獵物體溫差異對短尾蝮捕食注毒量影響

樸弋戈, 唐業忠, 陳勤*

(1.中國科學院成都生物研究所,成都610041；2.中國科學院大學,北京100049)

毒液作為毒蛇的鑒別特征，是由多種酶、多肽等組成的混合液體(Elliott，1978；Iwanaga & Suzuki,1979)，主要用于制服獵物、完成捕食以及進行防御等(Hayes.，2002；Kerkkamp.，2017)。自然狀態下，盡管毒腺內的毒液處于排出與分泌的動態平衡中，其在一定時間內仍是一種有限且重要的資源(Willemse.，1979；McCue，2006)。因此，曾有研究者推測毒蛇可能具有根據獵物的差異衡量并主動控制其注毒量的能力(Allon & Kochva,1974；Hayes，1995；Hayes.，1995)。

蝮亞科Crotalinae物種約占毒蛇物種數的1/3(Zaher.，2019)，具有高度敏感的熱感應器官——頰窩，可感知低至0.003 ℃的溫度變化(Bullock & Diecke,1956；Buning.，1981)。這一感官使蝮蛇可以獲取環境中的熱信息，在黑暗環境中捕食恒溫動物時具有重要作用(Kardong & Mackessy,1991；Krochmal & Bakker,2003)。在捕食行為中，除了視覺、嗅覺和振動覺等感官系統外，蝮蛇可先憑借紅外感知系統對獵物進行識別和定位，再利用毒液使其喪失活動能力(乃至死亡)以完成取食。頰窩與毒液系統在蝮蛇捕食行為中存在明確的承接關系。在捕食不同體溫的獵物過程中，獵物體溫的差異可能表征種類和狀態，而這些差異是否影響攻擊時的注毒量則有待證明。

本研究對短尾蝮投喂經人為控制溫度的死亡乳鼠，模擬其在自然環境中多樣化獵物的溫度差異。通過記錄捕食行為并測定注毒量，探討獵物體溫對短尾蝮捕食注毒量的影響。

1 材料與方法

1.1 實驗動物

短尾蝮是廣泛分布于我國的一種蝮亞科蛇類(趙爾宓，2006)，個體相對較小，在蝮蛇行為學、生理學研究中可操作性強。本實驗選取7條實驗室飼養的短尾蝮亞成體(3條雄性，4條雌性)，吻肛長(36.37±2.51)cm，尾長(5.24±0.60)cm，體質量(36.0±8.6)g。

實驗動物均單獨飼養于飼養箱(長32 cm×寬22 cm×高19 cm)中，箱內墊料為報紙，放置一水盆并保持凈水供應，同時放置一爬蟲躲避穴(長 23 cm×寬16.5 cm×高7.5 cm)供蛇隱藏。飼養房內設定室溫為25 ℃，實際記錄室溫為(25.41±0.32)℃，光周期為 12 h∶12 h，光照時間為 08∶00—20∶00。實驗期間短尾蝮均僅在實驗中進食。

使用冷凍乳鼠作為食物，所有乳鼠均為初生小鼠(約2日齡昆明小鼠，不區分性別)，體質量(2.064±0.384)g。實驗前，每10只用一潔凈自封袋包裝，以混合不同乳鼠之間的氣味。為保證溫度均衡，封閉后的自封袋浸沒于水浴鍋中化凍90 min，使乳鼠達到設置溫度。按照預設獵物體溫，設置為高溫組(34.00 ℃±0.18 ℃)、中溫組(26.01 ℃±0.25 ℃)和低溫組(19.57 ℃±1.40 ℃)。

1.2 實驗方案

對每條短尾蝮樣本，分別進行高、中、低3個溫度梯度的模擬“獵物”捕食實驗。每個溫度梯度進行2次重復，因此每條蛇完成6次捕食實驗。依據多數蝮亞科蛇類夜行性規律(Oliveira & Martins,2001；Sawant & Shyama,2007)，所有實驗均在19∶30—22∶00進行。為消除進食后食欲下降的影響，實驗間隔時間均超過7 d。為規避環境變化對動物產生的應激影響，所有實驗均在個體所在飼養箱內進行(Glaudas，2004)；實驗場所即日常飼養房，維持動物的正常飼養溫度。同時，使用雙層黑色塑料袋和金屬框架制作了一個矩形圍帳(長 72 cm×寬70 cm×高70 cm)，實驗時將飼養箱置于其中以減少外界環境的干擾。為避免不同實驗日期伴隨的環境系統誤差以及順序效應，個體和條件以隨機順序進行測試。

