蝎子成“狠角色”？食物鏈巧妙化解蝎子的生化武器

生物毒素是產毒動物捕食獵物、防御掠食者、應對競爭所使用的高效生化武器。記者9月1日從中國科學院昆明動物研究所獲悉，該所賴仞研究組與國內外研究者合作，以蝎子參與食物鏈結構的形成與演變為研究范式，從分子水平揭示了食物鏈內在分子博弈的現象和規律，闡明了生物毒素對食物鏈結構和捕食關系產生的重要影響。

昆明動物研究所楊仕隆研究員介紹，生物毒素是產毒動物的一大進化創新，產毒動物的出現對食物鏈的結構產生了影響，產毒動物通過利用這些生化武器“以小博大”，常常在食物鏈中處于高級消費者的地位。在產毒動物存在的食物鏈中，生物毒素通過與響應受體的博弈實現共同進化，而博弈的結果直接決定了食物鏈的結構。

昆明動物研究所和圣路易斯華盛頓大學、浙江大學的研究人員合作，以一種蝎毒為代表，概括性地描述了α毒素與昆蟲或小型哺乳動物等受體肌肉鈉通道的高度親和力。借助嵌合體構建、單分子熒光標記、分子互作結構模擬等技術，他們發現產生這種高親和力的原因是毒素和鈉通道可以形成兩對分子間作用力;同時，毒素可以與細胞膜結合，進一步加強了毒素和鈉通道相互作用的效率。毒素還阻滯了相應結構膜電位變化時的運動，進而阻斷了其快失活門控，產生持續開放的現象。這個精巧的“蛋白-蛋白”相互作用，極大地影響了食物鏈的結構，使蝎子成為威脅從昆蟲綱到哺乳綱動物的“狠角色”。

研究人員還發現，一些兩棲類食蝎動物在食物鏈中處于比蝎子更高等的捕食地位，它們高度耐受蝎毒，在捕食蝎子的過程中不會“中毒”。基于上述的分子相互作用原理，研究人員揭示了食蝎蛙類自身鈉通道關鍵殘基的突變，使α毒素無法與其結合并發揮作用。受體的進化賦予食蝎蛙類抵御蝎毒的能力，巧妙化解了蝎子的生化武器。

這項研究闡明了類似“毒素-受體”共同進化和相互博弈的機制，提示了動態變化構成了產毒動物食物鏈演化的最基本元素。研究成果在線發表在英文期刊《國家科學評論》上。