蛇毒的复杂性是由饮食决定的

饮食的多样性对响尾蛇、铜斑蛇和棉嘴蝮蛇的毒液的复杂性起到了一定的作用。

但是克莱姆森大学科学家的最新合作研究发现，一条蛇所吃的猎物物种的数量并不能驱动毒液的复杂性。更确切地说，是猎物物种在进化上彼此之间的距离有多远。

“导致蛇毒变异的不仅仅是饮食。科学院生物科学系教授克里斯托弗·帕金森说：“这是饮食的广度。”如果一条蛇吃掉20种不同的哺乳动物，它的毒液就不会很复杂。但如果它吃蜈蚣、青蛙、鸟和哺乳动物，它将有一种高度复杂的毒液，因为毒液的每一种成分都会影响到蛇所捕食的不同动物的某些不同的东西。

美国国家科学院学报发表了一篇题为“系统发育多样性饮食有利于更复杂的毒液”的论文北美毒蛇。“这项研究可以产生更好的抗毒液，并作为其他蛇类研究人员的饮食数据库。”

“毒蛇咬伤是一种被忽视的热带疾病。在美国，它不会导致很多人死亡，每年只有8人左右。但它会导致神经和组织损伤等持久性损伤。即使我们有很好的抗毒血清，他们肯定会更好。马修·霍尔德说：“我们制作了一个美国所有物种的毒液库，其详细程度比以前更高，因此有兴趣改进抗毒液的其他人可以利用这些信息。”，前克莱姆森博士后研究员，论文的主要作者。

Holding与克莱姆森、佛罗里达州立大学、墨西哥和巴西的研究人员合作，研究了46种北美斑蝰的毒液和饮食，包括生活在美国的所有斑蝰。他们接着利用这些物种的饮食信息来理解为什么有些毒液很简单，而另一些则非常复杂。

毒液中含有的蛋白质共同起着使猎物丧失能力的作用。霍尔德现在是佛罗里达州国家科学基金会博士后研究员，他说：“你可以把毒液想象成蛇的工具箱。”扳手、套筒和螺丝刀各有不同的用途。同样，当毒液注入老鼠、蜥蜴、蜈蚣或蛇正在吃的任何猎物时，每种蛋白质都有不同的功能。有些还有很多。霍尔德解释说：“我们想从进化的角度来理解为什么会这样。”

研究人员从北美各地的响尾蛇和棉嘴蛇身上采集毒液和毒腺样本。他们利用新一代测序技术生成了迄今为止最大的蝰蛇蛋白质组和毒腺转录组数据集。

研究人员利用自然历史标本，将毒液复杂性与蛇类的饮食进行了比较。

“基于自然历史标本的猎物数据库至关重要，因为我们可以如果没有那些博物馆的藏品，我是不会做这项工作的。“没有蛇，我们不可能建立一个比较系统发育的框架来比较蛇的饮食和进化史，”帕金森说，他在农林生命科学学院的林业和环境保护系有双重任命蛇食的系统发育多样性，包括简单和复杂毒液的进化。这项研究表明，猎物物种之间的差异程度对目标毒液的进化至关重要，而不仅仅是猎物物种或主要分类群之间的差异，不管它们在系统发育上是如何相关的。

以前的一些研究已经暗示，饮食可能会导致蛇毒的变异。这个项目利用了250多条蛇的毒腺基因数据，这是迄今为止任何其他研究中密度最大的样本。研究人员还编制了详细的猎物项目数据库。结合这些数据有助于理解毒液变异的原因。

“因为我们使用下一代测序工具，我们可以做的不仅仅是计算毒液中的成分数量。霍尔德说：“我们可以更接近这些分类群中促成这一特性的基因序列，这是以前从未做过的。”研究表明，饮食多样性预测了蝰蛇毒液中四大毒液基因家族中三个家族表达的复杂性。丝氨酸蛋白酶、金属蛋白酶和磷脂酶之间存在正相关关系，这意味着蛇的饮食越多样化，其毒液就越复杂。但是饮食对c型凝集素没有同样的影响。饮食多样性占毒液复杂性变化的25%到40%。

“我们为其他研究人员提出了新的问题，例如，为什么c型凝集素与饮食多样性的关系模式不同于其他基因家族，是什么解释了毒液复杂性剩下的四分之三的变化，我们无法解释这些变化，”Holding说。

因为蛇毒衍生的药物被用于治疗心脏病、高血压和血栓在人类身上，科学家对毒液的了解越透彻，他们就越有可能利用毒液来制造人类药物。但让我们兴奋的是，我们会问，‘为什么一开始就有这么多种类的蛇，在这些蛇里面，为什么有这么多种类的毒液对猎物或人有这么多影响？’Holding说。

这个项目得到了国家科学基金会和圣保罗州宪法权利保护基金会的支持。内容仅由作者负责，不一定代表支持组织的官方观点

Journal Reference:

Matthew L. Holding, Jason L. Strickland, Rhett M. Rautsaw, Erich p. Hofmann, Andrew J. Mason, Michael p. Hogan, Gunnar S. Nystrom, Schyler A. Ellsworth, Timothy J. Colston, Miguel Borja, Gamaliel Castañeda-Gaytán, Christoph I. Grünwald, Jason M. Jones, Luciana A. Freitas-de-Sousa, Vincent Louis Viala, Mark J. Margres, Erika Hingst-Zaher, Inácio L. M. Junqueira-de-Azevedo, Ana M. Moura-da-Silva, Felipe G. Grazziotin, H. Lisle Gibbs, Darin R. Rokyta, Christopher L. parkinson. phylogenetically diverse diets favor more complex venoms in North American pitvipers. proceedings of the National Academy of Sciences, 2021; 118 (17): e2015579118 DOI: 10.1073/pnas.2015579118