1.3 操作流程

單次實驗流程如下：實驗時將飼養箱置于圍帳中，手動打開箱蓋后，取出躲避穴，給予無打擾的 3 min 適應時間(Mori.，2016)。適應時間末期，取出加溫至實驗條件的解凍乳鼠，搽拭去多余水分后用分析天平(JA1003A，精度1 mg，準確度Ⅱ級；精天電子儀器有限公司，上海)稱重。使用紅外測溫儀(HT-866，廣州市宏誠集業電子科技有限公司，廣州)聚焦于乳鼠腹部距離5 cm處，待示數穩定后讀取溫度示數。隨后，使用白色縫紉棉線(長度75 cm)一側線頭以活扣固定乳鼠，另一線頭連接于金屬蛇鉤，操作蛇鉤使乳鼠晃動于蛇頭部前方(Hayes & Hayes,1993；Araujo & Martins,2007)約 5 cm處，以模擬獵物的運動。至蛇發動攻擊行為停止實驗，或計時2 min結束后停止實驗，記錄實驗時間與動物吐舌次數。取下乳鼠置于分析天平上稱量以計算注毒量，舍棄無法判明注毒量的數據(Kochva，1960)。所有稱量均連續操作3次，取平均值。實驗結束后，將蛇放回躲避穴，同時放入乳鼠，記錄實驗個體是否正常進食。捕食過程使用佳能EOS 80D以50幀/s俯視拍攝記錄。

1.4 統計分析

采用Mann-Whitney檢驗比較各組內2輪實驗間參數的差異，采用Kruskal-Wallis檢驗分析比較多組樣本間的獵物體溫、實驗時間、吐舌次數和注毒量的差異。

采用Spearman相關性分析處理各主要變量與注毒量的相關性。在進行形態學變量相關性分析時，雌性和雄性分別以數字1和2表示。

2 結果與分析

共獲得42次有效測試數據，其中表現明顯捕食攻擊30次，無攻擊5次(均來自9號)，試圖直接進食7次。實際記錄最大排毒量17 mg，最小 1 mg，均值6.76 mg。

2.1 差異性分析

3組組內2輪實驗之間短尾蝮捕食注毒量均無顯著性差異(高溫組：=19.000，=0.537；中溫組：=18.000，=0.662；低溫組：=12.000，=0.662)。

雖然實驗中各組獵物體溫均由水浴鍋控制于預定溫度，表現出較小的變化(中溫組和低溫組變異系數分別為0.96%和7.15%)，但組內2輪實驗的獵物體溫呈現出顯著性差異(高溫組：=15.000，=0.259；中溫組：=44.500，=0.007；低溫組：=48.500，=0.001)，將3個溫度梯度組的各2輪重復實驗劃分為6組：高溫組1、高溫組2、中溫組1、中溫組2、低溫組1和低溫組2。在獵物體溫方面，低溫組1與高溫組1(<0.001)和高溫組2(<0.001)、低溫組2與高溫組1(=0.001)和高溫組2(=0.006)之間的差異極顯著(=38.643，=5)，低溫組1與中溫組2具有顯著性差異(=0.029)。6組動物的吐舌次數(=1.279，=5，=0.937)、實驗時間(=3.546，=5，=0.616)之間均無顯著差異，且 6組注毒量之間的差異不顯著(=4.723，=5，=0.451)。

2.2 相關性分析

獵物體溫與室溫表現出顯著相關性(r=-0.359，=0.019)，但因為獵物體溫是人為設定，因此該相關性不被采用。吐舌次數與實驗時間存在極顯著相關性(r=0.756，<0.001)，注毒量與獵物體溫無顯著相關性(r=0.007，=0.968；表1)。

表1 與各環境變量間的相關性分析

體質量與吻肛長(r=0.901，<0.001)和尾長(r=0.559，<0.001)皆具有極顯著相關性，吻肛長與尾長極顯著相關(r=0.464，=0.002)。注毒量與體質量顯著相關(r=0.506，=0.019);與吻肛長極顯著相關(r=0.595，=0.004；表2；圖1)。

