Venom

Venom or zootoxin is a type of toxin produced by an animal that is actively delivered to other animals through a wound by means of a bite, sting or similar penetrative action,^[1][2][3] usually via a specially evolved venom apparatus, such as fangs or a stinger, in a process called envenomation.^[2] Venoms are often distinguished from poisons, which is passively delivered by being ingested, inhaled, or absorbed through the skin;^[4] and toxungen, which is actively transferred to the external surface of another animal via a physical delivery mechanism.^[5]

Venom has evolved in terrestrial and aquatic environments and in a wide variety of animals: both predators and prey, and both vertebrates and invertebrates. Venoms kill through the action of at least four major classes of toxin, namely necrotoxins and cytotoxins, which kill cells; neurotoxins, which affect nervous systems; myotoxins, which damage muscles; and haemotoxins, which disrupt blood clotting. Venomous animals cause tens of thousands of human deaths per year.

Venoms are often complex mixtures of toxins of differing types. Toxins from venom are used to treat a wide range of medical conditions including thrombosis, arthritis, and some cancers. Studies in venomics are investigating the potential use of venom toxins for many other conditions.

The use of venom across a wide variety of taxa is an example of convergent evolution. In animals, venom usage has evolved independently at least 104 times, across 8 phyla.^[6] It is difficult to conclude exactly how this trait came to be so intensely widespread and diversified. The multigene families that encode the toxins of venomous animals are actively selected, creating more diverse toxins with specific functions.

Also, a number of animal species have been demonstrated to acquire venom toxins from other sources, notably from associated microbes, which may even inhabit their venom apparatuses.^[7]

Venoms adapt to their environment and victims, evolving to become maximally efficient on a predator's particular prey (particularly the precise ion channels within the prey). Consequently, some venoms may become specialized to an animal's standard diet.^[8]

Venoms cause their biological effects via the many toxins that they contain; some venoms are complex mixtures of toxins of differing types. Major classes of toxin in venoms include:^[9]

• Neurotoxins, which primarily affect the nervous systems of animals, such as ion channel toxins. These are found in many venomous taxa, including mambas,^[10]black widow spiders, scorpions, box jellyfish, cone snails, centipedes and blue-ringed octopuses.^[11]
• Myotoxins, which damage muscles by binding to a receptor. These small, basic peptides are found in snake (such as rattlesnake) and lizard venoms.^{[12][13][14][15]}
• Cytotoxins, which kill individual cells and are found in the apitoxin of honey bees and the venom of black widow spiders.^[16][17]

A subclass of cytotoxins is the necrotoxins, which cause necrosis (i.e., death) in the cells and tissues they encounter. The complex venoms of vipers and bees contain phospholipases; viper venoms often also contain trypsin-like serine proteases.^[18]

Venom is widely distributed taxonomically, being found in both invertebrates and vertebrates, in aquatic and terrestrial animals, and among both predators and prey. The major groups of venomous animals are described below.

その他の無脊椎動物

毒を持つ無脊椎動物はいくつかの門に存在し、危険なハコクラゲなどのクラゲ類^{[ 25 ]}、刺胞動物門のカツオノエボシ（管クラゲ類）やイソギンチャク類^{[ 26 ]}、棘皮動物門のウニ類^{[ 27 ]}、軟体動物門のイモガイ類^{[ 28 ]}やタコなどの頭足類^{[ 29 ]}などが挙げられる。

脊椎動物

魚

毒は、アカエイ、サメ、ギンザメなどの軟骨魚類約200種、ナマズ類（約1,000種の有毒種）、およびオニオコゼ類（ 300種以上）、オニダルマオコゼ類（ 80種以上）、ホウボウ、ギンポ類、アイゴ類、ニザダイ類、一部のベルベットフィッシュ類、一部のトードフィッシュ類、サンゴクラウチャー類、レッドベルベットフィッシュ類、スカット類、メバル類、深海オニオコゼ類、スズメダイ類、オコゼ類、ミシマオコゼ類などを含む棘条魚類（Acanthomorpha ）の11の系統群に見られる。^{[ 30 ]}

両生類

一部のサンショウウオは、鋭い毒の先端を持つ肋骨を突き出すことができる。^{[ 31 ] [ 32 ]}ブラジルに生息する2種のカエルは、頭頂部の周りに小さな棘があり、それが当たると標的に毒を注入する。^{[ 33 ]}

