为什么哺乳动物极少有毒?

Mc少爺



我们经常把脊椎动物的毒液与蛇和鱼联系在一起,而很少把它们与哺乳动物和鸟类联系在一起。



毒液是对蛇和鱼更有利,还是对其他种类更贵或更危险?或者它与进化史有关——毒液对蛇和鱼的血统来说是不是更“进化”?



有毒动物的每一个谱系都独立进化出毒液,然而,最终,它们的毒液相互呼应。这些结果表明,快速杀死猎物或捕食者的方法有限。不管什么基因进化出毒液,它们最终都会和其他毒液非常相似。



据科学家研究表明蛇毒基因比蛇更古老,可能有2亿年历史。虽然毒液是一个很好的优势,但它需要大量投资,而且通常进化缓慢。在一个有锋利爪牙能够撕裂猎物的世界里,毒液可能不是必需的。哺乳动物进化成不使用毒液,尽管早期许多哺乳动物有毒,因为毒液可能不适合它们较高的日常能量需求。原来的毒液基因可能被有效地重新用于其他生物进化过程。



哺乳动物可能很难适应毒液的产生。所以可以想象,更简单的生物有足够的进化时间来获得足够的突变,这就解释了为什么哺乳动物和鸟类几乎没有毒液(虽然鸭嘴兽有毒),有毒的鱼类和爬行动物种类很丰富。



此外,哺乳动物应该有很大的选择性压力,简单生物体中的突变比复杂生物体中的突变更有可能产生可存活的后代,这可能是一个促成因素。


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为什么哺乳动物很少有毒呢?这是一个好问题,的确,除了鸭嘴兽等少数哺乳动物之外,绝大多数的哺乳动物都是没有毒性的,那么这是为什么呢?


如果说大型的哺乳动物因为体型大的原因不需要用毒液来捕食以及自我保护,那么为什么体型小的哺乳动物也很少有毒性呢?或许我们可以很轻松地说出很多种具有毒性的脊椎动物,但是如果谈到了哺乳动物,真正说得出毒性的却并不多,大概5000多种哺乳动物里面只有10来种有毒性,而且这些动物还处于相对边缘的支系上。

其实考古学家通过分析现代哺乳动物的祖先发现,其实哺乳动物的祖先,已经发掘出来的化石表明,很多都具有沟槽牙,这也就意味着哺乳动物也曾经和很多的脊椎动物一样擅长用毒,但是现在的很多物种已经放弃了这一能力,只有某些处于边缘支系上的古老物种还具有这一特性。


对于这种变化,比较认可的观点是哺乳动物作为恒温动物,具有相当高的新陈代谢速率,早期一些体型小的哺乳动物,因为力量有限,很难捕获食物,但是如果用毒的话,很容易捕获到食物,所以那个时候毒性对于哺乳动物而言是很重要的,但是随着恐龙的灭绝,哺乳动物逐渐成为了地球上的霸主,体型越来越大的同时,毒液能够发挥的作用却越来越小了。

因为哺乳动物的体型变大了,它所吃的食物体型也更大了,所需要的毒液也就越多,而捕获食物不单单可以用毒液,还可以用强大的力量,这个时候毒液的弊端就显示出来了,毒液一旦使用过后,很长时间之内不能得到恢复。而如果长期依赖毒液的话,恐怕很多动物得饿死了,因为等到下一次毒液足以毒死体型够大的动物,恐怕得等到几个星期之后,但是没有多少动物能够承受这么长时间的等待的。只是科摩多巨蜥是一个例外,它是有毒性的,但是它毒死一个生物之后,需要几个星期之后才能再次用毒性,可见的是,毒性在大体型动物身上,已经逐渐退化了。


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这是一个非常好的问题!

确实如果我们去看世界上大约5000种哺乳动物,以毒来作为自己生存武器的不超过10种,而且这些生物还并不属于主系生物。到底是为什么呢?我们就慢慢剖析这个问题。

哺乳动物的由来

我们先从哺乳动物的历史来看起,所谓哺乳动物指的是用肺呼吸空气的温血脊椎动物,因能通过乳腺分泌乳汁给幼体哺乳而得名。


哺乳动物在侏罗纪晚期时期,开始登上大自然的历史舞台。

毒液的优点

使用毒液有什么好处呢?很简单意味着你能够以小体型狩猎更大的猎物,这对于没有进化出大体型,强壮肢体的动物来说无疑是最有效的生存方式。

据考古研究的化石发现,其实早期的哺乳动物大多数是有毒的,因为早期哺乳动物在与同时期其它生物相比体型较小,加上自身本就是恒温动物,新陈代谢快,用毒能够捕猎到更大,更多的食物,能够让自己更好的生存下来。

毒液的缺点

既然如此那么为什么哺乳动物不一直用毒呢?作为后来者,我们已经知道了最终哺乳动物成为了历史的主角,地球生物的最高级形态。那么毒液为什么被大多数哺乳动物抛弃了呢?

