ארס

ארס הוא תמיסה ביולוגית המופרשת על ידי בעל חיים ומורכבת מרעלנים העשויים מריכוז גבוה של חלבונים פפטידיים, מולקולות קטנות, מלחים ואנזימים, הפועלים לשיבוש תפקודן הנורמלי של מערכות שונות בגוף. הארס מיוצר בגופם של חלק מבעלי החיים למטרות התגוננות, תחרות, הכנעת הטרף והאצת תהליך עיכולו. אצל טפילים משמש הארס לעיתים כחומר משתק. מינים מסוימים מנצלים את הארס למטרות משניות ובצורות ייחודיות. בעל חיים ארסי מחדיר את ארסו באמצעות פציעת גוף המותקף על ידי: הכשה, עקיצה וכן הלאה. אמצעים אלה מבדילים אותו מבעל חיים רעיל אשר רעלו חודר לגוף באמצעות בליעתו, ספיגתו דרך העור או דרך הריריות, או באמצעות שאיפתו.
הארס התפתח במרוצת האבולוציה בקרב בעלי חיים שונים, ויש גיוון רב באופני העברתו מן התוקף לקורבן. הוא בנוי מאבני-היסוד הזעירות והחיוניות ביותר לתפקוד מערכות הגוף, אשר עברו מוטציה, ותפקידן התהפך לרוב על מנת לשבש את פעילות המערכות האלה. התפתחות הארס במגוון גדול מאוד של מיני בעלי חיים היא דוגמה לאבולוציה מתכנסת ובעלת מאפיינים הומופלסיים – כלומר ללא נוכחות אב קדמון משותף.
משפחות בעלי החיים הנושאות ארס הן מגוונות ביותר ובעלות מאגר גנטי עצום הנמצא בלמעלה מ-100,000 מינים ארסיים. הקידודים הגנטיים של רעלני הארס השונים נבחרו באופן אקטיבי במרוצת האבולוציה, כשלכל אחד מהם יש ייעוד ומטרה מוגדרת, כך שהארס ועוצמתו יותאמו באפקטיביות טובה לסוגי הטרף של הטורף.
עוצמת הארס נבחנת במדד שנקרא LD₅₀. עם זאת, בעלי החיים הארסיים הגורמים לעשרות אלפי מקרי מוות בקרב בני אדם מדי שנה הם אלה הנפוצים בסביבתו הקרובה של האדם, ולאו דווקא הארסיים ביותר. בעת העתיקה עשו בני האדם שימוש בארס בתור כלי נשק ולצורכי רפואה. בימינו ישנן תרופות רבות שנרקחות מארס. תעשיית הפרמקולוגיה מגלה עניין רב בתחום זה, ומתנהלים מחקרים רבים לצורך ייצור תרופות חדשות ממרכיבי הארס.

הגדרת המונח ארס

עוד משלהי המאה ה-19 שררו מחלוקות בין בכירי המדענים על הגדרה אחת למונחים: ארס, בלוטות ארס ואמצעי העברת הארס. בעבר הרחוק נסובו חלק מהגדרות המונח ארס סביב הנזק הרפואי שעלול להיגרם לבני אדם, ומאוחר יותר התקיימו ויכוחים סביב הלחץ שבלוטת הארס מסוגלת לייצר, מיקום שיני הארס בחזית הלסת או מאחור וכן הלאה. בעבר כל ניסיון להגדיר את המונח ארס נתקל במכשול כלשהו. לדוגמה, הניסיון להגדיר ארס באמצעות מידת הנזק שהוא גורם לאדם אינו סביר מאחר שהארס קיים הרבה לפני הופעת האדם ואינו יכול להיות בזיקה בלעדית למדע הרפואה, או לחלופין הגדרתו באמצעות מידת הנזק שיגרום לחיות מעבדה, כגון עכברים, אינו סביר גם הוא בשל העובדה שהארס עשוי להיות בעל השפעה משתנה בין בעל חיים אחד למשנהו. ניסיון לסווג את הארס לפי חלוקה טקסונומית כשל בשל העובדה שהעץ הטקסונומי עבר שינויים רבים במרוצת הזמן ומיני בעלי חיים סווגו מחדש בסדרות ובמשפחות חדשות או שונות. ההגדרה המסורתית שלגביה התקיים קונצנזוס מסוים בקהילה המדעית בכ-50 השנים האחרונות הייתה כדלקמן;
חומר מורכב המיוצר בבלוטה ייעודית, המועבר באמצעות מנגנון ייחודי המשויך אליה, ומזיק לאורגניזם אחר בהינתן מינון מסוים. הוא משמש באופן פעיל לצורך הכנעה או עיכול של הטרף או להגנה.

עם זאת, בעשור האחרון התגלו ממצאים רחבי היקף בכל הנוגע לנוכחות הארס בבעלי חיים שסווגו כלא ארסיים עד אותה עת. תגליות אלו עוררו מחדש את המחלוקות שהיו בעבר בקרב הקהילה המדעית, וכיום ישנם ביולוגים שדוחים את ההגדרה המסורתית. מהמובילים שבהם הוא פרופסור בריאן גריג פריי שיזם חלק נכבד מהמחקרים שהובילו לתגליות אלו. פריי מציע להגדיר את הארס במשמעות רחבה יותר מההגדרה המסורתית;
הפרשה המיוצרת בתאים ייעודיים של בעל חיים אחד ומועברת אל בעל חיים אחר, המהווה מטרה, באמצעות גרימת פצע באופן המשבש את הפיזיולוגיה הפנימית או תהליכים הביוכימיים של האחר וזאת כסיוע לצורכי תזונה, הגנה או תחרות של בעל החיים מייצר ההפרשה.
השינויים בנוסח של שתי ההגדרות עשויים להיראות מזעריים וזניחים, אולם, למעשה, ההבדלים בין ההגדרות גדולים מאוד, ובהתאם לכך גם השלכותיהם על התפיסה המדעית. למעשה הרחיב פריי את קבוצות בעלי החיים העשויים לשאת ארס בעצם הגדרת ייצור הארס בתאים ולאו דווקא בבלוטות ארס, באופן העברת הארס, בהשפעתו ובמטרותיו. כך למשל הארס המסייע לצורכי תזונה אינו בהכרח מזיק כהגדרתו הקלאסית, ובהתאם ניתן לראות בעלי חיים מסוימים באור אחר.
כאמור התפיסה המדעית נותרה שנויה במחלוקת. טענתם העיקרית של המתנגדים לשינוי נובעת מכך שאין ביסוס עובדתי וראייתי מספק לממצאים חד-משמעיים התומכים בהרחבה ההגדרתית החדשה. מחקרים רבים בני זמננו עושים לרוב שימוש במושג ארס בהתאם לאחת משתי הגדרות אלה.

