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？
我们身体里的细胞，就像一个精密的工厂，需要无数的化学反应来维持运转，从能量的产生到 DNA 的复制，无一不依赖着特定的生化途径。而在这个工厂里，有一种至关重要的能量“货币”，叫做三磷酸腺苷（ATP）。ATP 的生产，离不开一种叫做“线粒体”的细胞器，而线粒体里，又有一条叫做“电子传递链”的精巧装置，负责将我们吃进去的食物转化成 ATP。
这条电子传递链，就像一条流水线，一系列蛋白质分子在这里协同工作，将电子从一个点传递到另一个点，最终在能量最高的时候，将电子传递给氧气，生成水，同时释放出能量。这就是我们进行呼吸作用，获取能量的关键过程。
现在，请想象一下无机氰化物（比如氰化钾或氰化钠）的样子。它们分子结构非常简单，但却有一个极其强大的“钩子”——氰根离子（CN⁻）。这个氰根离子，对我们细胞里的电子传递链，尤其是其中的一个关键环节，表现出了近乎完美的“亲和力”。
具体来说，在电子传递链的末端，有一个叫做细胞色素 c 氧化酶的蛋白质复合体。它负责将电子传递给氧气。而氰化物，就像一个狡猾的“入侵者”，能够悄无声息地钻进这个细胞色素 c 氧化酶的活性部位，并且牢牢地附着在那里。它会抢在氧气之前，与电子传递链的最后一个电子载体结合。
一旦氰化物占据了这个关键位置，电子传递就戛然而止了。流水线突然停摆了。这意味着什么？
首先，能量生产彻底中断。 细胞无法继续通过呼吸作用产生 ATP。ATP 是细胞活动的燃料，一旦燃料耗尽，细胞就会失去动力，就像一辆没有油的车，再也无法启动。细胞的功能将迅速衰竭，直至死亡。
其次，氧气利用被阻断。 即使身体有充足的氧气供应，细胞也无法将其有效地利用。这就像给一个机器提供了原材料，但关键的加工环节被卡住了，原材料堆积如山，却无法变成成品。
所以，从进化的角度来看，为什么绝大多数动物对氰化物如此敏感，甚至会致命？
这并不是说我们“主动”选择对氰化物敏感。而是因为我们细胞里那些至关重要的、负责能量生产的生化过程，恰好被这个结构简单的无机物给“劫持”了。这条精密的能量生产线，在演化过程中被“设计”成了这样，以最有效的方式利用氧气来产生能量。而氰化物，就像一个设计上的“漏洞”或者说是“兼容性问题”，它能够轻易地插入并破坏了这个核心机制。
试想一下，如果一种生物对氰化物具有天然的抗性，那它就能够在这种物质存在的地方生存下来，而其他生物则会因为中毒而灭绝。这在演化史上确实发生过。很多植物，为了保护自己不被食草动物吃掉，会产生含氰化合物。而有些食草动物，却演化出了能够代谢或耐受这些氰化物的能力。这就像一场持续的军备竞赛，植物发展出“化学武器”，动物则演化出“防御系统”。
然而，对于大多数脊椎动物，尤其是那些依赖高强度、持续能量供应的动物（比如我们自己，需要不断思考、奔跑、消化），它们复杂的生理系统对 ATP 的需求量极大，对能量生产中断的容忍度非常低。因此，哪怕是很小剂量的氰化物，也足以迅速摧毁它们维持生命所需的能量工厂，导致快速死亡。
所以，无机氰化物之所以剧毒，并不是因为它们本身有什么邪恶的本意，而是它们恰好能够精准地攻击到我们细胞能量生产这个最核心、最脆弱的环节。这就像一个精密仪器，某个关键的齿轮被异物卡住，整个机器就会失灵。从进化的角度看，这是生命在面对一种高效的能量代谢抑制剂时，所表现出的普遍脆弱性。当然，也有一些生物演化出了应对机制，但那又是另一个精彩的进化故事了。
网友意见
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
- ^ 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。
- ^ https://www.nature.com/articles/s41598-017-06489-1
- ^ 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。
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