箭毒蛙為什麼不會毒死自己呢?

箭毒蛙為什麼不會毒死自己呢?

鑽研神經系統

箭毒蛙實際上沒有分泌毒素的能力,而是靠吃下蟎和螞蟻而獲得。外表的豔麗體色,是在警告任何掠食者,可別笨到來咬一口。

像蛇與蠍子這類掠食者,牠們在使用毒液捕捉獵物時,毒液必須透過創傷進入獵物的身體內才能發揮作用。掠食者的毒素並不一定要馬上殺死獵物,相對的,牠們普遍用毒素來麻痺獵物。

不過,不管是掠食者還是獵物,牠們都需要能快速發揮作用的毒素,使對象失去行動能力。因此,神經系統就成為毒液攻擊的首要目標。

事實上,動物界中許多極其可怕的毒素,就是以癱瘓神經系統為手段。有些箭毒蛙身上帶有一種類似嗎啡的化合物,稱為epibatidine,其作用機制就與乙醯膽鹼這種化合物類似,可以在神經細胞之間傳遞訊號。由於epibatidine的效率極高,因此會干擾乙醯膽鹼的作用,造成神經系統許多問題,毒性大到只需要一隻毒蛙的epibatidine,就可以殺死一頭水牛。

另外,自然界中有些毒蠑螈,身上則帶有河豚毒素(tetrodotoxin),這類毒素會把生物神經傳導時所使用的離子通道阻塞住,以截斷神經的電流訊號。

維吉尼亞大學的生物學家兼毒物專家,同時也是這篇論文的審閱者布奇.布洛迪(Butch Brodie)表示:「這就像把某個脆弱地方的電線剪斷一樣,只是用不同的工具剪斷而已。」

↑↑↑↑↑在亞馬遜雨林中發現的新種箭毒蛙。2017年1月18日,在祕魯亞馬遜雨林深處,雪莉.珍妮佛.塞拉諾.羅哈斯(Shirley Jennifer Serrano Rojas)在馬努生物保護區(Manú Biosphere Reserve)聽到一陣不熟悉的青蛙叫聲。後來沿著叫聲發現了新種箭毒蛙。

天生不怕毒

但是,箭毒蛙到底是怎麼開始使用這種毒素的?根據塔文和同事最近發表在《科學》期刊上的結果顯示,這類使用epibatidine的箭毒蛙經過DNA定序後,發現牠們乙醯膽鹼受體的形狀與正常的受體在結構上有小小的不同。

就遺傳學上來說,受體形狀的變化必須非常細微。因為乙醯膽鹼和epibatidine在受體上的結合位置是一樣的。所以,如果突變讓受體的形狀改變太多,乙醯膽鹼將無法正常與受體作用來傳遞神經訊號。

這類箭毒蛙體內的受體,在結構上做了小小修飾,使得問題順利解決:epibatidine認不出箭毒蛙的受體,但箭毒蛙本身的乙醯膽鹼卻可以,因此這種機制確保了箭毒蛙不會被自身的毒素影響。

除此之外,這個研究還發現,箭毒蛙對這種毒素的抗性至少獨立演化了三次,正好說明了這樣的突變對箭毒娃來說的確有用。

「這是罕見的大自然之美,類似這篇研究發現的例子實在很少。」國家地理探險家暨爬行動物學家和毒理學家佐爾坦.塔卡克斯(Zoltan Takacs)説。「無論是怎樣的新發現,都是我們對於演化學與神經學上的一大躍進。」

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在馬里蘭州巴爾的摩的國家水族館所拍攝的精靈箭毒蛙(Ranitomeya imitator)。

PHOTOGRAPH BY JOEL SARTORE

在路易斯安那州紐奧良的奧杜邦自然研究院拍攝的喜悅箭毒蛙(Ameerega bassleri)。

PHOTOGRAPH BY JOEL SARTORE, NATIONAL GEOGRAPHIC PHOTO ARK

在內布拉斯加州的奧馬哈亨利多立動物園拍攝的潑彩箭毒蛙(Adelphobates galactonotus)。

PHOTOGRAPH BY JOEL SARTORE, NATIONAL GEOGRAPHIC PHOTO ARK

在奧馬哈亨利多立動物園拍攝的黃帶箭毒蛙(Dendrobates leucomelas)。

PHOTOGRAPH BY JOEL SARTORE, NATIONAL GEOGRAPHIC PHOTO ARK

在華盛頓艾弗雷特拍攝的迷彩箭毒蛙(Dendrobates auratus)。

PHOTOGRAPH BY JOEL SARTORE, NATIONAL GEOGRAPHIC PHOTO ARK

在華盛頓艾弗雷特拍攝的皇冠箭毒蛙(Ranitomeya fantastica)。

PHOTOGRAPH BY JOEL SARTORE, NATIONAL GEOGRAPHIC PHOTO ARK

這隻金色箭毒蛙(Phyllobates terribilis)背上背著蝌蚪。照片於華盛頓艾弗雷特拍攝。

PHOTOGRAPH BY JOEL SARTORE, NATIONAL GEOGRAPHIC PHOTO ARK

在華盛頓艾弗雷特拍攝的三線箭毒蛙(Ameerega trivittatus)。

PHOTOGRAPH BY JOEL SARTORE, NATIONAL GEOGRAPHIC PHOTO ARK

在華盛頓艾弗雷特拍攝的派氏箭毒蛙(Ameerega pepperi)。

PHOTOGRAPH BY JOEL SARTORE, NATIONAL GEOGRAPHIC PHOTO ARK

在馬里蘭州巴爾的摩國立水族館拍攝的小丑箭毒蛙(Oophaga histrionica)。

PHOTOGRAPH BY JOEL SARTORE, NATIONAL GEOGRAPHIC PHOTO ARK

在堪薩斯州沙利納的羅靈丘陵動物園拍攝的染色箭毒蛙(Dendrobates tinctorius)。

PHOTOGRAPH BY JOEL SARTORE, NATIONAL GEOGRAPHIC PHOTO ARK

深入研究毒素

這個研究對於毒理演化方面的了解是很重要的里程碑,然而背後還有許多未解之謎。舉例來說,生物學家仍然不知道箭毒蛙從何處獲得毒素。很明顯地,毒素應該是從食物中得到的,但科學家仍未找到確切的源頭。

塔文還指出,其實箭毒蛙毒素本身就是一個大謎團。箭毒蛙身上帶有超過800種的化合物,但我們真正了解的卻不到70種。

布洛迪表示,追蹤這些毒素的源頭,並進一步了解動物如何演化成不受毒素影響,可以讓我們進一步解開這大自然之謎。「其實我們人類,對自然界的化學合成物了解實在不多,」布洛迪說:「站在人類生物安全性的觀點來說,我們對這些毒素了解愈多,愈能減輕毒素對我們的威脅。」

撰文: Michael Greshko

編譯:陳軍名

延伸閱讀>> 以毒攻毒:內陸太攀蛇 vs. 澳洲野犬 / 蜘蛛毒,救蜜蜂!

#epibatidine

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