זוחלים

עד לפני שנים אחדות היה נהוג לחשוב כי ארס התפתח בקבוצת הזוחלים מנחשים. ידוע שלנחשים קדומים היה ארס, אולם ללא מערכת מפותחת של העברתו לטרף כפי שהיא קיימת היום, כלומר ללא שיני ארס חלולות ומשוכללות המזריקות אותו הישר אל הרקמות וכלי דם. עובדה זו הובילה למחקר שנמשך חמש שנים באוניברסיטת מלבורן שבאוסטרליה בראשות פרופסור בריאן פריי להבנת אבולוציית הארס בקבוצת הזוחלים ולגילוי מקור התפתחותו הקדום. הנחשים התפתחו מלטאות לפני כ-100 מיליון שנה, לכן המחקר עבר להתמקד בזוחלים אלה. טרם המחקר היה ידוע על שני סוגי לטאות ארסיות בלבד מתוך 5,000 הקיימים כיום, והם נחשבו לתופעה חריגה. לצורך המחקר נאספו דגימות רוק של לטאות ממינים רבים ככל האפשר, והמולקולות הפעילות בו בודדו בתנאי מעבדה. מולקולות אלו נוסו על רקמות בעלי חיים והתגלה שהן פירקו את שריר הלב והרעילו את הריאות באופן שדמה לפעולת הארס של סוגי נחשים מסוימים החיים כיום. היה זה גילוי ראשון של צורת פעולה איטית של ארס ממה שהוכר עד אז. מחקר חדשני ומקיף זה הוביל לגילוי של מרכיבי ארס הדומים לאלה של הנחשים בלמעלה מ-1,500 מיני לטאות החיות כיום, בעלי שוני גדול במורכבותם בקרב מינים אלה.
דוגמה בולטת לכך היא לטאת דרקון קומודו, מהקדומות בלטאות החיות כיום. עד השנים האחרונות היה נהוג לחשוב כי רוק לטאה זו, המכיל למעלה מ-80 סוגים שונים של חיידקים פתוגניים, מועבר בנשיכת שיניה החדות של הלטאה אל פצע הטרף וגורמות למותו כתוצאה מאלח דם. אולם מחקר מקיף זה, שכלל גם את נפגעי נשיכת הלטאה זו, הראה דימום מסיבי, כאב שרירים ורעילות עצבית בשעות הראשונות מרגע הפציעה – תסמינים האופייניים לפגיעה מרעלנים ולא מחיידקים.
מחקרים אלו גילו שהסברה הקודמת מוטעית, ושהמוות נגרם גם כתוצאה מארס של לטאת דרקון קומודו שקיומו לא היה ידוע בעבר. המחקר הראה שללטאה זו יש ארס הפועל באופן איטי יותר מזה של נחשים, ואף גילה לראשונה בלוטות ארס בלסת התחתונה שלה. מערכת העברת ארס זאת חשפה דרך קדומה להעברת הארס אל הטרף, והוכיחה כי מקור הארס בזוחלים אינו בנחשים, כפי שהיה נהוג לחשוב עד אז, כי אם בלטאות – כלומר מיליוני שנים לפני הופעת הנחשים. עוד הוכיח מחקר זה כי מרכיבים כימיים שנמצאו בארס הלטאות זהים למרכיבים כימיים בארס הנחשים החיים כיום, וכך הוסק שמקורם באב קדמון משותף.

