(Manú Biosphere Reserve)听到一阵不熟悉的青蛙叫声。后来沿着叫声发现了新种箭毒蛙。

(神秘的地球uux.cn报道)据美国国家地理(撰文:Michael Greshko 编译:陈军名):箭毒蛙为什么不会毒死自己?有些青蛙的神经系统能抵抗比吗啡还强大200倍的毒素。它们到底怎么办到的?

在南美洲的丛林里,箭毒蛙身上所带的毒素,其强度是吗啡的200倍。虽然毒素是对付天敌的致命武器,但为什么对箭毒蛙本身却没有影响?

根据一项新的研究发现,箭毒蛙的神经系统随着时光演变后,才获得了抗毒能力。这是生物演化上的绝佳例子。

德州大学奥斯汀分校生物学家,同时也是国家地理学会赞助学者的蕾贝卡.塔文(Rebecca Tarvin)说:「我一直想了解大自然中的生物是如何获得神经毒素的,因为这类动物需要重组其神经系统,而这看起来实在不太像是动物演化时会发生的事。」

钻研神经系统

箭毒蛙实际上没有分泌毒素的能力,而是靠吃下螨和蚂蚁而获得。外表的艳丽体色,是在警告任何掠食者,可别笨到来咬一口。

像蛇与蝎子这类掠食者,它们在使用毒液捕捉猎物时,毒液必须透过创伤进入猎物的身体内才能发挥作用。掠食者的毒素并不一定要马上杀死猎物,相对的,它们普遍用毒素来麻痹猎物。

不过,不管是掠食者还是猎物,它们都需要能快速发挥作用的毒素,使对象失去行动能力。因此,神经系统就成为毒液攻击的首要目标。

事实上,动物界中许多极其可怕的毒素,就是以瘫痪神经系统为手段。有些箭毒蛙身上带有一种类似吗啡的化合物,称为epibatidine,其作用机制就与乙醯胆碱这种化合物类似,可以在神经细胞之间传递讯号。由于epibatidine的效率极高,因此会干扰乙醯胆碱的作用,造成神经系统许多问题,毒性大到只需要一只毒蛙的epibatidine,就可以杀死一头水牛。

另外,自然界中有些毒蝾螈,身上则带有河豚毒素(tetrodotoxin),这类毒素会把生物神经传导时所使用的离子通道阻塞住,以截断神经的电流讯号。

维吉尼亚大学的生物学家兼毒物专家,同时也是这篇论文的审阅者布奇.布洛迪(Butch Brodie)表示:「这就像把某个脆弱地方的电线剪断一样,只是用不同的工具剪断而已。」

天生不怕毒

但是,箭毒蛙到底是怎么开始使用这种毒素的?根据塔文和同事最近发表在《科学》期刊上的结果显示,这类使用epibatidine的箭毒蛙经过DNA定序后,发现它们乙醯胆碱受体的形状与正常的受体在结构上有小小的不同。

就遗传学上来说,受体形状的变化必须非常细微。因为乙醯胆碱和epibatidine在受体上的结合位置是一样的。所以,如果突变让受体的形状改变太多,乙醯胆碱将无法正常与受体作用来传递神经讯号。

这类箭毒蛙体内的受体,在结构上做了小小修饰,使得问题顺利解决:epibatidine认不出箭毒蛙的受体,但箭毒蛙本身的乙醯胆碱却可以,因此这种机制确保了箭毒蛙不会被自身的毒素影响。

除此之外,这个研究还发现,箭毒蛙对这种毒素的抗性至少独立演化了三次,正好说明了这样的突变对箭毒娃来说的确有用。

「这是罕见的大自然之美,类似这篇研究发现的例子实在很少。」国家地理探险家暨爬行动物学家和毒理学家佐尔坦.塔卡克斯(Zoltan Takacs)说。 「无论是怎样的新发现,都是我们对于演化学与神经学上的一大跃进。」

深入研究毒素

这个研究对于毒理演化方面的了解是很重要的里程碑,然而背后还有许多未解之谜。举例来说,生物学家仍然不知道箭毒蛙从何处获得毒素。很明显地,毒素应该是从食物中得到的,但科学家仍未找到确切的源头。

塔文还指出,其实箭毒蛙毒素本身就是一个大谜团。箭毒蛙身上带有超过800种的化合物,但我们真正了解的却不到70种。

布洛迪表示,追踪这些毒素的源头,并进一步了解动物如何演化成不受毒素影响,可以让我们进一步解开这大自然之谜。「其实我们人类,对自然界的化学合成物了解实在不多,」布洛迪说:「站在人类生物安全性的观点来说,我们对这些毒素了解愈多,愈能减轻毒素对我们的威胁。」




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