為什麼有些動物能吃毒素卻不會死？

卡塔琳娜·齊默（Katarina Zimmer）

2025年11月19日週三下午4:06

加州地松鼠已經進化出一系列應對響尾蛇毒液的防禦機制。 [Getty Images]

會吞食含致命毒素物種的生物，已經演化出一套巧妙的策略來活下去。

這10條蛇面臨艱難的處境。

牠們來自哥倫比亞亞馬遜，在圈養中已有好幾天沒吃東西，然後被餵食了極其令人反胃的獵物：三條紋箭毒蛙（Ameerega trivittata）。牠們的皮膚含有致命毒素——如戲蛙毒素（histrionicotoxins）、類毒素（pumiliotoxins）和十氫喹啉（decahydroquinolines）——會干擾細胞中必需的蛋白質。

六條皇家地蛇（Erythrolamprus reginae）寧願挨餓。另外四條更大膽，直接滑行上前捕殺。但在吞下獵物之前，它們把青蛙在地上拖來拖去——加州大學柏克萊分校的生物學家瓦萊里婭·拉米雷斯·卡斯塔涅達（Valeria Ramírez Castañeda）及其同事記錄到，這與某些鳥類會把獵物身上的毒素擦掉的做法相似。

四條蛇中有三條存活下來——顯示牠們的身體能處理殘留的毒素。

生物使用致命分子殺戮彼此已長達數億年。最早是利用化學物質來鏟除競爭者或攻擊入侵宿主細胞的微生物；接著是動物，用來殺獵物或嚇退掠食者；植物則用來對抗食草動物。作為回應，許多動物演化出存活這些毒素的方法，有時甚至將毒素儲存起來用於反擊。

科學家開始揭開這些創意十足的抗毒防禦方法，希望藉此找出更好的治療人類中毒的方法。加州大學柏克萊分校演化生物學家麗貝卡·塔文（Rebecca Tarvin）說，更重要的是，他們正在了解一種悄悄塑造生物群落的力量。

塔文曾監督蛇類實驗並在《2023年生態、演化與系統學年鑑》中撰寫相關策略。「只需要毫克級的單一化合物，就能改變整個生態系中的所有互動。」塔文說。

生物戰

物種以多種方式變得有毒。有些會自行製造毒素：例如蟾蜍科的蟾蜍會產生稱為強心苷（cardiac glycosides）的分子，這種分子會阻止一種叫做鈉鉀幫浦（sodium-potassium）的蛋白質將離子泵入和泵出細胞。而這種離子輸送對維持細胞體積、肌肉收縮以及神經訊號傳遞至關重要。

其他動物體內寄宿著能產毒的細菌——例如河豚，吃下牠們含河豚毒素的肉可能致命。

還有許多動物透過食物取得毒素——例如毒蛙，牠們吞食含毒昆蟲和蟎類；包括那種被餵給地蛇的青蛙。

隨著一些動物演化成有毒，牠們也重塑自己身體以避免自我中毒。牠們所吃的生物，或吃牠們的生物，也發生了同樣的事情。這些適應機制中研究得最深入的，是那些通常會被毒素癱瘓的蛋白質的變化，讓它們產生抗性。例如，以富含強心苷的馬利筋為食的昆蟲，已演化出強心苷無法結合的鈉鉀幫浦。

但德國漢堡大學分子生物學家蘇珊娜·多布勒（Susanne Dobler）說，改變一個重要分子可能會為動物帶來問題。她對以馬利筋種子為食的大馬利筋蝽象進行了研究，發現這種幫浦對糖苷的抗性越強，其效率就越低。而這對於神經細胞來說尤其成問題，因為這種幫浦在神經細胞中至關重要。

這種蟲子似乎已經進化出應對問題的方法。在2023年的一項研究中，多布勒及其同事研究了這種生物體內三種版本幫浦的抗毒性。他們發現，功能最強大的版本——存在於大腦中——也是最容易被毒素影響的那一種。多布勒表示，乳草蝽象一定進化出了其他方法來保護大腦免受糖苷類毒素的侵害。