המניע להתפתחות הארס

אבולוציית הארס אינה מתרחשת רק בקרב נושאי הארס, אלא לעיתים גם בקרב קרבנותיו הפוטנציאליים. גורי נובחניות מהווים טרף מועדף על נחש העכסן. לצורך כך הנחש מאתר את מחילות הנובחנית באדמה ונכנס אליהן על מנת לצוד את טרפו. נצפה כי לעיתים יחסמו סנאי הקרקע הקליפורני את הכניסה למחילה בגופם על מנת להגן על הגורים וייספגו, כתוצאה מכך, הכשה מלאה מנחש ארסי זה. אולם הכשת העכסן, שמסוגלת להרוג אדם בוגר, תגרום לסנאי תופעות כאב וגירוד בלבד, היות שעם השנים פיתח המין הספציפי הזה עמידות לאויבו העיקרי ובדמו התפתחו נוגדנים שבכוחם להתמודד עם רעלנים שבארס העכסן. מנגד, מחקרים מראים כי ארס העכסן מתחזק ומשתכלל אבולוציונית על מנת להתמודד עם תופעה זאת. מרוץ חימוש אבולוציוני זה מסביר מדוע נחוץ לעכסן ארס כה עצמתי.
נחש הטאיפן פנים-יבשתי נחשב כיום לנחש הארסי עלי אדמות ומשוער כי הכשה בודדת שלו מסוגלת להרוג כ-100 בני אדם בוגרים. מחקרים שבדקו מדוע לנחש צורך בארס כה עוצמתי גילו שאזור מחייתו המבודד במדבריות אוסטרליה מחייבות אותו להתמודד עם סוגי טרף שביכולתם לתקוף ולפגוע בו, לכן הכשה מהירה וקטלנית תעלה את סיכויו לשרוד באזורים אלה. בנוסף שימוש בכמות ארס מועטה באזור צחיח תגרום לאיבוד מועט של נוזלים.
חלק מחלזונות הים החרוטיים מסוג חרוט הם בעלי החיים הנמנים עם הארסיים בעולם (יש הטוענים הארסיים ביותר), ועוצמת דקירתם מסוגלת להרוג אדם בוגר תוך 4 דקות. צורך כה חזק בארס נובע מאטיותם הרבה שאינה מאפשרת להם לרדוף אחרי דגים קטנים המהווים את טרפם. ארס לא מתאים יכול לגרום לדג לגסוס הרחק מהחילזון שם יאבד לטורפים רבים אחרים בקרקעית הים. לפיכך ארס כה עצמתי מבטיח לחילזון ציד מהיר ובטוח. יש מינים רבים בסוג חרוט, לארסיים שבהם יש למעלה מ-100 סוגי רעלנים עוצמתיים. רעלנים אלה ייחודיים בקרב המינים השונים של חילזון החרוט ואף אחד מסוגי רעלנים אלה אינו זהה בין מיני החילזון. מבידוד והבנה של חלק מפעולות רעלנים של חלזונות אלה הצליחו מדענים לייצר תרופות וסמי הרגעה חזקים ביותר, אולם חלק גדול ממורכבות הארס שלהם אינה ידועה. המרכיבים השונים בודדו לכימיקלים שונים שהוזרקו לעכברים, והתוצאות הראו כי לכל אחד השפעה שונה. האחד גורם לגירוד, השני לחוסר אוריינטציה במרחב, השלישי גורם לשינה עמוקה וכן הלאה.

צפעיים

המנגנון המאפיין את משפחת הצפעיים הם שיני ארס גדולות וארוכות המתקפלות כמעין ציר. בשני צידי ראשו של הנחש נמצאות בלוטת הארס. מכל בלוטת ארס יוצאת צינורית דקיקה המחברת אותה עם אל כל אחת משיניי הארס המעוקלות והחלולות בקדמת הלסת העליונה. כאשר הנחש פוער את לסתותיו השיניים הקדמיות והארוכות נשלפות ומזדקרות קדימה בדומה לאולר. בזמן ששיני הארס ננעצות בבשר הקורבן, השיניים החלולות מזריקות לתוך הבשר וכלי הדם ארס הישר מהבלוטות שבצידי הראש. פעולת ההזרקה מתאפשרת בשל פעילות שריר ייעודי, שמחובר לבלוטות הארס, אשר פועל רפלקסיבית בזמן ההכשה ופעולתו לוחצת על הבלוטות ודוחפת מהן את נוזל הארס החוצה אל שיני הארס החלולות (מנגנון המזכיר את פעולתו של מזרק רפואי). פעולת ההכשה אגרסיבית ומהירה (לרוב לוקחת פחות מרבע שנייה) ופעולות חוזרות של הכשה פוגמות בשן העדינה, לכן עם הזמן שיניים אלה נושרות ושן חדשה הגדלה מאחור תתפוס את מקומה. הנציג המוכר ביותר משפחת הצפעיים בישראל הוא הצפע המצוי.

פתניים

במשפחת הפתניים, בהן נכללת הקוברה והממבה, שיני הארס יהיו לרוב קצרות מאלה של הצפעיים וקבועות (כלומר אינן נעות קדימה ואחורה) ובהתאם ישנם חריצים בלחי התחתונה (בדרך כלל בקו ישיר עם עין הנחש), לתוכם יכנסו שיני הארס כאשר הפה יסגר. הנציג היחיד ממשפחה זאת בישראל הוא פתן שחור. תכונה נוספת שפיתחו חלק מהנחשים במשפחה זאת היא היכולת להתיז את הארס בדיוק רב עד כ-3 מטרים. יכולת זאת מתאפשרת בשל נוכחותו של נקב זעיר בצורה גאומטרית מסוימת בקדמת שן הארס. וכאשר שריר הבלוטה לוחץ בחוזקה על בלוטת הארס, ניתז הארס בעוצמה מנקבים אלה ומחזית הפה. פעולת ההתזה (בדומה לקוברה יורקת) משמשת לצורך הגנה מתוקפים ופגיעת הארס בעיני התוקף תגרום לעיוורון זמני או קבוע.

צפעוניים

משפחת הצפעוניים מאופיינת בשיני ארס קטנות היוצאות מצידי הראש כאשר הנחש מכיש בתנועת דקירה לצדדים גם בפה סגור לחלוטין. מנגנון זה מאפשר לנחש להכיש לטאות ומכרסמים בתוך מחילות צרות שם פעולת ההכשה הקדמית בזינוק קפיצי קדימה ובפעירת פה לא מתאפשרת בשל החלל הצר. בניגוד ליתר משפחות הנחשים הארסיים, שאצלן בלוטות הארס בולטות באזור הלסת האחורית ומשוות לראש צורת משולש, חברי משפחת הצפעוניים פיתחו בלוטות ארס מוארכות אשר מאפשרות למבנה הראש להיות צר המתאים להתחפרות וכניסה למחילות צרות. בני אדם רבים הוכשו בניסיון לאחוז נחשים ממשפחה זו מצווארם, בשל העובדה שהם מסוגלים לשלוף את שן הארס מצידי הפה (גם בפה סגור) ולדקור את היד האוחזת בהם. נציג משפחה זו בישראל הוא שרף עין גדי שהכיש למוות תושב רימונים בשנת 2002.

