从进化论上如何理解无机氰化物会成为绝大部分动物的剧毒？ 第1页

问：为什么氰离子（CN-）没有像氨一样成为生物利用氮的一个环节而是成为了剧毒？

答：因为远古地球生物早已使用过氢氰酸了，过时了。

在后期重轰炸^[1]阶段的地球表面很可能形成了大量的氢氰酸与甲酰胺，并参与了地球生物的诞生。

在天体撞击和雷电活动中，大气内的含碳化合物和含氮化合物可以反应生成CN自由基和激发态一氧化碳，进而形成氢氰酸^[2]。早已有一些研究显示氢氰酸可以作为地球生命起源过程中氨基酸·核酸·脂质的前体之一^[3]，在这方面的探索还发现了氢氰酸缩合产生有机化合物的新途径。

地球生命的最后共同祖先按分子钟估算有45亿岁，在遍布熔岩与氰化物的早期地球上显然过得不错。

在远古生物将环境里的氰化物所含的碳原子全部变成有机物或释放为二氧化碳之后，在漫长的时间里，氰离子代谢相关的基因随机丢失不再影响生存，可以预期大部分生物逐渐在演化过程中失去部分或全部相关基因。

• 氰离子可以抑制细胞色素氧化酶、过氧化物酶、脱羧酶、琥珀酸脱氢酶、乳酸脱氢酶等42种酶的活性，对动物的致死机制主要是压制细胞色素氧化酶、妨碍线粒体工作，这在线粒体出现之前的数十亿年里显然是不构成选择压的，大部分新诞生的生物长时间没有经历要利用氰离子的环境。

那之后，一部分细菌、真菌、色藻、植物使用氰化物或氢氰酸前体合成途径（例如将缬氨酸和异亮氨酸加工为亚麻苦苷和百脉根苷）来自卫，通过自然选择筛选出一部分可以耐受相对多的氰化物、分解氢氰酸或将氢氰酸前体储存起来的动物，例如熊猫、多种螨虫、多种鳞翅目昆虫，进而出现少数可以自己合成氰化物的鳞翅目昆虫——这些昆虫使用的氰化物代谢相关基因来自细菌，可能是病毒引起的水平基因转移。

2014年，一项研究发现，用含有氰化物的植物喂养在自然界只吃不含氰化物的植物的红蜘蛛物种，35代内这些动物就启动了基因组里平时并不使用的氰化物代谢相关基因，很好地分解了摄入的氰化物，研究人员则定位了这些基因并将其和细菌的相关基因比对，发现相关的水平基因转移在节肢动物演化史上可能发生过1~2次。

参考

1. ^ 约41亿年前至38亿年前，冥古宙及太古宙前后，月球上发生了密集的大量小行星撞击事件，估计这在地球、水星、金星、火星都有相应撞击强度。其证据主要是月球样本测年，大部分陨击熔岩是在这段比起月球年龄来相当短的时间内形成的。
2. ^ https://www.nature.com/articles/s41598-017-06489-1
3. ^ https://doi.org/10.1007%2F1-4020-2522-X_8

氰离子毒性来源于超强的配位能力，干扰细胞内辅助正常功能的金属离子，比如亚铁离子。一旦结合就难解离，在常温条件下异常稳定。

反应式

6CN- + Fe2+ = [Fe(CN-)6]4-

所以为什么亚铁氰化钾反而其实无毒，因为氰离子与亚铁离子配位了，没办法出来危害人间。

血红蛋白中有亚铁离子运输氧气，而线粒体上也需要铁硫蛋白载入的亚铁离子与铁离子的氧化还原变化传递电子，最终氧化磷酸化途径变成atp提供能量，铁被氰根绑定之后，整个呼吸链的线路都瘫了，结果就是细胞缺氧罢工状态，组织坏死，动物死亡。

这个配位能力是因为氮元素和碳元素的偶极矩不平等造成非常大的极性和配位孤电子。与氰根有点类似的一氧化碳也能抢夺红细胞的亚铁离子配位，但是一氧化碳只是气体，浓度限制所以危害毒杀速度不如氰化物。

进化论上来说，因为动物选择了铁离子（亚铁）在氧化呼吸链的重要位置，而铁离子被氰根高效攻击捕获细胞当机，所以造成毒性。

为什么动物祖先要选铁离子在线粒体呼吸链氧化还原中的电子传递的媒介？常见的可变价的二价金属离子，比如锰+2+3+4+6+7，理论上也可以。我推测还是早期海洋富铁造成的。

铁硫簇（铁硫蛋白）是普遍存在于生物体内的最古老的生命物质之一1960年人们对固氮细菌、亚线粒体片段及哺乳动物的起源进行研究时发现了一种具有高效氧化还原能力的蛋白质．后来被证明是铁硫蛋白．此后对铁硫簇的研究才得以迅速展开。铁硫蛋白结构中包含有铁与巯基丙氨酸中的硫结合成的具有一定构型的铁硫簇合物，基本结构单元主要以Fe2S2、Fes、Fe4S4这3种簇合物的形式而存在。