在亚马逊的森林深处，研究人员在实验室里摆下了一场不同寻常的晚餐。十条来自哥伦比亚的皇家地蛇被喂以一种危险的食物——三纹箭毒蛙。这种蛙皮肤中含有多种神经毒素，如组氨酸毒素、普米利毒素和十氢喹啉，这些毒素会干扰细胞必需蛋白质，足以让掠食者当场丧命。六条皇家地蛇选择挨饿，但有四条蛇却试探性地捕杀了青蛙。令人意外的是，在吞咽之前，它们先将猎物在地面上反复摩擦，像是知道箭毒蛙有剧毒，并在去除表面的毒素。结果显示，其中三条蛇在进食后依然存活，说明它们的身体具备一定的抗毒能力。

三纹箭毒蛙（图片来源：Wikipedia）

这项观察让科学家重新审视自然界中的一种持久对抗——毒素与抗毒的进化博弈。从细菌到植物，从昆虫到两栖动物，无数物种依靠毒素防御或捕食，而它们的天敌则在漫长的时间里进化出应对之策。研究者希望，通过揭示这些动物如何识别、代谢甚至利用毒素，能够理解生态系统中隐藏的化学平衡，也为人类防治中毒和开发新药物提供线索。

动物如何躲避食物的毒素

在自然界中，动物面对毒素时并非完全被动。它们在进化中形成了多层防线，用以避免或减轻中毒的风险。研究者Rebecca Tarvin及其团队在一项研究上提出，动物的抗毒策略可归纳为两类：回避行为、代谢。

第一道防线是回避行为。一些动物通过行为或生理感知来避免直接接触或摄入毒源，就是感觉有毒就不会吃。例如，彩绘龟只吃新螈的腹部和内脏，以避开富含四氧嘧啶类毒素的背部皮肤；地蛇在进食前拖拽箭毒蛙，减少表层毒素残留；而帝王蝶幼虫在咬食乳草叶时，会先切断叶脉，使流出的含毒乳汁排出后再进食。这类回避通过多种行为能显著降低毒素摄入，但往往需要额外的时间与能量成本。

第二道防线是代谢。某些动物具备将毒素转化或排出的能力。大乳草虫、夹竹桃甲虫等昆虫会借助肠道酶或共生菌降解植物心苷，部分物种利用细胞膜上的转运蛋白将毒物排出，从而保护神经组织。蛇类的肝脏在这一过程中也发挥关键作用，实验发现，其肝提取物能分解箭毒蛙的生物碱，推测其中含有解毒酶或结合蛋白，能将毒分子转化为无害形式或阻止其与靶点结合。

大乳草虫以含有致命强心苷的植物为食（图片来源：Wikipedia）

这些防御策略虽提高了生存几率，但也伴随额外的代谢负担。一些昆虫为维持解毒酶的高表达，需要额外能量消耗；而反复筛选可食部位的动物则面临觅食效率降低的风险。正是这些取舍，使抗毒进化成为生命系统中复杂而持续的过程。

以毒攻毒，从抵抗到利用

当动物不仅能抵抗毒素，还能将其纳入自身防御体系时，毒素的角色便从威胁转化为资源。许多物种在漫长的进化中学会了安全储存和再利用毒素，形成以毒攻毒的策略。

在昆虫中，这种现象尤为常见。狗骨甲虫能将从植物中获得的心苷类化合物储存在体表，当遭受捕食威胁时，会从背部分泌含毒液滴以驱赶天敌。帝王蝶幼虫以乳草为食，体内积累的心苷不仅使其自身不受危害，还让羽化后的蝴蝶成为难以下咽的食物。更复杂的生态链条还出现在帝王蝶与食蝶鸟之间，某些鸟类进化出对心苷的耐受性，从而能够安全地捕食蝴蝶，展现出毒素沿生态网络传递与再利用的特征。

在脊椎动物中也存在类似现象。箭毒蛙从含毒昆虫中摄取生物碱并储存在皮肤腺体中，使自身具备强烈毒性。研究者发现，这类蛙类不仅能耐受毒素，还依赖体内的毒素蛋白中和过量毒分子，以维持平衡。加利福尼亚地松鼠的血液中也含有能够结合响尾蛇毒素的蛋白质，形成天然抗蛇毒机制，其抗体成分甚至与蛇类自身防止自中毒的血浆蛋白相似。

这些例子表明，毒素的生态意义远不止于防御。它参与了捕食关系的调节，推动了物种间的共演，也影响了基因与蛋白的进化方向。一个植物产生的分子，可能跨越多个物种与栖息地，最终塑造出复杂的生态联系。毒素因此成为理解生态系统稳定性与生物多样性形成的重要线索。

总结

在自然界的进化史中，毒素与抗毒的对抗是最持久的主题之一。从细菌分泌的化学分子，到蛇类肝脏中的解毒酶，生命始终在寻找生存的平衡。研究显示，动物抵抗毒素的方式既多样又精细，它们可能避开、分解或重新利用这些分子，使毒从威胁变为武器。

毒素不仅塑造了捕食与防御的关系，也影响了基因突变、蛋白结构甚至生态系统的稳定。科学家认为，理解这些天然的化学适应，不仅能揭示生物多样性形成的机制，也能为人类开发新型药物和抗毒治疗提供启示。

参考文献：

[1] Tarvin, Rebecca D., et al. "The diverse mechanisms that animals use to resist toxins." Annual Review of Ecology, Evolution, and Systematics 54.1 (2023): 283-306.

[2] Herbertz, Marlena, et al. "Coevolutionary escalation led to differentially adapted paralogs of an insect's Na, K‐ATPase optimizing resistance to host plant toxins." Molecular Ecology 33.14 (2024): e17041.

[3] Karageorgi, Marianthi, et al. "Genome editing retraces the evolution of toxin resistance in the monarch butterfly." Nature 574.7778 (2019): 409-412.

[4] Ujvari, Beata, et al. "Widespread convergence in toxin resistance by predictable molecular evolution." Proceedings of the National Academy of Sciences 112.38 (2015): 11911-11916.

策划制作

作者丨邵文亚 福建医科大学副教授；杨 超 深圳理工大学科普主管、中国科普作家协会会员

审核丨黄乘明 中国科学院动物研究所研究员 海南大学特聘教授 中国动物学会监事 中国野生动物保护协会理事

来源: 科普中国新媒体

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