תת-ארסיים

נחשים הנקראים חצי-ארסיים או תת-ארסיים הם בעלי זוג שיניים מוגדלות ומעוקלות אחורנית הנמצאות בחלק הפנימי של הלסת העליונה. השיניים מחורצות בתעלה דרכה זורם הארס אל פצע הנשיכה. לצורך העברת ארס לטרף, על הנחש להעביר חלק מגופו של הטרף אל עומק פיו ואז לחדור לתוכו, ומכאן הקושי בטרף גדול על אף שהנחש מסוגל להעביר את איבר הטרף (או אצבעו של אדם) לעמדה נדרשת במהירות יחסית. ארס רוב הנחשים המכונים חצי-ארסיים או תת-ארסיים חלש מידי מכדי לסכן אדם (למעט אלרגיים לארס), אולם ישנם מקרים יוצאי דופן כדוגמאות נחש העפאים ונחש זרדים אשר נחשבים לקטלניים. רוב הנחשים התת-ארסיים מצויים במשפחת הזעמניים, אשר מכילה גם מינים רבים שאינם ארסיים כלל כגון זעמן שחור.

לטאות

מנגנון העברת הארס של לטאות ארסיות בנוי כך שבלוטות הארס מוארכות וניצבות לאורך הלסת התחתונה. מבנה הבלוטות ומורכבותן משתנה בין המינים, ואלו של לטאת הכוח ממין דרקון קומודו הן מהמורכבות ביותר מבין קבוצת הזוחלים. כל אחת מבלוטות הארס של לטאה זאת מורכבת מ-6 תאים כאשר מכל תא שכזה יוצאת צינורית אל פתח מיוחד הנמצא בין שיניה. המנגנון אצל לטאות ארסיות אחרות, כגון הלודרמה מרירית, מתעל את הארס באמצעות חריצים המצויים לאורך שורות שיניה.

פרוקי-רגליים

בניגוד לנחשים, כל מיני העקרבים הם ארסיים. זנב העקרב בנוי מ-5 מפרקים כאשר המפרק השישי הוא הטלסון שם נמצא העוקץ. הטלסון מורכב מבועית המכילה שתי בלוטות ארס, ומעין "מחט היפודרמית" באמצעותה הוא מעביר את הארס לקורבן בעקיצתו.
עכבישאים, שרובם ארסיים, שייכים למחלקת העכבישניים שגם העקרבים חברים בה. עכבישאים אינם שייכים לסדרת החרקים. לעכבישאים שני גפי פה המכונים כליצרות המסתיימות במעין ציפורן חדה וחלולה דרכה הם מעבירים את הארס מבלוטות הארס שלהם. צורת בלוטות הארס, מיקומה וגודלה בגופם משתנה ממין למין. יש שהיא קטנה ונמצאת בתוך הכליצרות ויש שהיא גדולה ומאורכת כדי התמשכותה אל תוך החזה.
נדלים הם מרבי-רגל אשר להם מערכת ייחודית להעברת הארס. זוג הגפיים הראשון שלהם נקרא רגלסות (רגלי-לסת), הן רגליים קשות, חדות וחלולות, כאשר בפרק הבטן של כל אחת מהן מצויות בלוטת ארס. אצל מינים מסוימים בלוטות ארס אלה יתמשכו לתוך הבטן ויקושרו אל קצה הרגלסות באמצעות צינורית.
בסדרת הדבוראים העוקץ נמצא בקצה הבטן. אצל דבורת הדבש הוא מורכב מנדן שהוא החוד הדוקר בעת העקיצה ולו גנגליון עצמאי הממשיך את פעולת העקיצה גם לאחר קריעת מנגנון העוקץ מגוף הדבורה (שגורם גם למותה כתוצאה מקריעת איבריה הפנימיים). לנדן צמודות שתי מחטים משוננות המסייעות לחדירתו ולתקיעתו ברקמות מבלי לאפשר את שליפתו. בית קיבול הארס מחובר לעוקץ והוא מתמלא על ידי בלוטה חומצית. בלוטת ארס שנייה מצויה בפתח בית הקיבול. לרוב הדבוראים האחרים אין מחטים משוננות ולכן הן מסוגלות לעקוץ שוב ושוב כאשר הן שולפות את העוקץ מבלי לגרום נזק לאיבריהם הפנימיים, דוגמה לכך היא הצרעה. חברים נוספים בסדרת הדבוראים הם משפחת הנמליים אשר להם מערכת עוקץ דומה.
לזחלים רבים יש מנגנוני הגנה ארסיים הנקראים שערות צורבות. הן קשורות לבלוטות ארס בגופם של הזחלים. עוצמת הארס משתנה ממין למין, אולם ידוע כי חלק ממיני הזחלים עלולים להיות קטלניים לאדם כדוגמת הזחל מסוג Lonomia.

צורבים ורכיכות

מדוזות מסוימות מסוגלות לירות תאי ארס ללא מגע ישיר בדומה למדוזת אירוקנג'י. בהתבוננות באמצעים אופטיים ניתן להבחין בתאי הארס הנורים במהירות עצומה הגורמת לקוויטציה במים.
כל המינים בסדרת התמנונאים ארסיים התמנונאים מעבירים ארס על ידי נשיכה באמצעות איבר דמוי-מקור שהוא גם החלק הקשה היחיד בגופם. אצל מינים מסוימים בלוטות הארס יתמשכו אל מאחורי הראש ויקושרו אל המקור באמצעות צינורית, ואצל מינים אחרים הבלוטות ימצאו ממש בסמוך למקור.

