新證據顯示哺乳動物的唾液腺和蛇的毒液腺有著共同的遺傳基礎

據媒體報導,令人吃驚的新證據顯示,哺乳動物的唾液腺和蛇的毒液腺有著共同的遺傳基礎。毒液是一種蛋白質的混合物,動物將其作為捕獲獵物和自我防禦的武器。新的研究發現,蛇和哺乳動物在唾液腺和毒液腺組織內共享一組具有類似活性的基因。

新證據顯示哺乳動物的唾液腺和蛇的毒液腺有著共同的遺傳基礎

這些共同的基因通過確保腺體能夠產生大量的功能性蛋白質,為毒液的進化提供了重要基礎。這些發現提供了第一個直接證據,證明毒腺是由早期唾液腺進化而來。在適當的進化條件下,哺乳動物的唾液腺可能被重新用於毒液功能。

來自 沖繩科技大學研究生院(OIST)和澳大利亞國立大學(ANU)的科學家建議,哺乳動物不是毒物,小鼠也不是–但是在我們的基因組中潛藏著這種潛力。正如《美國科學院院刊》(PNAS)所報導的那樣,研究人員發現,爬行動物和哺乳動物中都存在進化口毒所需的遺傳基礎。

該研究還提供了蛇類的毒腺和哺乳動物的唾液腺之間存在潛在分子聯系的第一個具體證據。

研究第一作者,OIST的博士生Agneesh Barua說:”毒液是動物用來固定和殺死獵物以及進行自衛的一種『雞尾酒』蛋白。關於毒液的有趣之處在於它出現在如此多的不同動物身上:水母、蜘蛛、蠍子、蛇,甚至一些哺乳動物。盡管這些動物進化出了不同的方式來傳遞毒液,但口服系統–即通過咬傷來注射毒液–是最常見和研究得最透徹的一種。”

但科學家們仍在對口腔毒液的起源進行歸納。對蛇的這一最新研究,是對以其強有力的咬合力而聞名和恐懼的動物群體的研究,現在揭示了口腔毒液的古老基礎。

在此之前,科學家們一直專注於編碼構成有毒混合物的蛋白質的基因。「然而,目前在毒液中發現的許多毒素是在口腔毒液系統已經建立之後加入的。我們需要研究在毒液起源之前就存在的基因,這些基因使毒液系統得以崛起,」Barua說。

因此,該團隊尋找與毒液基因一起工作並與之緊密互動的基因。科學家們使用了從台灣哈布蛇(一種在亞洲發現的蝮蛇)身上收集的毒液腺。

研究人員確定了大約3000個這些「合作」基因,並發現它們在保護細胞免受產生大量蛋白質的壓力方面發揮了重要作用。這些基因也是調控蛋白質修飾和折疊的關鍵。

當蛋白質被製造出來時,胺基酸的長鏈必須以一種特定的方式折疊在一起。就像做折紙時的錯誤折疊一樣,一個錯誤的步驟會使蛋白質無法形成它正常運作所需的形狀。折疊錯誤的蛋白質也可以積累並損害細胞。

“這些基因在未折疊蛋白反應途徑中的作用很有意義,因為毒液是復雜的蛋白質混合物。所以為了確保你能製造所有這些蛋白質,你需要一個強大的系統來確保蛋白質正確折疊,以便它們能有效地發揮作用,”Barua解釋說。

研究人員隨後查看了整個動物界其他生物的基因組,包括像狗、黑猩猩和人類這樣的哺乳動物,並發現它們含有自己版本的這些基因。

當研究小組觀察哺乳動物體內的唾液腺組織時,他們發現這些基因的活動模式與在蛇毒腺中看到的相似。因此,科學家們認為,哺乳動物的唾液腺和蛇的毒液腺有一個古老的功能核心,自從這兩個品系在數億年前分裂以來,一直保持著這種功能。

「許多科學家憑直覺認為這是真的,但這是毒液腺從早期唾液腺進化而來這一理論的第一個真正堅實的證據,」Barua說。「而當蛇類隨後瘋狂地將許多不同的毒素納入它們的毒液並增加參與生產毒液的基因數量時,像鼩鼱這樣的哺乳動物則生產更簡單的毒液,與唾液具有高度的相似性。」

唾液腺的功能顯然很容易被重新利用為毒液,這一點令人吃驚–可能意味著科學家們開始以一種令人不安的新眼光來看待其他哺乳動物。

「20世紀80年代有實驗表明,雄性小鼠在其唾液中產生的化合物在注射到大鼠體內時具有很強的毒性,」Barua說。「如果在某些生態條件下,在其唾液中產生更多有毒蛋白質的小鼠有更好的繁殖成功率,那麼在幾千年後,我們可能會遇到有毒的小鼠。」

小鼠是否在這條進化道路上,是一個需要進一步調查的問題,但它肯定模糊了有毒和無毒物種之間的界限。

而且,盡管非常不可能,但如果有合適的生態條件,人類也可能成為毒物。Barua開玩笑說:「這肯定給有毒的人賦予了全新的含義。」

來源:cnBeta