有些青蛙的神经系统能抵抗比吗啡还强大200倍的毒素。牠们到底怎么办到的?

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,牠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,牠们普遍用毒素来麻痺猎物。

不过,不管是掠食者还是猎物,牠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,其作用机制就与乙酰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,因此会干扰乙酰胆碱的作用,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,发现牠们乙酰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。因为乙酰胆碱和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,乙酰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,但箭毒蛙本身的乙酰胆碱却可以,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。」

 

编译:陈军名