דגים

דגים ארסיים מונים למעלה מ-1,200 מינים וכוללים את הסוגים והמשפחות הבאים: אבנון, זהרון, אצטגנון, עקרבנון, דרקוניים, קרפדגיים ודגי סחוס כגון כרישים מסוימים וטריגוניים.
באופן כללי מערכת העברת הארס של הדגים מתאפשרת באמצעות קוץ או נשיכה ומערכות בלוטות הארס מגוונות מאוד.
הארס של דגי האבנון מועבר באמצעות קוצי גב מפותחים וחזקים. לכל קוץ שכזה יש זוג בלוטות ארס מחודדות וארוכות בצבע אפור-חום, אחת בכל צד. הקוצים ינקבו את העור ובשר הקורבן, והארס יוזרם מבלוטות הארס באמצעות תעלות בכל צד של הקוץ. בקרב דגי הזהרון ישנן רקמות המתפקדות כבלוטות המפיקות ארס בקוציו הרבים, בכל קוץ תעלות שטוחות דרכן מוזרם הארס.
בקרב הטריגוניים מערכת העברת הארס מתבצעת באמצעות זנב הפועל כשוט עוצמתי המצליף בקוץ גדול ומשונן המשמש להגנה בלבד. בלוטות הארס נמצאות בבסיס זנב הטריגון ומפרישות את הארס אל פני הקוץ הגדול והשטוח אשר מכוסה בקרום עדין מאוד השומר על הארס. כאשר הטריגון מצליף בזנבו, הקוץ עשוי להישבר ולהישאר נעוץ בגוף התוקף. במצב זה הקרום העדין שמכסה אותו עלול להקרע ולאפשר לארס לחדור אל הפצע הפתוח בגוף התוקף. בשל העובדה שהקוץ משונן מאוד, קשה עד מאוד להסירו. הארס לרוב אינו קטלני לבני האדם אולם פגיעת הקוץ הגדול עלולה להרוג כמו בתקרית הטרגית בה מצא את מותו מומחה חיות הבר סטיב ארווין.

הביקורת על שיטת המדד

שיטת מדד LD₅₀ הוצגה לראשונה בעולם המדע בשנת 1927 ומאז הפכה לשיטה נפוצה ומקובלת. מבקרי השיטה חולקים על מידת דיוקה בטענה כי הפיזיולוגיה של קבוצת חיות הניסוי שונה מהותית מזאת של גוף האדם ובהתאם לכך אין זה נכון להסיק מתוצאות ניסויים אלה את עוצמת השפעת הארס על גוף האדם. טענות אלה, של מבקרי השיטה, נסמכות בעיקר על העובדה שהארס התאים עצמו אבולוציונית לפיזיולוגיה של בעלי החיים בסביבתו הייחודית ובהתאם לכך השפעתו עשויה להיות מהירה וקטלנית על בעל חיים מסוים ופחות קטלנית ובעלת השפעה איטית יותר על בעל חיים אחר.

פסיקולינים (Fasciculins)

רעלנים אלה פוגעים בתאי עצב כולינרגיים (אלו המשמשים להולכת האצטילכולין) באמצעות הרס האנזים אצטילכולין אסטראז. כתוצאה מכך האצטילכולין לא יכול להתפרק ונשאר צמוד לקולטנים. הדבר מוביל להתכווצות שרירים בלתי רצונית שעלולה להסתיים במוות. רעלנים אלה נקראים פסיקולינים מאחר שזמן קצר לאחר הזרקתם לעכבר, יחלו פסיקולציות חמורות ובלתי פוסקות שנמשכות כ-5–7 שעות. רעלנים אלה קיימים בנחשי הממבה השונים ובחלק מהעכסנים.

דנדרוטוקסינים (Dendrotoxins)

דנדרוטוקסינים הם רעלנים, המורכבים מ-59 חומצות אמינו, הנקשרים לשערי תעלות יונים ממותגות מתח של אשלגן בקצה תא העצב. שערי תעלות האשלגן ממותגות מתח הם בעלי תפקיד מרכזי בתאי עצב ובתאי שריר. הם שולטים במתח מנוחה תא העצב כדי שתתבצע דפולריזציה של קרום התא בהתרחש דחף עצבי. כאשר דנדרוטוקסין מסוים נקשר לשערי התעלות אלה, הוא חוסם את הפעילות של תעלות האשלגן הללו. בצורה זו הדנדרוטוקסינים מאריכים את משך פעולת הדחף העצבי ומגבירים את שחרור האצטילכולין בצמתי עצב-שריר. כתוצאה מכך יתרחשו עוויתויות והתכווצויות בלתי רצוניות של שרירים.
רעלנים אלה שכיחים במיוחד בקרב נחשי הממבה.

אלפא-נוירוטוקסינים (α-Neurotoxins)

אלפא-נוירוטוקסינים הם קבוצה גדולה, הכוללת מעל 100 רעלני תאי עצב קולט (בתר-סינפטי) אשר זוהו. רעלני אלפא-נוירוטוקסין תוקפים את קולטני האצטילכולין הניקוטיניים של תאי העצב הכולינרגיים. הם מחקים את צורת מולקולות האצטילכולין וכך מתאימים עצמם להצמדות אל הקולטנים ונקשרים אליהם באופן בלתי הפיך. היקשרות זאת גורמת לפתיחת התעלות היוניות באופן בלתי מבוקר, דבר שמוביל לחוסר תחושה ושיתוק.

