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動物毒素與生存競爭和人類疾病

自然界中，作為生存競爭的基本手段之一，毒液（毒素分子混合物）系統(tǒng)是許多動物的一個重要復雜性狀，并伴隨著動物界的進化歷程不斷地發(fā)生和演化。直到目前，致殘和致死性的產毒動物蜇傷和咬傷仍是危害人類健康的一個全球問題。全球范圍內，每年約有180萬人遭遇蛇傷中毒,其中約有9.4萬人死亡；每年至少有5萬起產毒魚類刺傷導致的中毒事件和超過百萬人被蝎子蜇傷，兒童被蝎子蜇傷后癥狀尤其明顯并有死亡的風險。但是，動物毒素與人類的關系也存在一個從敵人到朋友的轉換。在人類自我認識和與自身疾病作斗爭的過程中，“以毒攻毒“是祖先傳統(tǒng)醫(yī)學的智慧和實踐，而現代科學許多重要的生理病理機制解析和新的臨床治療藥物的成功研發(fā)和上市都得益于動物毒素，這其中包括若干獲得諾貝爾獎的基礎研究重大發(fā)現和全新的大品種藥物。近期，研究者對已知分布于中國的產毒動物資源進行了總結，目前已挖掘的動物毒素的比例只占不到0.1%。目前基因組和蛋白質組研究進展揭示了大量毒素類似蛋白多肽在包括哺乳動物和人在內的動物機體各種組織中表達和分布，文章強調了動物毒素研究所獲得的知識和線索將在這些生理性蛋白多肽的功能和分子機制解析中發(fā)揮重要作用。文章同時比較了動物毒液系統(tǒng)與免疫系統(tǒng)在生物學策略和任務、效應分子起源與進化以及分子構件等方面所呈現的顯著相似形。文章最后指出人類生理機制和疾病機理的解析目前很多是依賴于模式動物進行的，其理論依據是基于人類和模式動物進化上的保守性和相似性。自然界中，毒素是動物生存競爭而產生并通過進化的紐帶所形成的人類對立面。就自然哲學的方法論而言，通過對立面是認識自身的一個有效途徑，因此深入的“知彼“而達到“知己“是為什么人們要研究毒素的根本原因。（Zoo1ogica1 research 2015，http://www.zoores.ac. cn/CN/abstract/abstract3652.shtm1）。

翼手目暗視覺適應性的機制

翼手目（蝙蝠）是夜行性動物，在不同的蝙蝠種類中存在著顯著的感覺分化：食蟲蝙蝠主要依賴回聲定位來導航、捕食，其眼睛退化，而舊大陸果蝠沒有回聲定位能力，其眼睛很發(fā)達，主要依賴視覺和嗅覺來尋找食物。為進一步系統(tǒng)地揭示翼手目暗視覺適應性機制，研究者首先利用錳離子增強磁共振成像（MEMRI）技術掃描蝙蝠大腦結構，對比各種蝙蝠視覺和聽覺系統(tǒng)的結構差異，發(fā)現舊大陸果蝠具有較大的上丘（參與視覺信息處理），其上下丘體積比約3:1，食蟲蝙蝠具有較大的下丘（參與聽覺信息的處理），其上下丘體積比約為1:7，揭示了翼手目動物暗視覺分化的腦結構基礎；隨后，利用閃光誘發(fā)電位技術對蝙蝠的視覺能力進行了量化，發(fā)現它們絕對光感知閾值為：舊大陸果蝠>墓蝠>中菊頭蝠（小蝙蝠亞目，回聲定位），反映這些不同蝙蝠物種的視覺能功能的差異。最后，利用轉錄組測序技術（RNA-seq）對5種蝙蝠的視網膜轉錄組進行測序，從序列變異（正選擇、趨同/平行進化）和表達兩方面進行了適應性信號檢測，并發(fā)現墓蝠眼部基因的轉錄組水平表達模式和狐蝠科更為相近。這項研究從結構、功能和分子機制等多角度系統(tǒng)得闡述了翼手目暗視覺分化的機制，為復雜性狀的適應性機制的研究提供了示范。（Scientific Reports 5: 11531(2015)，doi:10.1038/srep11531）

