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毒蛇的进化
现存的爬行动物中,已知只有两类动物进化出了毒液系统,高级蛇类以及蜥蜴。有学者认为蛇类是白垩纪时代的洞栖蜥蜴演化而来的,继承了远古蜥蜴的毒素系统。目前对于蛇毒的进化存在争议,有两种假说:分别是毒液假说和独立起源假说。
毒蛇与无毒蛇的对比毒液假说Toxicofera hypothesis
即蛇和蜥蜴的毒液都是唾液的一种形式,成分是蛋白质。大约1.7亿年前,由一种爬行动物祖先起源进化出了毒液,这种毒液由非常简单的蛋白组成,储存在腺体中。然后不同谱系的毒液独立进化并多样化,有些谱系的毒液系统萎缩或者丧失。比如游蛇科的鼠蛇以缠绕方式捕猎后,失去了毒液系统。比如疣鳞蛇以身体突击地把鱼卷起来为捕猎方式,毒液系统退化。(我理解为先都有毒液系统,然后部分蛇类毒液系统退化,其他蛇演化出毒液的特异性和多样性。)
红鼠蛇独立起源假说Independent origin hypothesis
在过去对蛇毒基因进化的研究中,大多数缺乏完整的蛇基因组分析及相关基因在不同蛇组织中的表达。然而2015年德克萨斯大学的研究小组研究发现毒蛇基因保守的存在于蛇类中,有些无毒蛇比如蟒蛇的毒液同源基因在口腔腺体外的其他组织中,比如蟒蛇的大脑、肝、胃中都有表达。由此认为蛇毒基因可能只是管家基因,主要参与维持组织的正常代谢。在自然选择的过程中,在不同谱系的不同组织中这些基因表达水平不同,有部分蛇在口腔腺体里表达水平逐渐变高,逐渐独立进化出剧毒蛇类。(我理解为最早蛇类普遍有毒液基因,但并没有毒液系统,且毒液基因在不同组织表达水平不同,然后部分谱系在口腔腺体中大量表达而演化出剧毒蛇。)
黑色表示为存在毒液基因,红色表示为剧毒物种蛇的捕猎方式
对于蛇来说,捕食猎物的方式有三种:1、通过身体缠绕挤压的方式使猎物致死;2、通过注射毒液将猎物先杀死;3、直接活吞猎物;
从结果倒推,进化出或保留住毒液系统并不是蛇演化的必然方向。
当然有的蛇有毒但是不是用于进攻,而是用于防守,比如颈槽蛇。一些颈槽蛇的毒素来源于食物中蟾蜍的毒素,主要成分为蟾蜍甾烯bufadienolides,它们会在吞食蟾蜍时阻隔其毒素于颈部,并从处于其颈部的分泌腺分泌出那些毒素,藉以作为保卫自己的武器;另一些种类则在演化途中由改变了食性,主要捕食无脊椎动物,获取毒素的来源也转变为了萤火虫幼体。
在俄勒冈州有少量束带蛇会在肝脏保存着因进食蝾螈所留下的毒素,并以这些毒素作为自卫手段。虎斑颈槽蛇蛇毒面临选择压力。被捕食者会对毒蛇的毒液产生抗性,而毒蛇则面临增加或创新毒性的压力。猎物和毒蛇之间存在共同进化的军备竞赛。2019年的一项研究发现,更大的体重和更小的生态栖息地与毒液产量的增加有关。另一项研究发现,与饮食或猎物类型相比,天气和温度与蛇毒的相关性更强。
毒蛇的种类
蛇亚目分为真蛇下目和盲蛇下目,毒蛇主要是真蛇下目下的眼镜蛇科以及蝰蛇科。部分新蛇亚目游蛇科的蛇也有毒,比如前面提到的鼠蛇、颈槽蛇。蛇类的毒液是蛇的变种唾液,从附在牙齿后的毒囊分泌并传至牙内。有些蛇的毒牙位于口腔前部,具有空心管道或者沟槽。有些毒蛇只有位于后方的牙齿有传输毒素的管道,比如树蛇。
毒牙在前面非洲树蛇 毒牙后齿毒蛇的毒素是一种前消化剂,它能分解食物,转化为适合消化的成分,即便是无毒蛇类的唾液也可以帮助消化食物组织。
判断蛇是否有毒不能以头部形状作为唯一判断标准。我国毒蛇以蝰蛇科为主,头部呈三角形。但是眼镜蛇科和游蛇科的毒蛇头部不一定是三角形。无毒蛇中顿核蛇头部呈三角形。
参考文献:
1、Reyes-Velasco, J.; (2015).Expression of Venom Gene Homologs in Diverse Python Tissues Suggests a New Model for the Evolution of Snake Venom. Molecular Biology and Evolution
2、Evolution of snake venom - Wikipedia
3、Healy, Kevin; (2019). "Snake venom potency and yield are associated with prey-evolution, predator metaboli *** and habitat structure". Ecology Letters.
4、Zancolli, Giulia;"When one phenotype is not enough: divergent evolutionary trajectories govern venom variation in a widespread rattlesnake species". Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences
5、戴帽子的小蛇:应该注意的“无毒蛇”——颈槽蛇略记
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