爬虫類

プレーリーガラガラヘビ（Crotalus viridis）（左）の毒には、獲物を食べる前に消化を助けるメタロプロテアーゼ（右の例）が含まれている。

約450種のヘビが毒を持っている。^{[ 30 ]}ヘビの毒は目の下の腺（下顎腺）で生成され、管状または溝状の牙を通して標的に注入される。ヘビの毒には、タンパク質のペプチド結合を加水分解するプロテアーゼ、DNAのホスホジエステル結合を加水分解するヌクレアーゼ、神経系のシグナル伝達を阻害する神経毒など、さまざまなペプチド毒素が含まれている。 ^{[ 34 ]}ヘビの毒は、痛み、腫れ、組織壊死、低血圧、痙攣、出血（ヘビの種類によって異なる）、呼吸麻痺、腎不全、昏睡、死などの症状を引き起こす。^{[ 35 ]}ヘビの毒は、祖先の唾液腺で発現していた遺伝子の重複によって生じた可能性がある。^{[ 36 ] [ 37 ]}

^毒は、メキシコビーズトカゲ[38]、ドクトカゲ^{[ 39 ]}、コモドオオトカゲを^{含む一部のオオトカゲ[40]}など、^{他の爬虫類}にも見られます。質量分析により、これらのトカゲの毒に含まれるタンパク質の混合物は、ヘビの毒に含まれるタンパク質の混合物と同じくらい複雑であることが示されました^{[ 40 ] [ 41 ]} 。一部のトカゲは毒腺を持っており、ヘビ亜目とイグアナ亜目、オオトカゲ科、アオトカゲ科、およびヘロデルマ科を含む仮説上のクレードであるToxicoferaを 形成しています^{[ 42 ]}。

哺乳類

絶滅したテロケファルス類の属であるEuchambersiaは、犬歯に毒腺が付着していたと推測されている。 ^{[ 43 ]}

現存する哺乳類の中には、ソレノドン、トガリネズミ、ヨーロッパモグラ、吸血コウモリ、オスのカモノハシ、スローロリスなど、毒を持つ種がいくつか存在する。^{[ 30 ] [ 44 ]}トガリネズミは毒のある唾液を持っており、おそらくヘビと同様にその特徴を進化させたと考えられる。^{[ 45 ]}多くの非獣類哺乳動物群にカモノハシに似た足根骨の棘が存在することは、毒が哺乳類の祖先形質であったことを示唆している。^{[ 46 ]}

カモノハシに関する広範な研究によると、カモノハシの毒は当初遺伝子重複によって形成されたが、カモノハシの毒のさらなる進化はかつて考えられていたほど遺伝子重複に依存していないという証拠がデータによって示されている。^{[ 47 ]}変化した汗腺がカモノハシの毒腺に進化しました。爬虫類とカモノハシの毒が独立して進化してきたことは証明されていますが、毒性分子に進化しやすい特定のタンパク質構造があると考えられています。これは、毒が相同形質になった理由と、非常に異なる動物が収斂進化した理由のさらなる証拠となります。^{[ 15 ]}

毒による死亡者数は、1990年の7万6千人から2013年には5万7千人に減少した。^{[ 48 ]} 17万3千種以上の生物に見られる毒は、5千以上の科学論文で研究されているように、幅広い疾患の治療に役立つ可能性がある。^{[ 39 ]}

医学では、ヘビ毒タンパク質は血栓症、関節炎、および一部の癌などの疾患の治療に使用されています。^{[ 49 ] [ 50 ]}ドクトカゲの毒には、 2型糖尿病の治療に使用されるエキセナチドが含まれています。^{[ 39 ]}ヒアリの毒から抽出されたソレノプシンは、癌治療から乾癬まで、生物医学的応用が実証されています。^{[ 51 ] [ 52 ]}毒に関連するタンパク質と、毒の個々の成分を医薬品としてどのように使用できるかを研究するために、ベノミクスという科学分野が確立されています。^{[ 53 ]}