我们仔细想想毒液的产生,大多数用毒的动物都面临一个问题:那就是毒液的积累!要么就是体内具有特殊功能分化的腺体产生,要么就是食物富集。这两种方法都面临着毒液的积攒需要时间,发作也需要时间,并且毒液对于体型较小,运动较慢的猎物来说是有效的,但对于大体型,快速度的猎物就些许无力。因此对于慢慢进化出更大体型,更强壮四肢的哺乳生物来说,这种捕食方式无疑是低效率的!



换而言之,用毒还不如一巴掌拍死或者一口咬死来的干净利落,并且我们仔细去看用毒的动物都是喜静,代谢慢的生物,而哺乳动物有着更快的新陈代谢和发达的神经系统也带来了强大的力量和敏捷的反应,相比用毒的效率已经不能满足哺乳动物了。

总结

哺乳动物早期的化石上都有着沟槽牙般的结构,这表明哺乳动物早期是用毒的,因为生存的需要,毒液成为了它们的生存利器。但随着不断的发展进化,强大的力量和速度成为了更有效的捕食方式,毒液已经成为发展的累赘,因此就这样被进化所抛弃。


科学认识论


在哺乳动物中,大部分都是无毒的,只有少数几种是有毒的,例如,雄性鸭嘴兽、吸血蝙蝠、沟齿鼠、懒猴(已知唯一有毒的灵长类动物)。而很多有毒的生物大都是卵生动物,最常见的是有鳞爬行动物,例如,毒蛇和毒蜥蜴。

现代的卵生动物体型大都较小,它们需要有相应的手段来在地球上生存,进化出毒腺,能够产生毒素就成了一种选择。因此,有毒动物会利用毒液来作为防御和捕食手段,这是一种很好的生存能力。

然而,毒液需要一定时间才能发挥作用,并且使用过一次之后,需要等待一段时间才能再产生足够的毒液,所以利用毒液来杀死猎物的效率并不高。而哺乳动物的体型较大,很多拥有强健的四肢、锋利的爪子和牙齿,利用强大的力量和速度来捕杀猎物显得简单高效,所以哺乳动物不需要毒腺。有了毒腺之后,哺乳动物还要分出宝贵的能量来产生毒液,这显然不利于生存。

根据化石记录,有毒的动物很早就出现在地球上,目前已知最早的有脊椎有毒动物是一种似哺乳类爬行动物。根据《公共科学图书馆期刊》(PLoS ONE)在2017年刊载的一项研究[1],生物学家发现一种名为Euchambersia mirabilis的似哺乳类动物是地球上最早的有毒动物,它们的唾液中包含强大的毒液。这种动物生活在大约2.6亿年前的二叠纪,它们比最早的毒蛇更早出现1亿年。在恐龙崛起期间,这种有毒动物逐渐走向灭绝。

另外,化石记录也表明,哺乳动物的祖先也是有毒的,随着恐龙的灭绝,哺乳动物的崛起,曾经弱小的哺乳动物不需要毒液也能过得很好。那些有毒腺的哺乳动物大都走向灭绝,所以剩下的哺乳动物大都是没有毒的。

参考文献

[1] Julien Benoit, Luke A. Norton, Paul R. Manger, Bruce S. Rubidge, Reappraisal of the envenoming capacity of Euchambersia mirabilis (Therapsida, Therocephalia) using μCT-scanning techniques, PLoS ONE, 2017, 12(2): e0172047.


火星一号


为什么哺乳动物极少有毒?因为毒素的成本很高,却并不是那么好用。

毒液包含很多蛋白质成分,蛋白质是重要的营养物质,合成蛋白质也需要大量的能量。毒液毫无疑问是奢侈装备,能不用就不用,我们可以找到十个不用毒液的理由。

第一,猎手主攻击,猎物可以堆防御。有毒液就有反毒液,像蛇獴,地松鼠都对毒液有了一定的免疫力。更别提人称平头哥的传奇一哥,没有毒素的辣条怎么吃,搭配老干妈?