多布勒推測可能涉及稱為ABCB運輸蛋白的分子：這些蛋白位於細胞膜上，負責把廢物與不需要的物質排出細胞。她發現某些天蛾利用位於神經組織周圍的ABCB運輸蛋白，將強心苷排出細胞外。或許乳草蝽象也發揮類似的作用。

多布勒同時也在測試另一個假設：許多昆蟲的腸道細胞膜上擁有ABCB運輸蛋白，阻止有毒物質進入體內。這可能解釋為什麼以富含強心苷的鈴蘭為食、亮紅色的洋蔥葉蟲似乎完全不受毒素影響，只是把毒素排出體外。2023年多布勒的報告指出，這些糞便還有驅逐掠食性螞蟻的好處。

對皇家地蛇來說，肝臟似乎是關鍵。塔文的團隊從細胞培養實驗中發現，蛇肝臟萃取物中的某些成分，可抵禦三條紋箭毒蛙的毒素。團隊推測，蛇可能有酶可以將致命物質轉變成無毒形式，就像人體能代謝酒精和尼古丁一樣。蛇肝臟也可能含有某些蛋白質能與毒素結合，使其無法與目標結合——像海綿般吸附。科學家已在某些毒蛙的血液中發現此類「毒素海綿」蛋白，讓牠們能抵抗從食物中獲得的致命麻痺性貝類毒素和生物鹼毒素。

加州地松鼠似乎也用類似方法保護自己免受響尾蛇毒液攻擊。響尾蛇毒液是由數十種毒素構成的混合物，會破壞血管壁、阻止血液凝固等。地松鼠的血液含有可阻止某些毒素的蛋白質——這些蛋白質類似響尾蛇自身所使用的，用來防止毒液在牠們的專門毒腺之外造成傷害。

不同蛇群的毒液成分各異，而密西根大學演化生物學家馬修·霍爾丁（Matthew Holding）有證據顯示，地松鼠的抗蛇毒蛋白組合是為對付當地蛇種量身打造。

這類防禦並非萬無一失。霍爾丁說，響尾蛇會不斷演化出新的毒液來對付適應了的松鼠，而即使是響尾蛇，若注射足量自己產生的毒液也會死亡。

這就是為什麼動物，即便有抗性，也會在第一道防線上盡量避免毒素。因此有地蛇拖曳青蛙的行為，也有某些烏龜只吃有毒蠑螈的腹部皮與內臟，而避開致命的背皮。甚至像帝王蝶幼蟲這類對強心苷有抗性的昆蟲，也會咬破馬利筋的葉脈，先排出毒液再開吃。

利用毒素

許多動物還會找到安全之地攝取毒素並加以利用。比如虹彩狗毒蟲（dogbane beetle），牠從寄主植物取得強心苷，然後——可能透過ABCB運輸蛋白——把它們搬運到背部作為防禦。「如果你惹毛這些甲蟲，你會看到牠們的翅鞘，也就是背部表面，冒出小小的液滴。」多布勒說。

透過這類毒素借用，有些昆蟲開始依賴寄主植物才能生存。帝王蝶與馬利筋之間的關係就是典型例子——也是這些緊密連結能產生深遠影響的典型案例。

在2021年的一項研究中，加州大學柏克萊分校的演化生物學家暨遺傳學家諾亞·懷特曼（Noah Whiteman）與同事找出了四種已演化出能耐受強心苷、得以以帝王蝶為食的動物。其中之一是黑頭大嘴雀，一種會在墨西哥山頂冷杉林中以帝王蝶為食的鳥類——這些森林是蝴蝶南遷越冬的棲地。

懷特曼說，想想看：一種在安大略省草原上的乳草植物中合成的毒素，竟然幫助塑造了一種鳥類的生物學特性，使它能夠在數千英裡外的森林中安全覓食。「這真是太神奇了，」他說，「這種小分子經歷了漫長的旅程，並對進化產生了如此的影響。」

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