蝎子咋成了“狠角色”？食物链暗藏“蛋白质博弈”

2019-09-02 来源：科技日报

生物毒素是产毒动物捕食猎物、防御掠食者、应对竞争所使用的高效生化武器。记者9月1日从中国科学院昆明动物研究所获悉，该所赖仞研究组与国内外研究者合作，以蝎子参与食物链结构的形成与演变为研究范式，从分子水平揭示了食物链内在分子博弈的现象和规律，阐明了生物毒素对食物链结构和捕食关系产生的重要影响。

　　昆明动物研究所杨仕隆研究员介绍，生物毒素是产毒动物的一大进化创新，产毒动物的出现对食物链的结构产生了影响，产毒动物通过利用这些生化武器“以小博大”，常常在食物链中处于高级消费者的地位。在产毒动物存在的食物链中，生物毒素通过与响应受体的博弈实现共同进化，而博弈的结果直接决定了食物链的结构。

　　昆明动物研究所和圣路易斯华盛顿大学、浙江大学的研究人员合作，以一种蝎毒为代表，概括性地描述了α毒素与昆虫或小型哺乳动物等受体肌肉钠通道的高度亲和力。借助嵌合体构建、单分子荧光标记、分子互作结构模拟等技术，他们发现产生这种高亲和力的原因是毒素和钠通道可以形成两对分子间作用力；同时，毒素可以与细胞膜结合，进一步加强了毒素和钠通道相互作用的效率。毒素还阻滞了相应结构膜电位变化时的运动，进而阻断了其快失活门控，产生持续开放的现象。这个精巧的“蛋白-蛋白”相互作用，极大地影响了食物链的结构，使蝎子成为威胁从昆虫纲到哺乳纲动物的“狠角色”。

　　研究人员还发现，一些两栖类食蝎动物在食物链中处于比蝎子更高等的捕食地位，它们高度耐受蝎毒，在捕食蝎子的过程中不会“中毒”。基于上述的分子相互作用原理，研究人员揭示了食蝎蛙类自身钠通道关键残基的突变，使α毒素无法与其结合并发挥作用。受体的进化赋予食蝎蛙类抵御蝎毒的能力，巧妙化解了蝎子的生化武器。

　　这项研究阐明了类似“毒素-受体”共同进化和相互博弈的机制，提示了动态变化构成了产毒动物食物链演化的最基本元素。研究成果在线发表在英文期刊《国家科学评论》上。