鸟类羽毛上含有神经毒素

在新几内亚的丛林探险中发现了两种新的有毒鸟类。这些鸟类的基因变化使它们携带了一种强大的神经毒素。

　　

这种有毒的鸟类栖息在地球上最原始的热带雨林之一，一个世界上最具异国情调的地方。听到“有毒”和“鸟”这两个词，大多数人都会大开眼界。但是有毒的鸟类确实存在。现在，在新几内亚的丛林中发现了更多的物种。

“我们在最近的一次旅行中发现了两种新的有毒鸟类。丹麦自然历史博物馆的Knud Jønsson说:“这些鸟含有一种它们既能耐受又能储存在羽毛中的神经毒素。”

约翰森和UCPH的研究员Kasun Bodawatta一直在进行一场印第安纳琼斯式的研究之旅，在新几内亚雨林令人惊叹的生物多样性中，他们冒着生命危险经常与交战的部落人和前食人族交战。在这里，他们捕获了两种新的鸟类，每一种都发展出了食用有毒食物的能力，并将其转化为自己的毒药。研究人员发现的两种有毒鸟类是摄食惠斯勒(Pachycephala schlegelii)，属于一个鸟类家族，分布广泛，在整个印度-太平洋地区都很有名，歌声很容易辨认，另一种是红颈钟鸟(Aleadryas rufinucha)。

“我们真的很惊讶地发现这些鸟有毒，因为在过去20多年里没有发现新的有毒鸟类。特别是，因为这两种鸟类在这个地区非常常见，”Knud Jønsson说。

神经毒素引起肌肉痉挛

大多数人都熟悉南美和中美洲的标志性毒箭蛙，尤其是金毒蛙。这些体型小巧、色彩鲜艳的两栖动物只要轻轻一碰，就能杀死人类。在新几内亚发现了两种新的有毒鸟类，它们的皮肤和羽毛中携带着相同类型的毒素，这表明青蛙毒素比以前认为的更广泛这些鸟的身体和羽毛中的毒素被称为Batrachotoxin。它是一种极其强大的神经毒素，高浓度时，比如在毒蛙皮肤中发现的毒素，几乎在接触后立即导致肌肉痉挛和心脏骤停。这种鸟的毒素与青蛙体内的毒素是同一类型，是一种神经毒素，通过迫使骨骼肌组织中的钠通道保持开放，可以导致剧烈抽搐，最终死亡。

就像切洋葱，但用的是神经毒剂

南美毒箭蛙用它们的毒素来保护自己免受捕食者的伤害。虽然新几内亚鸟类的毒性水平不那么致命，但它仍可能是一种防御目的，但对鸟类的适应意义尚不确定。

“当他们发现我流鼻涕、流眼泪时，克努德以为我很伤心，在旅途中过得很艰难。事实上，我只是坐在那里从皮托辉鸟身上提取羽毛样本，皮托辉鸟是地球上最毒的鸟类之一。从网中取出鸟类并不坏，但当需要在密闭环境中采集样本时，你的眼睛和鼻子会感觉到一些东西。这有点像切洋葱——但我想是用神经毒剂，”Bodawatta笑着说。

“当地人不喜欢吃辣的食物，对这些鸟敬而远之，因为据他们说，它们的肉在嘴里像辣椒一样辣。事实上，这也是研究人员第一次意识到它们的原因。抓住其中一个就能感觉到毒素。这感觉有点不愉快，而且长时间坚持一个并不是一个有吸引力的选择。这可能表明，在某种程度上，毒素可以威慑那些想要吃它们的人，”Jønsson解释说。

自己制造毒素

在生物学上，动物释放毒药的两种方式是有区别的。有些有毒的动物会在体内产生毒素，有些则会从周围环境中吸收毒素。和青蛙一样，鸟也属于后者。据信，这两种食物都会从食物中摄入毒素。在一些鸟类的胃里发现了含有这种毒素的甲虫。但毒素的来源还有待确定。

是什么让这些鸟体内含有毒素而不受伤害呢?研究人员从毒箭蛙身上得到灵感，它们的基因突变阻止毒素保持钠通道畅通，从而防止抽筋。

“所以，调查这些鸟类是否在相同的基因中有突变是很自然的。有趣的是，答案是肯定的，也不是。这种鸟类在调节钠通道的区域发生了突变，我们预计这使它们能够耐受这种毒素，但不是在与青蛙完全相同的地方，”Bodawatta说。

