從祖先添加還是統壹？由於構成蛇毒毒性的蛋白質種類繁多，即使是同壹物種的不同個體也存在壹定的差異，因此蛇毒蛋白質及相關基因的進化過程壹直是學術界希望解決的問題。從基因的角度分析時，必須從兩個層面來看:壹是物種進化過程中，遺傳密碼發生了哪些變化；另壹方面，個體在基因轉錄和翻譯過程中選擇表達哪些基因[註4]。在毒液蛋白基因差異方面，推測基因在復制過程中會發生隨機突變，通過自然選擇會保留好的突變[註5]；但Dowell等人在2016發表的研究並不支持這種說法。由於不同物種的響尾蛇的PLA2毒素可能進化成不同的毒性，如神經毒性、肌肉毒性或血液毒性，Dowell等人選擇這種蛋白質作為目標，對小盾響尾蛇、西部菱背響尾蛇和東部菱背響尾蛇的PLA2基因進行測序。在將結果與其他團隊的數據進行比較後，他們認為響尾蛇很可能有壹個擁有所有毒素基因的祖先，它們各自的基因型都是通過刪除不同的基因形成的，在這個過程中沒有新的基因產生。研究小組還發現，壹些沒有神經毒素的響尾蛇實際上保留了相應的基因，但它們並不在毒液中表達[註6]。
響尾蛇為什麽要棄武？Dowell等人指出，具有所有毒素基因的響尾蛇的祖先存在於約2200萬年前，研究中選取的三個品種是在400萬年至700萬年前基因缺失後獨立分支出來的。因為沒有實際樣本，我們無法知道2200萬年前響尾蛇毒液是否真的很厲害，但今天物種的毒液基因逐漸減少可能更有助於適應變化的環境。其實不只是響尾蛇。在分析了過去其他蛇類的PLA2基因後，林奇也發現PLA2基因中無用或不必要的部分確實會隨著獵物屬性的變化而逐漸消失[註7]。
與其無用的基因敲除，為什麽不把所有的基因都保留下來以備不時之需呢？科學家推斷可能與能量消耗有關。證據是毒蛇分泌毒素後代謝率會顯著增加，這意味著合成毒素是壹項相當耗能的活動[註8]；另外，很多響尾蛇會根據獵物的大小來調整毒液的分泌量【註9】，可見毒液的量像子彈壹樣是有限的，必須珍惜。因此，當響尾蛇的飲食習慣逐漸改變，並專註於特定的獵物時，如果我們能停止制造不必要的毒素成分，我們就能保留更多的能量。
另壹方面，由於敵人和獵物會逐漸產生抗毒性，毒蛇不得不分泌更多的毒液來達到效果；這時候，能集中資源產生大量特定毒素的響尾蛇品種，就壹定能突破獵物的抗毒性，存活下來。類似的情況在自然界並不少見。比如南極冰魚發展出不依賴紅細胞的代謝系統後，體內只剩下血紅素A基因，血紅素B基因被刪除[註10]；穴居魚在黑暗中生活時拋棄視蛋白基因[註11]；並且隨著高等靈長類動物三色視覺的發育，嗅覺基因逐漸進化為無功能假基因【註12】。從這個角度來看，雖然保留基因多樣性可以靈活應對各種環境變化，但基於特定的考慮，讓壹些基因退化未必是壞事；甚至這種得與失的情況也是大自然能夠長久保持平衡的原因。
參考文獻:1.changmc等血1998；91:1582-9.2.Hati R等人，毒性評論1999；29:1-19.3.Aird SD等生物化學1985；24:7054-8.4.美國國家科學院院刊2014；111:9205-10.5.Malhotra A等人Toxicon 2015；107:344-58.6.Dowell NL等人，當代生物2016。doi:10.1016/j . cub . 2016.07 . 038。【印刷前的Epub。林奇VJ。BMC Evol Biol 20077:2.8.麥庫埃馬裏蘭州科佩亞2006:818-25。9.Galán JA等人，Toxicon，2004年；43:791-9.10.Cocca E等美國國家科學院院刊1995；92:1817-21.11.楊等；14:1.12.Gilad Y等人《公共科學圖書館生物學》2004年；2:E5。
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