第二,基于第一点,毒液刚开始都有一定的经济性,但是随着猎物的不断进化,毒液需求越来越高,否则就无效了。用毒的动物其实压力很大,就怕哪一天制毒三天,只能换来一口肉。太攀蛇咬一口能杀死25万只老鼠,它一辈子也吃不完,这么拼还不是为了能毒死它要吃的猎物。


第三,用毒捕猎是有风险的,猎物中毒了还能跑远,很多毒蛇就会追踪中毒的猎物。万一追踪过去,猎物已经被其它动物吃了呢?如果咬住猎物不放,都能咬死它了,为什么还要用毒?浪费啊,把肌肉再进化一点多好。

第四,哺乳动物是恒温动物,天生更加敏捷,强壮,敏捷强壮也是哺乳动物的生存之道。天下武功,唯快不破,大猫的手段都是一招断喉,或者咬住口鼻让猎物窒息,强悍的物理攻击不需要毒液。被锁喉的动物也很难使用毒液“正当防卫”,牙里有毒也咬不到,所以防御也用不到毒液。


第五,敏捷和强壮是哺乳动物的特点,特点越突出,生存优势越大。在进化的过程中,那些把资源用在肌肉上的哺乳动物淘汰了用在毒液上的哺乳动物。

当然,也有有毒的哺乳动物,比如鸭嘴兽。以上五点适合大多数哺乳动物,因为生存环境的不同,总有例外。


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我觉得这不是一个生物学问题,而是一个数学问题。

毒液的优点和缺点都很容易理解,不用多解释。我们只简单设想一个场景,假如有一种营养丰富的虫子,数量特别巨大,但是体内有剧毒。那么这种剧毒能否长期保护这种虫子呢?我认为不可能。面对这个巨大的食品柜,很快就会有某种捕食者进化出抗毒能力,从而使这种毒素失效。在这种情况下进化出的毒素反倒是一种浪费,白白消耗宝贵的能量。在非洲大草原上,毒蛇数量较多的地方,平头哥已经进化出了百毒不侵之身。可以想象,如果毒蛇数量众多,就会有更多的物种进化出抗蛇毒能力。

防御如此,进攻也是这样,如果有一种优势物种可以利用毒液进攻,对于攻击目标来说,就会有一种强烈的进化压迫,迫使它们进化出相应的抗毒能力。

对于有毒动物来说,其实它们的生态位非常狭窄,只有种群密度非常小的物种,毒液才会对他们有意义。想象一下,如果有种毒毛毛虫非常稀有,一只鸟可能一年也遇不到几次,那么对于鸟类来说,进化出相应的抗毒能力就是一种浪费。所以,毒素只对种群密度低的物种,毒素才能起作用。

恐龙灭绝之后,哺乳动物已经成为绝对优势物种,自然没有利用毒素的空间,所以早期数量众多的有毒哺乳动物逐渐都放弃了毒液。


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首先说,动物有毒还是没毒,都是进化的结果。自然界有很多动物有剧毒,一些昆虫,毒蛇等等,它们的祖先基因变异后,长出用毒的器官,然后生存的很好,这个性状就被保留遗传下来。

哺乳动物为啥很少有毒呢?这也要从进化谈起。哺乳动物应该是从一个祖先种类进化开来,而第一个哺乳动物应该是无毒的类型,因此根据路径依赖的原理,它的变异的后代大概率也不带毒基因。这倒不是说哺乳动物就进化不出毒性。哺乳动物存在于地球上的时间不到2亿年,时间还不够长。只要时间足够,哺乳类照样能够变异出有毒的类型。


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首先在回答这个问题之前,我们要搞清楚另外一个问题,就是毒这个东西到底有什么用,答案是为了生存。

而在动物生存的基本条件当中,食物是最为关键的一环,所以从某种角度上来说,毒素的作用就是帮助一些物种,更有效和更简单的获取食物。

但问题又来了,什么样的动物需要毒素呢?答案是体型比较小,动作比较慢的动物,因为对于自然界来说,体型往往决定了战斗力的高低。

而战斗力越强的动物,就越不需要毒素这个东西,因为毒素的产生需要时间的积累,如果要毒死那些体型比较大的猎物,就需要花费漫长的时间去累积足够多的毒液。


那么对于那些体型较大的动物来说,与其慢慢的累积足够多的毒液,不如一刀剁死简单粗暴效率高。

所以像老虎,狮子,狼,熊等这样的大型动物,演化出锋利的爪牙和粗壮的四肢才是正确的进化方向,而且就算一些体型巨大的蛇,也是依靠粗壮的身体去勒死猎物。

最后哺乳动物的大发展,是从恐龙灭绝之后出现的,由于哺乳动物迅速的占据了恐龙留下的生态位,体型得到了巨大的发展,所以毒素这个东西只会慢慢成为累赘。

而且随着体型的变大,哺乳动物的新陈代谢会加快,同时神经系统也会更发达,但这时候哺乳动物对于食物需求也会增加,它们根本就没有时间去累积毒素,所以毒素只能慢慢被淘汰......


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动物进化史上可能出现过有毒的哺乳动物动物,但是因为不能适应自然界而灭绝了,至于原因是什么呢?小奶猫小奶狗吃奶的时候都会咬母亲乳头的对吧,如果咬的时候放一口毒,那么猫妈妈不就中毒死了吗,猫妈妈死了,小奶猫也就饿死了,所以有毒的哺乳动物无法繁殖下一代


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