剧毒动植物,殊途同归

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(文/Ed Yong)如果说“氰化物两吃”不甚可口,那么你最好也离百脉根(学名Lotus corniculatus, 俗称bird’s-foot trefoil)远点。这种看似平凡,在欧洲、亚洲和非洲都很常见的花儿,叶子里却满是剧毒的氰化物。而且它身上还常常爬着斑蛾的幼虫,幼虫体内也含有一种剧毒氰化物。

昆虫体内的毒素与植物所含毒素在化学成分上完全相同,并且制造方式也一模一样。但两个物种通过基因上的变异,各自独立进化出了制造氰化物的能力。由哥本哈根大学的尼尔斯•布杰格•延森(Niels Bjerg Jensen)做出的这项发现是趋同进化的绝佳范例。也就是说,两个物种来到了生命的舞会,却不小心撞衫了。

最近的几项研究表明,趋同进化的的根源十分深奥。许多动物通过修改同样的基因,可以达到相同的适应效果。响尾蛇和蟒调整了相同的基因,从而获得了感知身体热量的能力。三种沙漠蜥蜴通过在同一基因上的不同突变,进化出了白色的皮肤。两种电鱼的发电能力也有相同的基因基础。

这些例子是很好理解的,毕竟涉及到的物种在亲缘关系上并没有太远。更惊人的例子也许是蝙蝠和鲸通过在同一基因上的突变进化出声纳功能,或者是毒地鼠与蜥蜴用同样方式进化出毒蛋白。但百脉根和蛾子的氰化物基因让趋同进化上升到了更高的台阶,因为它们来自完全不同的动物界和植物界,却也能趋同进化!

当斑蛾幼虫吃掉百脉根叶片时,它们能将其中的氰化物吸收供自己使用。受到天敌威胁时,它们就会分泌出含有毒素的黏液滴。但除了“偷”百脉根的毒素,它们自己也可以制造毒素。

无论是斑蛾幼虫还是百脉根都含有两种氰化物——亚麻苦苷和百脉根苷。它们的来源平淡无奇,都是从缬氨酸和异亮氨酸合成的,这些氨基酸也是组成生命的基石。百脉根有三个基因负责将这些无害的原料转化为致命的产品。延森在斑蛾幼虫的皮肤中寻找同类基因,发现它们也是用与百脉根类似的三个基因来制造亚麻苦苷和百脉根苷的。

延森发现,斑蛾幼虫和百脉根制造的蛋白形状相似,尽管制造蛋白的基因序列有所不同。斑蛾幼虫的三个基因与蚕的基因联系更紧密,而百脉根的基因与水芹的更为类似。这说明基因并不是从一个物种迁移到另一个物种的,它们各自独立进化出了制造毒素的能力。

类似的跨越生物学中“界”的趋同进化现象还有一些,包括植物和真菌进化出用同样原料制造出同样产物的机制,但这些机制总是有差异的。相比之下,斑蛾幼虫和百脉根从氨基酸制造出氰化物利用的是完全相同的化学反应,即便在进化上它们早已在14亿年前就分道扬镳了。

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博主介绍:
Ed Yong,著名科学作者。他白天在英国癌症研究中心上班,晚上回家写他自己的科普博客Not Exactly Rocket Science。他的文章被众多知名刊物采用,包括New Scientist, Nature, the Economist, the Guardian, the Daily Telegraph以及SEED等。

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