カリフォルニアジリスは、北太平洋ガラガラヘビの強力な毒に対して耐性を持っている。

毒は多くの捕食動物種によって栄養兵器として利用されている。捕食者と被食者の共進化は、動物界全体で複数回進化してきた毒耐性の原動力となっている。^{[ 54 ]}毒を持つ捕食者と毒耐性を持つ被食者の共進化は、化学軍拡競争と表現されている。^{[ 55 ]}捕食者と被食者のペアは、長期間にわたって共進化すると予想される。^{[ 56 ]}捕食者が感受性の高い個体を利用するにつれて、生き残る個体は捕食を回避できる個体に限られる。^{[ 57 ]}捕食者が耐性のある被食者を制圧できなくなるにつれて、耐性は通常、時間の経過とともに増加する。^{[ 58 ]}毒耐性を発達させるコストは、捕食者と被食者の両方にとって高い。^{[ 59 ]}生理的抵抗のコストに対する見返りは、獲物の生存確率の増加であるが、捕食者が利用されていない栄養ニッチに拡大することを可能にする。^{[ 60 ]}

カリフォルニアジリスは、北太平洋ガラガラヘビの毒に対してさまざまな程度の抵抗力を持っている。^{[ 61 ]}この抵抗力は毒素除去に関係しており、個体数によって異なる。ガラガラヘビの個体数が多い場所では、リスの抵抗力も高くなる。^{[ 62 ]}ガラガラヘビは、局所的に毒の効力を高めることで対応している。^{[ 63 ]}

アメリカ大陸のキングスネークは、多くの毒ヘビを捕食する絞め殺しヘビです。[ 64 ^]年齢や曝露によって変化しない耐性を進化させてきました。^{[ 58 ]}周囲に生息するカッパーヘッド、コットンマウス、北米ガラガラヘビなどのヘビの毒には免疫がありますが、キングコブラやブラックマンバなどの毒には免疫がありません。^{[ 65 ]}

海洋動物の中で、ウナギはウミヘビの毒に耐性があり、ウミヘビの毒には神経毒、筋毒、腎毒などの複雑な混合物が含まれており、その成分は種によって異なる。^{[ 66 ] [ 67 ]}ウナギは特に、ウナギを餌とするウミヘビの毒に耐性があり、これは共進化を示唆している。餌とならない魚類はウミヘビの毒に対する耐性がほとんどない。^{[ 68 ]}

クマノミは常に毒を持つイソギンチャクの触手の間に生息しており（クマノミにとって必須の共生関係である） ^{[ 69 ]}、イソギンチャクの毒に耐性がある。^{[ 70 ] [ 71 ]}クマノミの宿主となることが知られているイソギンチャクはわずか10種で、イソギンチャクとクマノミの特定のペアのみが適合する。^{[ 72 ] [ 73 ]}すべてのイソギンチャクは、刺胞と粘液分泌物を放出することによって毒を生成する。毒素はペプチドとタンパク質で構成されている。これらは、痛み、筋肉の協調性の喪失、および組織の損傷を引き起こすことによって、獲物を獲得し、捕食者を撃退するために使用される。クマノミは、化学的カモフラージュまたは高分子模倣として機能する保護粘液を持っており、イソギンチャクによる「自己ではない」認識と刺胞の放出を防いでいる。^{[ 74 ] [ 75 ] [ 76 ]}クマノミは、特定の種類のイソギンチャクの粘液に似せるように粘液を順応させることがある。^{[ 76 ]}

能動的に投与される毒素という意味での毒は動物に限られません。生命のすべてのドメインと界は、何らかの形の「毒」を進化させてきました。^{[ 77 ] [ 6 ]}

• 細菌は、比較的よく知られている分泌系を持ち、それによってペイロード（毒素など）を他の細胞に注入することができる。例えば、緑膿菌は、 6型分泌系を用いて競合する微生物を標的にする。
• バクテリオファージの注入メカニズムは、毒液の注入メカニズムと類似していると言えるだろう。
• 刺す植物は標的に毒素を送り込む。また、ネナシカズラの吸器のように、消化酵素を注入して栄養素の吸収を促進するなど、より能動的なメカニズムも存在する。
• 植物病原性真菌は付着器を用いて標的植物に侵入し、細胞を死滅させる毒素を送り込む。昆虫病原性真菌もまた、付着器を用いて昆虫に侵入することがある。
• 線虫捕食性真菌は、標的となる線虫を捕獲し侵入するために様々なメカニズムを用いる。また、毒素も産生する。
• 原生生物の中では、コレプス類は毒素嚢と呼ばれる特殊な細胞小器官を用いて獲物に毒素を注入する。他の原生生物はエクストルソームを用いる場合もある。

• シュミット刺痛指数