因此，这些对鸟类的研究表明，虽然它们的神经毒素与南美毒箭蛙的神经毒素相似，但鸟类的抵抗力和携带这种毒素的能力是独立于青蛙的。这就是生物学家所说的趋同进化的一个例子。

在基础研究之外的适用性

这项基础研究将主要有助于更好地了解新几内亚的鸟类，以及不同的动物物种如何不仅获得对毒素的抵抗力，而且将它们作为一种防御机制。这项研究的其他方面也有可能帮助普通人。随着时间的推移，鸟类征服的毒素与其他毒素密切相关，比如导致贝类中毒的毒素“显然，我们不能声称这项研究已经发现了贝类中毒或类似中毒的圣杯，但就基础研究而言，这是一个小小的谜团，可以帮助解释这些毒素如何在细胞和体内起作用。以及某些动物的身体是如何进化到能够忍受它们的，”Knud J?nsson说

进化军备竞赛

根据研究人员的说法，这些有毒的鸟类是自然界中持续不断的进化军备竞赛的一种表现。它从食物链的底层甲虫、昆虫和其他无脊椎动物开始。随着时间的推移，其中一些会产生毒性以避免被食用。也许它们还会获得一种特殊的颜色，作为一种警告。这反过来又使它们能够从木头和岩石下的藏身之处冒险出来。

“然后，捕食者反击，突然，鸟类可以不顾一切地吃掉它们。捕食者也获得了一种对毒素有抵抗力的突变。这给了鸟类一个优势，并开辟了一个全新的食物来源，这是它的生态系统竞争对手无法获得的。因此，显然有一场军备竞赛正在进行，甲虫需要再次爬回岩石下，直到几百万年后它们发展出下一步行动，随后，已经进化出吃有毒食物能力的鸟类本身也变得有毒，可能能够抵御食物链上游的捕食者。因此，竞争沿着链条继续。这是一种进化——任何事情都可能发生，但往往需要很长时间。”Batrachotoxin这个名字来自希腊语中的Batrachos，因此是青蛙毒素的意思。它因在毒箭蛙中被发现而得名。它是已知最强大的神经毒素之一，毒性是士的宁的250倍。

Batrachotoxin的工作原理是迫使骨骼肌中的钠通道锁定在一个开放的位置。这会导致肌肉极度痉挛，并可能导致死亡。UCPH的新研究表明，适应毒素的动物可能需要改变毒素结合的电压门控钠(NaV)通道。这种鸟与金毒蛙在相同的区域有突变，但具体的变化是不同的。

事实:生物趋同性

趋同进化是指来自不同进化系的生物在很长一段时间内暴露在相似的生存条件下，并以相似的方式适应。以新几内亚的毒鸟和南美的毒箭蛙为例，它们的共同祖先可以追溯到很久以前——大约3亿年前。它们也都有没有这种特征的亲戚。这些物种的突变发生在骨骼肌钠通道的相同部位，但它们并不相同。因此，新的研究表明，它们对巴拉克毒素的抗性以类似的方式出现，但是独立的。其他趋同进化的例子包括鲨鱼和海豚的形状，或者人的眼睛和章鱼的眼睛之间的相似性。或者鸟类、蝙蝠和昆虫的翅膀。

新几内亚

这个世界第二大岛拥有高度集中的生物多样性，尤其是植物，其多样性超过地球上任何其他岛屿。这里还发现了800多种鸟类。这在很大程度上是由于世界上最未受干扰的热带雨林之一，覆盖了该岛近65%的面积。新几内亚的人口也非常多样化。在这个世界上最大的热带岛屿上，有超过1000个不同的民族和几乎同样多的不同语言。800000平方公里)。这个岛屿被分为西部的印度尼西亚和东部独立的巴布亚新几内亚，在那里进行了实地研究。

Kasun H. Bodawatta, Haofu Hu, Felix Schalk, Jan‐Martin Daniel, Gibson Maiah, Bonny Koane, Bulisa Iova, Christine Beemelmanns, Michael Poulsen, Knud A. Jønsson. Multiple mutations in the Nav1.4 sodium channel of New Guinean toxic birds provide autoresistance to deadly batrachotoxin. Molecular Ecology, 2023www.sciencedaily.com/releases/2023/03/230331120619.htm (accessed April 2, 2023).