אלפא-בונגרוטוקסין (α-Bungarotoxin)

אלפא-בונגרוטוקסין שייך לקבוצת רעלני בונגרוטוקסין (Bungarotoxins) המהווים רכיב בארס חלק מנחשי משפחת הפתניים כגון נחש הקרייט. רעלן זה הוא סוג של אלפא-נוירוטוקסין, חלבון נוירוטוקסי הנקשר לקולטני האצטילכולין הניקוטיניים בצומת עצב-שריר, וגורם לשיתוק, כשל נשימתי ומוות. פרופ' שרה פוקס ממכון ויצמן למדע ניהלה מחקר ארוך שנים אשר במהלכו הצליחה לזהות בקולטן העצב, המורכב מרצף של כ-3000 חומצות אמינו, מקטע המורכב מ-21 חומצות אמינו בלבד. היא זיהתה בנחשים ובנמיות (לשניהם חסינות מסוימת לארס) כי מבנה קולטן האצטילכולין שלהם, שאליו נקשר הרעלן אלפא-בונגרוטוקסין, שונה במקצת משאר בעלי החיים, ולכן לא מאפשר לרעלן להקשר אליו. מאוחר יותר המשיכו צוות מדענים את מחקרה וגילו את צורתה של מולקולת הרעלן אלפא-בונגרוטוקסין בעלת שלוש האצבעות אשר עוטפת את אזור הקישור בקולטן. תגלית זאת עשויה להוות פריצת דרך בפיתוח חיסונים נגד ארס ובטיפול במחלות שונות הקשורות לפגמים בפעילות האצטילכולין

המוטוקסינים

המוטוקסינים גורמים להמוליזה (הרס תאי הדם האדומים), לפגיעה בדפנות כלי הדם ובתהליך הקרישה. רעלנים אלה פוגעים ביכולת שינוע החמצן בגוף ויכולים להוביל לכשל רב מערכתי. היסטמין וקטכולאמין, שמצויים בארס נחשים מסוימים, משפיעים על זרימת הדם באמצעות הרחבת כלי הדם או כיווצם.
רעלנים אלה שכיחים בקרב משפחת הצפעיים.

המורגינים (hemorrhagins)

ההמורגינים שכיחים בארס הצפעוניים וצפעוני גומה ומשבשים את המנגנון ההמוסטטי בגוף ואת האנדותליום ויוצרים המורגיות (שטפי דם) על ידי גרימת נקבים בדפנות כלי הדם אל הרקמות. ההמורגינים פוגעים במערכת קרישת הדם על ידי מניעת התלכדות טסיות הדם, ומניעת הפיברינוגן להפוך לפיברין אשר בתהליך סתימת הפריצה בכלי הדם הופך לחומר שאינו מסיס (ראה תהליך קרישת הדם).
המורגינים מכילים סרין פרוטאז, אנזימים אשר מבקעים קשר פפטידים בחלבונים ומשבשי פעילות תרומבין ופיברינוליזיס, ואנזימי מטאלופרוטאז אשר מפרקים חלבונים של המטריצה חוץ-תאית ושל המערכת ההמוסטטית שעלולה להוביל לאפקט כשל רעלן הציטוטוקסין המוזכר לעיל. המורגינים מכילים גם חלבונים שאינם אנזימטים כגון דיסאינטגרין ומעכבי אינטגרין אשר מפעילים או מעכבים את פקטור גורמי הקרישה השונים, שפעול טסיות הדם ושיבוש האנדותליום.

קונוולקסין (Convulxin)

מין עכסן מסוים מכיל את רעלן הקרוי קונוולקסין שגורם להפעלת טסיות דם היוצר קרישי דם מפושטים ומעלה את לחץ הדם. הקונוולקסין פועל כאגוניסט לקולטנים גליקופרוטאיניים מסוג Glycoprotein VI, שהם קולטני קולגן חשובים. קשירתו לרצפטורים אלו יגרום לקרישיות יתר ואובדן דם, דבר שעלול להסתיים במוות

שימושים יוצאי דופן בארס

כיום ידוע כי מינים מסוימים עושים שימוש משני במרכיבי הארס השונים שלהם למטרות שונות ומגוונות.
צרעת אמפולקס קומפרסה עושה שימוש בארס באופן המזכיר סיפור הלקוח מספר מדע בדיוני. ראשית הצרעה תאתר פונדקאי, שהוא מין ספציפי של תיקן אמריקני. לאחר מכן תתקוף אותו בלסתותיה החזקות ותאחוז בגופו - הדקירה הראשונה תעביר הישר לגופו של המקק כמות ארס מדויקת שתשתק רק את רגליו, וזאת על מנת לבצע את פעולת העקיצה המדויקת השנייה ללא הפרעה, והפעם הישר אל מוחו של התיקן. לאחר העקיצה השנייה הארס ישתק את התיקן ויהפוך אותו למעין זומבי חסר תנועה, אולם לא ימית אותו. נהפוך הוא, מחקר ישראלי מצא כי במצב זה שרידותו תהיה טובה יותר. הצרעה תגרור את התיקן אל מחילה ותאטום אותה עליו, לא לפני שתטיל לגופו ביצה שתבקע לאחר כמה ימים. הפגית שתבקע תיזון מגופו הפנימי של התיקן החי ולאחר שתאכל ותתפתח די צרכה תתגלם, ותצא מגופו המיובש של התיקן כצרעה בוגרת.
נקבת צרעה ממין Polistes fuscatus משתמשת בארס שלה באופן ייחודי, היא משחררת ארס המכיל פרומון מין המעורר את הזכרים לפעולת רבייה וחיזור. באופן דומה צרעה ממין Polistes exclamans משתמשת בארס שלה לצורך שחרור פרומון המעורר את יתר הצרעות במושבה להתגונן כנגד פולש או תוקף. צרעה ממין אחר (Parischnogaster striatula) חיה במושבות קטנות בהן מחלות עלולות לעבור במהירות בין הפרטים. הצרעה הזאת מתגוננת ממחלות מסוימות באמצעות איסוף טיפות זעירות של ארס מרגליהן ופיזורן על כל גופן. הארס מכיל פפטידים הקוטלים מיקרואורגניזמים שגורמים למחלות בקרב צרעות אלה. למעשה צרעה זאת מחסנת עצמה ממחלות קטלניות באמצעות הארס שלה. באופן דומה מתנהגת גם נמלה ממין Polyrhachis dives המושחת את גופה בארס שלה כחיטוי מפתוגנים שונים.
הערפדים הם תת-משפחה של עטלפים הניזונים בעיקר מדם בעלי חוליות. באמצעות נשיכה הם מבצעים חתך קטן בעור בסמוך לכלי דם ומלקקים את הדם הניגר מפצע זה. אולם בעלי חוליות מצוידים במנגנון קרישת דם שתפקידו לחסום פצעים פתוחים ולמנוע מהדם לזרום החוצה. הקרשת הדם תמנע מהעטלפים ליטול מנת דם מספקת. נמצא כי ארס הערפדים מונע קרישת דם, גורם לאלחוש מקומי (דבר שמונע מהקורבן להרגיש בפציעה כלל) וכן מכיל מולקולות הגורמות להרחבת העורקים של הקורבן על מנת לאפשר זרימה מוגברת של הדם. בדומה לאבולוציית הנחשים, כך גם ארס הערפדים נשאר צעד אחד לפני הנוגדנים שמיוצרים כנגדו בגוף הקורבן. ארס הערפדים התפתח במהירות כדי להתגבר על מערכת החיסון של הקורבן שמייצרת נוגדנים כנגד מולקולות הארס הייחודי שלהם.
 ארס הערפדים מכיל צורות רבות של אותם רכיבים אקטיביים עם שינויים קטנים על פני שטח המולקולות השונות. כאשר הקורבן מפתח נוגדנים למולקולות מסוימות בארס, אחרות עדיין תהינה מסוגלות לחדור את הגנת מערכת החיסון ולגרום לדם להמשיך לזרום ללא קרישתו מפצע הנשיכה ממנו ניזונים הערפדים. הדבר מבטיח לערפד יכולת הזנה מאותו קורבן לילה אחר לילה ללא הפרעה. מחקרים גילו כי במקרים בהם ערפדים ניזונים לילה אחר לילה מאותה פרה, בשלב מסוים מערכת החיסון שלה תתגבר על הארס ותפתח נוגדנים אשר יגלידו את הפצע במשך זמן קצר יותר, תגלית זאת ממחישה את מרוץ התפתחות ארס הערפד אל מול מערכת החיסון של קורבנותיו.