大熊貓維持異常低能量之謎

以吃素食著稱的大熊貓是食肉目熊科家族中的異類，野生大熊貓幾乎完全以竹子為食。盡管其食性發(fā)生了巨大改變，但大熊貓的腸道依然保持著食肉動物的特征。由于竹子營養(yǎng)和能量低且難以消化，因此大熊貓每天不得不進食大量的竹子才能滿足其生命活動需要。一直以來，科學家懷疑大熊貓的能量代謝率一定非常低，但卻一直未對其做過測定。最近，研究者對野生和圈養(yǎng)大熊貓的能量代謝測定結果表明，大熊貓的能量代謝率的確異常低，幾乎與樹獺相似。通常認為，人類的代謝率已經很低，但一只體重90公斤的大熊貓代謝水平還不足同樣體重的人類的一半。研究發(fā)現，在長期演化過程中，大熊貓的形態(tài)、行為、生理、遺傳和基因組均發(fā)生了適應性改變。在野外，研究者通過給野生大熊貓佩戴GPS頸圈，發(fā)現野生大熊貓每天有超過一半的時間在休息，平均每小時的移動距離也僅20多米，這樣可以節(jié)省大量能量。此外，大熊貓低能量代謝率的秘密還在于其用于調節(jié)能量代謝的甲狀腺激素水平也相當低。研究者還在大熊貓基因組中發(fā)現一個調控甲狀腺激素合成的關鍵基因（DUOX2）發(fā)生了突變，這可能與大熊貓較低的甲狀腺素水平相關。在人類和小鼠中，該基因突變會導致其甲狀腺功能減退。能量代謝率很低帶來的挑戰(zhàn)是大熊貓如何維持恒定的體溫。研究發(fā)現，大熊貓的毛皮很厚，能夠保持體內熱量不易散失，因此其體表溫度很低。熱成像測定表明，大熊貓體表溫度與同樣黑白相間的其他動物如斑馬和斑點狗等相比要低得多。（Science 2015，349：171-174）

澳大利亞物種滅絕的幕后“殺手“

遠離其他大陸的澳大利亞曾經是生命的天堂，自從大約2億年前澳大利亞所在岡瓦納大陸開始與北方的勞亞大陸分離，直到5000萬千前澳大利亞又與南極大陸完全分離，在漫長的地質歷史中，澳大利亞演化出了獨特的生物。然而，隨著人類的到來，為澳大利亞生物的生存帶來了巨大的挑戰(zhàn)。很久以來，澳大利亞超高的物種滅絕率一直是個謎。因為其他地方，物種的滅絕基本源于人類的過度獵殺，或者生存環(huán)境被破壞。但澳大利亞人口稀少，沙漠內陸的大部分地區(qū)都杳無人煙。所以以全球的標準看，它應該是野生動物的天堂。為了解開澳大利亞動物滅絕之謎，澳大利亞的一個研究團隊，通過追蹤1788年首批歐洲人定居澳大利亞后，澳大利亞陸地、海洋哺乳動物的命運，來弄清楚澳大利亞物種滅絕的基本情況和原因。結果顯示，歐洲人定居澳大利亞后，澳大利亞特有的273種陸地哺乳動物中的11%滅絕了，21%的生存受到了威脅。相較而言，北美洲只有一種特有物種在歐洲殖民后滅絕了。而同一時段的世界范圍內，5500種哺乳動物只有1.5%滅絕了。

研究者發(fā)現，曾經在澳大利亞廣泛存在的7個物種，現在只能在沒有野貓和狐貍生活的島上發(fā)現。此外，不同于其他大型哺乳動物滅絕風險最高的地方，澳大利亞瀕臨滅絕的哺乳動物體型都很小。通過分析，研究者發(fā)現澳大利亞很多物種數量的下降與野貓和紅狐的引入同時發(fā)生，而且這兩種動物不僅都獵殺了太多的動物，而且繁衍傳播速度也很快。另一種導致哺乳動物高滅絕速率的原因是國家管理重大火災的方式改變了。過去，澳大利亞土著會定期放小火燒掉易燃的干灌木。但現在這種情況很少了，意味著野火會被更頻繁的誘發(fā)，火勢擴散也更快。這不僅使哺乳動物的食物大量減少，也使它們躲避貓和狐貍的隱蔽場所更少。（www.pnas. org/cgi/doi/10.1073/pnas.1417301112）