表2 與各形態變量間的相關性分析

圖1 注毒量與吻肛長(A)和體質量(B)之間的相關性

3 討論

本實驗通過人為操作使小鼠乳鼠達到不同的溫度，模擬自然狀態下不同體溫的獵物，主要關注短尾蝮的注毒量是否因獵物體溫不同而表現差異。

結果顯示，6個溫度組短尾蝮捕食注毒量均不具有統計學差異。

在相關性分析中，體質量與吻肛長和尾長均有極顯著相關性，吻肛長與尾長極顯著相關；這一結果符合蛇類形態學特征，即同一種內，較大的蛇表現為長度更長、體質量更大。實驗中，短尾蝮吐舌次數與實驗時間極顯著相關。因實驗時間為從提供乳鼠開始計時至短尾蝮撲咬攻擊停止計時，實驗時間反映出實驗個體面對“獵物”的時間。該結果符合蝮蛇的捕食行為特征：攻擊前持續吐舌獲取獵物信息，攻擊時無吐舌行為，攻擊后該行為用于追蹤注毒后逃逸的獵物(Chiszar.，1982)。同時，實驗中捕食注毒量與體質量表現出顯著相關性，注毒量和吻肛長極顯著相關。盡管早期關于毒蛇體型與注毒量的研究僅提供了模糊的結論(Gennaro.，1961；Morrison.，1983)，但Herbert(1998)明確了同一種內體型與注毒量的正相關性。目前已證實的諸多影響因素中，體型是影響同一種內注毒量的主要因素(Hayes.，2002)。國內對人工養殖尖吻蝮的研究亦報道了相似的結果(黃松等，2004)。

毒液具有儲存限制、代謝成本及其耗竭后的生態代價，是一種珍貴的資源(McCue，2006；Smith.，2014)。因此，衡量毒液、合理分配毒液使用的能力(毒液認知)被認為在有毒動物的進化過程中具有適應意義。目前研究已經證明，多種有毒動物具有根據不同情況調整注毒量的能力(Boevé.，1995；Hayes.，1995)。隨著研究種類的不斷增加，更多有毒動物極可能被證實具有這樣的能力(Hayes.，2002)。

Hayes等(2002)研究指出，體溫較高的變溫動物活動性更強(逃逸能力更強)，在測試中表現為死亡更快。因此毒蛇在捕食不同體溫的變溫動物時，可能需要采取不同的注毒策略，分配不同的注毒量。這一推測對于蝮亞科蛇類尤其具有意義：蝮蛇的頰窩在捕食恒溫動物時提供了顯著的優勢(Embar.，2018)，而這一器官在捕食變溫動物時起到怎樣的作用卻并不明確。本研究關注短尾蝮能否根據獵物體溫差異調整注毒量。由于具有高度的敏感性(Bullock & Diecke，1956；Buning.，1981)，在面對不同溫度的獵物時，蝮蛇無疑能夠通過頰窩感知其體溫差異。本實驗中 3組組間溫差約8 ℃，而注毒量卻未表現出顯著的組間差異。因此推測，溫度差異可能并不會引起短尾蝮對獵物表現出差異化的注毒量。

盡管已有研究使用線牽引刺激物的方式進行行為學探究(Hayes & Hayes，1993；Araujo & Martins，2007)，但該模式并不能完全模擬小型嚙齒類的正?；顒訝顟B。本實驗中使用的獵物為化凍乳鼠，而實驗所用的短尾蝮日常均使用活體小鼠喂食，活體小鼠與線牽引下乳鼠的行動狀態的差別可能會影響蛇對獵物的判斷。此外，雖然使用了矩形圍帳遮蔽周圍環境，但短尾蝮仍能從圍帳上方觀察到實驗人員，實驗過程中亦存在個體抬頭注意實驗人員所處方向的行為。因此，盡管未見明顯的防御行為，人為干擾可能影響了短尾蝮，使其表現出對乳鼠的捕食行為和對人員的防御行為的權衡。在這種非自然狀態下，短尾蝮可能表現出撲咬攻擊時單一化或最大化的注毒量，混淆了實驗結果。6組實驗之間，短尾蝮吐舌次數與實驗時間均無顯著差異。實驗完成后，以乳鼠投喂實驗個體，除9號個體前 4次實驗連續未進食和14號僅1次未進食外(共 5次)，其余個體均連續進食，拒食現象并不常見。在進食37次中，30次均存在明顯撲咬攻擊，表現出正常的捕食行為。因此，獵物運動狀態的差異和人為操作的因素雖不能排除，但對實驗組的捕食過程影響應較小，未造成組間差異。

由于日常捕食的獵物種類顯著影響了蛇類對獵物氣味的偏好(Gove & Burghardt，1975)，而幾乎所有實驗室飼養的蝮亞科蛇類均使用實驗小鼠或大鼠作為食物(Murphy.，1994)，因此本實驗使用人為控制溫度的乳鼠。尚無研究指出蛇類能否通過氣味區分恒溫獵物與變溫獵物。在捕食蛙類、蜥蜴等活體變溫動物的行為中，短尾蝮乃至其他蝮亞科蛇類是否具有根據獵物體溫調整注毒量的能力仍有待進一步探究。

基于目前的結果，我們謹慎地提出以下結論：在捕食小型哺乳類獵物的行為中，短尾蝮并不會根據獵物體溫調整排毒量。