ארס הערפדים התגלה לפני עשורים רבים, אולם מחקרים חדשים עדיין מוצאים בו אנזימים וחלבונים חדשים שלא היו מוכרים לפני כן למדע. אחד מסוגי החלבונים החדשים שהתגלו בארס הערפדים זכה לשם ההולם - דראקולין, על שם הדמות האגדית דרקולה.
כמה מינים של קרציות משתמשות אף הן בארס. מחקרים שנעשו על רוק קרציות אלה הראו כי הרכבו מכיל לא רק רעלנים קטלניים, אלה גם חלבונים הדומים לאלה הנמצאים בארס העכבישים והעקרבים. מאחר שקרציות, עקרבים ועכבישים הם משפחות במחלקת העכבישניים, הדמיון בהרכב הארס שלהם הוביל למסקנה כי הם חולקים מערכת ארס שמקורה באב קדמון משותף. קיימים מיני קרציות ארסיות המסוגלות לשבש את מנגנון קרישת הדם בדומה לערפדים כדי לאפשר את תזונתם, כ-9% מהמינים עלולים לגרום לשיתוק קרציות אשר עלול להסתיים במוות אם לא יינתן נסיוב נגד ארס בסמוך להופעת התסמינים. מקרה המוות הראשון כתוצאה משיתוק קרציות תואר לראשונה בשנת 1912 באוסטרליה. בדומה לקרציות, גם לחלק מהאקריות יש מערכות ארס דומות.

בישראל

בישראל, החל משנת 2000 הכשת נחש אינה מוגדרת כמחלה המחייבת דיווח למשרד הבריאות. עקב כך, לא קיים תיעוד מפורט של היקף ההכשות במדינה. הערכה המבוססת על דיווחים חלקיים מצביעה כי מדי שנה מתרחשים בין 200–300 מקרי הכשה כאשר כ–95% ממקרים אלה הם הכשות של צפע מצוי. מקרי מוות בישראל מבעלי חיים ארסיים מוגדרים על ידי גורמי רפואה כנדירים. בנוסף, כ-300 הכשות חיות מחמד ובעלי חיים שונים מטופלים מדי שנה בישראל באמצעות וטרינרים.
בישראל מיוצר נסיוב נגד ארס לצפע המצוי ולאפעה מגוון במתקן הייצור של מפעל קמהדע הממוקם בבית קמה והקמתו מומנה בסיוע משרד הבריאות, כמו כן הנסיוב כלול בסל התרופות. בישראל לא קיימים נסיובים לכל בעלי החיים הארסיים החיים בה, כדוגמת שרף עין גדי.

