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人类能像毒蛇那样进化出毒性吗?

图片:skeeze / CCO

罗迪奥拉,植物学博士。

评论中说演化论漏洞百出,我不认同。进化论是解释我们星球上生物多样性产生的最好的理论,且可以设计实验证实和证伪。如果聪明的读者有其他优于进化论的理论,我们可以专门讨论。另外,批评一个理论需要列出证据,言语上的争论显然是苍白的。

以下是原答案。


谢邀。

本文首先研究毒蛇的毒液系统是如何演化的,其次分析人类为何没有演化出类似的性状。

I 毒蛇毒液及毒液释放系统的演化

毒蛇的毒性发挥作用需要一套复杂的系统。简单来说,这个系统至少包括中空的毒牙和分泌毒液的毒腺。每一种蛇所产生的毒液实际是不同成分的混合物,可以形象得称其为毒药鸡尾酒。

你可能想不到,上图这个光头是一位科学家,名叫布莱恩·福来伊。他对毒蛇的毒性演化非常痴迷,并开始研究。福来伊收集了很多种毒蛇的毒液,分析了毒液的成分。之后又拿各种毒蛇的毒腺去做 RNA 测序,寻找编码这些毒液的基因。当然,不同的毒液有不同的编码基因。拿到这些基因后,他顺其自然得去寻找这些基因的同源序列,并构建了系统发育树。以一种常见蛇毒——响尾蛇胺为例,构建的系统树如下图。

可见,与这些基因亲缘关系最近的是编码防御素(difensin)的基因,后者主要在蛇胰腺表达,用来抵御外来感染。有趣的是,哺乳动物也会产生防御素,用于同样的目的。换句话说,防御素基因在蛇和哺乳动物的共同祖先这里就已经出现了。在后续的演化过程中,蛇类的祖先发生了很多基因重复事件,这些重复的基因改变了表达的位置及其功能(从胰腺转移到嘴附近;功能从抵御感染到让猎物肌肉溶解),从而产生了毒液。

还有一个例子是澳大利亚的内陆太攀蛇(下图),它的毒液可以短时间致人死亡。编码毒液基因的近缘基因在蛇心脏附近表达,用来调整心肌,让其不要过于紧张。而这些基因在进化成毒液基因的过程中,其功能显着增强,可以迅速让猎物血压降低,导致其死亡。

总之,通过构建很多毒液基因的系统发育关系,发现与其近缘的基因在心脏、大脑和其他器官中发挥重要作用。这些基因通过基因重复产生了多余的拷贝,逐渐演化出毒液基因。

聪明的读者已经看出来了,光有毒液产生的蛇其命运只能是毒死自己。前文已经提到,毒蛇的毒液系统还包括毒腺和毒牙两个重要的部分,他们三者只有紧密配合,才能发挥作用。那这个系统是如何演化出来的呢?

福来伊不太相信这个复杂系统会凭空产生,于是他把目光对准了蛇类的近缘类群。化石证据显示,现代蛇类的共同祖先起源于距今 6000 万年前,鬣蜥和科莫多巨蜥都属于跟蛇类近缘的类群。福来伊惊奇得发现,在这些近缘类群(例如很多巨蜥类)中,其颌的两边生有类似于毒腺的腺体,内藏毒液。更神奇的是,在科莫多巨蜥的毒腺中,发现了和上文提到的内陆太攀蛇的毒液基因近缘的基因序列。这些近缘类群与蛇类的共同祖先可以追溯到 2 亿年前(下图)。换言之,毒液基因并不是在蛇类独有,而是已经演化了数亿年。之后在自然选择的作用下,有些蛇类逐渐演化出了毒牙,让毒液的释放更加具有杀伤力。

II 人类为何没有演化出类似的性状

从上面的例子可以看出两点:1)任何看似复杂的系统并不是凭空产生的,而是由简单的初始设置通过逐步招募基因、优化系统产生的;2)演化只能在已有的基础条件上进行,“巧妇难为无米之炊”。

显然,我们人类与近缘物种的共同祖先(以下简称人祖)并没有给我们提供演化出毒液系统的条件,亦即没有像巨蜥类那样初步的、可以合成不那么毒的毒液的腺体。这是第一个原因:演化的条件不足。

那么,为何蛇类及其近缘种的祖先(以下简称蛇祖)在 2 亿年前开始了这个“毒液工程”,而人祖并没有呢?可能有两种原因:随机因素和自然选择。如果不太相信随机作用对事物的影响,说明人生阅历还不够。自然选择也好理解,产生初级毒液这样的突变在蛇祖和人祖的生存环境适合度不同。因此,第二个原因是:每个谱系不同的生存环境,加上随机作用的影响,导致每一个谱系的演化道路不同。毒液系统并不适合人类,二者没有缘分,也不配。

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