日本冲绳科学技术研究所研究生院(OIST) 和澳大利亚国立大学的研究人员重点研究了大多数蛇毒以及所有其他爬行动物和哺乳动物的毒液中发现的一类毒素,称为激肽释放酶丝氨酸。激肽释放酶丝氨酸蛋白酶还可以追溯到在共同祖先中发现的基因。该研究的共同第一作者、OIST 的博士生阿格尼什·巴鲁亚(Agneesh Barua) 说:“毒液是有毒蛋白质的混合物,在整个动物界中进化而来,通常作为杀死或固定猎物的一种方式。” “蛇的口腔毒液系统特别复杂,其毒液的来源仍不清楚。”
在之前的一篇论文中,Barua 及其同事发现,哺乳动物唾液腺和蛇毒腺在一组调节基因中具有相似的活动模式,这表明蛇和哺乳动物都存在毒液进化所需的基础。
“在那篇论文中,我们假设蛇和哺乳动物的祖先中存在一组具有潜在毒力的共同基因。蛇和哺乳动物随后遵循了不同的进化路径,蛇的谱系不断进化,变得多样化,并变得越来越有毒的混合物,并且在哺乳动物的毒液确实会进化,但程度要小得多,但我们想知道的是,哺乳动物和蛇毒中的毒素是否是从共同的祖先基因进化而来的。”
激肽释放酶丝氨酸蛋白酶是一种蛋白质降解酶,在调节血压方面发挥着关键作用。尽管哺乳动物唾液的功能尚不清楚,但它含有少量这种蛋白质。然而,在毒蛇和哺乳动物(如鼩鼱和沟齿鼩鼱)中,这些蛋白质已进化为有毒的。大量注射时,它们可以大幅降低血压,可能导致昏迷甚至死亡。
早期,研究人员注意到蛇毒中的激肽释放酶丝氨酸蛋白酶和哺乳动物唾液中的丝氨酸蛋白酶之间的生化相似性,但科学家直到现在才知道它们是否确实相关。 “有许多不同的丝氨酸蛋白酶具有高度相似性,到目前为止,分离确定进化历史所需的正确基因非常困难,”巴鲁亚指出。
随着基因组学方法的最新进展,研究小组能够识别和比较爬行动物、两栖动物、鱼类和哺乳动物中的所有激肽释放酶,从而创建进化树。
令人兴奋的是,他们发现蛇毒激肽释放酶和哺乳动物唾液激肽释放酶确实是从相同的祖先基因进化而来的。
“这确实是我们假设的有力证据,即毒液是从具有潜在毒力的祖先的共同基因组进化而来的,但最令人惊讶的是,在人类和小鼠中发现的无毒唾液激肽释放酶也从相同的祖先基因进化而来,”巴鲁亚说。
事实上,研究人员发现,哺乳动物唾液中发现的无毒激肽释放酶与蛇中发现的毒液毒素的关系比哺乳动物中发现的其他激肽释放酶更密切。
总的来说,这一证据表明,包括人类在内的哺乳动物的唾液激肽释放酶也有可能进化成有毒的。
但巴鲁亚很快补充说,有一个警告——“仅仅因为我们拥有进化毒液的基础材料,并不意味着它会发生。毒液的生产在能源上非常昂贵,因此必须存在强大的生态压力,人类和动物大多数哺乳动物都没有。”
但他指出,这确实告诉我们,有毒哺乳动物和无毒哺乳动物之间的界限比以前想象的要模糊。