ארס כנשק בעת העתיקה

האזכור העתיק ביותר לשימוש בארס בתור כלי נשק מקורו במיתולוגיה יוונית וייתכן גם שהיווה השראה ליישומו. אחד משנים-עשר מעללי הגבורה של הרקולס היה להרוג את הידרה - ייצור ארסי בעל כמה ראשי נחש. לאחר שערף את ראשי הייצור, טבל הרקולס את חציו בדמו הארסי שניגר מגופו. לפי אגדה עתיקה אודיסאוס, גיבור מיתולוגיה יוונית, נהרג מפגיעת חץ משוח בארס הטריגון. האיליאדה של הומרוס, שירה אפית שמקורה בראשית התקופה הארכאית בתולדות יוון העתיקה, מתארת את פצעי הלוחמים במהלך מלחמת טרויה מחניתות וקשתות אשר סירבו להחלים, ומתוכם ניגר דם שחור כהה, ורופאים ששאבו ארס מפצעי חצים בשדה הקרב. סממנים אלה אופייניים לארס נחשים.
בשנת 326 לפנה"ס צבאו של אלכסנדר הגדול נתקל בחצים וחרבות קטלניים בהודו, שנטבלו בארס נחשים. ההיסטוריון קווינטוס קורטיוס רופוס תיאר כי כל לוחם שסבל אפילו מפציעה שטחית חש כאב דוקר, סבל מהקאות ופרכוסים, עור חיוור, דם מוקצף שחור שניגר מהפצע, וכאשר הנמק הסגלגל-ירוק החל להתפשט המוות לא איחר לבוא. על פי תסמינים אלה מניחים מומחים בני ימינו כי הארס בו השתמשו אויביו של אלכסנדר הגדול מקורו בצפע הודי.
משיחת ראשי החצים בארס התאפשרה בשל העובדה שכאשר ארס מתגבש הוא נדבק בקלות לראשי חצים מאבן, עצם, עץ או ברזל, והרעלנים שבו נותרים פעילים זמן ממושך יחסית. במאה החמישית לפנה"ס קשתים סקיתים המציאו שיטה קטלנית למשיחת הארס על חציהם; הם ערבבו את ארסו של נחש ממין צפע אורסיני (Vipera ursinii) עם דם וגללים והותירו את העיסה הסמיכה להרקיב באדמה. הסקיתים אפילו צבעו את חציהם בצבעי וצורות נחשים ארסיים. קורבנות החצים הללו נידונו למוות בייסורים נוראיים אפילו מפציעה שטחית, וכך שמם של הקשתים הסקיתיים נפוץ לכל עבר והפך לאימת אויביהם. עם הקשתים שעשו שימוש בחצים טבולים בארס נמנו הגאלים, הדלמטים, הדאקים, הסרמטים, הגטים, האתיופים ועוד רבים אחרים.
ישנן השערות כי בתקופה הנאוליתית נהגו להשליך כוורות דבורים על אויבים. בתקופה הרומית המאוחרת יותר נעשה שימוש בקטפולטה להשלכת הכוורות. בני המאיה עשו שימוש במלכודות מתוחכמות כדי למנוע מצור על חומותיהם; הם השתמשו בבובות לוחמים בעלי ראשי דלעת מלאים בצרעות. קורנליוס נפוס מתאר כי במאה השנייה לפנה"ס מצא עצמו חניבעל בנחיתות מספרית בקרב הימי מול פרגמון. חניבעל שלח את חייליו לחוף כדי לאסוף נחשי צפע בכדי חרס, וכאשר ספינות פרגמון התקרבו לספינותיו, ניפצו חיילי חניבעל על סיפוני האויב את כדי החרס. תוך זמן קצר התמלאו ספינות פרגמון בנחשים והבלבול ששרר הקל על חניבעל לנצח.
במאה ה-2 לספירה ניסה ספטימיוס סוורוס להטיל מצור על חומות העיר חאטרה, אולם חייליו נאלצו לסגת לאחר שתושבי העיר השליכו עליהם כדי חימר מלאים בעקרבים, טורפניתיים וחרקים ארסיים אחרים מהסביבה המדברית. ההיסטוריון הרומי הרודיאנוס מאנטיוכיה תיאר את המעשה כגשם של חרקים ארסיים שעקצו ונשכו את חיילי ספטימיוס בכל חלקי גופם וגרמו לפציעות מרובות אשר הביאו לנסיגתם.

ארס לצורכי רפואה בעת העתיקה

השימוש בארס בצורות מסוימות לצורכי ריפוי היה מוכר מראשיתו של מדע הרפואה. ביוון העתיקה שימש הנחש כסמל הרפואה בהקשר לאל הרפואה אסקלפיוס. סמל זה או מוטיבים דומים לו (כגון מטה הרמס) משמשים עד היום את ארגוני הרפואה בעולם לרבות את ארגון הבריאות העולמי. שמאנים אוחזי נחשים אגריים וסקיתים אחרים נהגו לחלוב ארס נחשים לצורכי רפואה וייצור נסיובים. רופאיו של מיתרידטס השישי, מלך פונטוס ככל הנראה הגו לראשונה בהיסטוריה את עיקרון הנסיוב נגד ארס.
אפשרות החיסון מארס הייתה מוכרת מאחר שהיה ידוע כי הנחש מחוסן מארסו. רופאיו של המלך, אשר ערכו ניסויים בארס, השקו את חייליו בכמויות קטנות של תמצית ארס כדי לפתח נוגדנים. ארס אינו משפיע על מערכת העיכול אלה במגע ישיר עם הדם ולכן לא נוצרו נוגדנים, אולם עצם העיקרון הקדים את זמנו בכ-2,000 שנה. תיעוד ראשון לשימוש בארס למטרות רפואיות מקורו במאה ה-1 לפנה"ס כשהמלך מיתרידטס נפצע קשה מחרב באזור הירך. רופאיו הצליחו לחסום את הפצע הניגר באמצעות ארס נחשים. מדובר בתיעוד הראשון של שימוש באפקט קרישת הדם באמצעות כמויות זעירות של ארס הצפע.
רפואה מודרנית עושה שימוש בתרופות שנרקחו מארס נחשים לשימוש זהה בחדרי המיון. מבין העובדות הידועות ביותר על המלך מיתרידטס השישי הוא ניסיונו לחסן את עצמו מחצים וחרבות משוכים בארס ורעל. בשנת 63 לפנה"ס, במטרה לחשל את גופו, הוא רקח נסיוב שהורכב מ-64 רכיבים שונים - נסיוב זה נודע בשם מיתרידטיום והוא התיימר לחסן מפני כל סוגי הארס והרעלים הקיימים. מתכון רכיבי הנסיוב שרד הרבה לאחר לכתו של מיתרידטס, שוכלל מאוחר יותר על ידי רופאו של נירון קיסר והפך לנחשק באירופה ובמיוחד בצרפת ואיטליה במהלך ימי הביניים והרנסאנס ואף נותר כזה עד המאה ה-19.