Тварини, які можуть обдурити смерть: як вони це роблять

• • Author, Катаріна Ціммер
  • Role, BBC Future
• 21 хвилин(и) тому

Істоти, що їдять інші види смертельно отруйних тварин та рослин, під час еволюції виробили цілий набір хитрих стратегій, щоб вижити.

Десять змій опинилися у складному становищі.

Їх упіймали в колумбійській Амазонії, після чого вони кілька днів перебували без їжі в неволі. Потім змії отримали вкрай неапетитну здобич: трисмугастих жаб-дереволазів, Ameerega trivittata.

Шкіра цих жаб містить смертельні токсини – такі як гістрионікотоксини, пуміліотоксини та декагідрохіноліни – що порушують роботу життєво важливих клітинних білків.

Шість королівських земляних змій (Erythrolamprus reginae) воліли голодувати.

Решта чотири сміливо поповзли на здобич. Але перш ніж проковтнути їжу, вони тягнули жаб по землі – подібно до того, як деякі птахи стирають токсини зі своєї здобичі, зауважила біологиня Валерія Рамірес Кастаньєда з Каліфорнійського університету в Берклі та її колеги, які проводили експеримент.

Троє з чотирьох змій пережили трапезу – що свідчить про здатність їхніх тіл упоратися з токсинами, які залишилися.

Живі істоти застосовують смертельні молекули для вбивства одна одної вже сотні мільйонів років.

Спершу з’явилися мікроби, які використовували хімічні речовини, щоб усувати конкурентів або атакувати клітини хазяїв, яких вони заражали. Потім тварини – щоб убивати здобич або відлякувати хижаків, а рослини – для захисту від травоїдних.

У відповідь багато тварин виробили механізми, щоб виживати в умовах дії цих токсинів. Вони часом навіть накопичують їх, щоб використовувати проти супротивників.

Вчені починають розкривати ці винахідливі антитоксичні захисти й сподіваються завдяки цьому знайти кращі методи лікування отруєнь у людей.

У ширшому сенсі вони дізнаються про силу, яка тихо формувала біологічні спільноти, каже еволюційна біологиня Ребекка Тарвін з Каліфорнійського університету в Берклі, яка допомагала керувати дослідженням змій і писала про такі стратегії в “Annual Review of Ecology, Evolution, and Systematics” за 2023 рік.

“Лише міліграми однієї сполуки може змінити всі взаємодії в екосистемі”, – каже Тарвін.

Біологічна війна

Види стають токсичними різними шляхами. Деякі виробляють отрути самі: наприклад, ропухи родини Bufonidae синтезують молекули, які називаються серцевими глікозидами й блокують білок під назвою натрій-калієвий насос, що перекачує іони всередину та назовні клітин.

Така перекачка критично важлива для підтримання клітинного об’єму, скорочення м’язів і передачі нервових імпульсів.

Інші тварини утримують у тілі бактерії, що продукують токсини – так роблять риби-фугу, м’ясо яких містить тетродотоксин і може бути смертельним.

А багато інших отримують токсини з їжею – прикладом є отруйні жаби, які поїдають токсичних комах і кліщів; серед цих жаб були й ті, якими годували земляних змій.

Коли деякі тварини еволюціонували таким чином, що стали токсичними, вони також перебудували свої тіла, щоб не отруювати самих себе. Те саме сталося з істотами, які їх поїдають або якими вони харчуються.

Найкраще вивченою адаптацією є зміни білків, які зазвичай блокуються токсинами, але тепер стали до них стійкими. Наприклад, комахи, що ростуть і харчуються багатими на глікозиди рослинами ваточника, у процесі еволюції виробили натрій-калієві насоси, до яких глікозид не може приєднатися.

Підпис до фото, Трисмугаста отруйна жаба (Ameerega trivittata) виробила токсини, щоб захищатися від хижаків.Але зміна життєво важливої молекули може створити проблеми для істоти, каже молекулярна біологиня Сузанна Доблер з Гамбурзького університету в Німеччині.

У своїх дослідженнях великих ваточникових клопів, які харчуються насінням ваточника, вона виявила, що чим більш стійким до глікозидів стає насос, тим менш ефективно він працює. А це проблема для нервових клітин, де насос особливо важливий.

Але клоп, здається, еволюціонував у такий спосіб, щоб це обійти. У дослідженні 2023 року Доблер з колегами вивчили стійкість до токсинів у трьох версіях насоса, які виробляє істота.

Вони дізналися, що найбільш функціональний у мозку є водночас і найбільш чутливим до токсинів. Значить, клоп мусив виробити інші способи захистити мозок від глікозидів, каже Доблер.

Вона підозрює, що до цього залучені білки, які називаються ABCB-транспортерами: ці білки містяться у клітинних мембранах і виводять відходи та небажані речовини з клітин.

Дослідниця виявила, що деякі бражники використовують білки ABCB-транспортерів навколо нервової тканини, щоб виводити серцеві глікозиди з клітин. Можливо, ваточниковий клоп робить щось подібне.

Доблер також перевіряє гіпотезу, що багато комах мають ABCB-транспортери в мембранах кишківника, які не дають токсинам потрапити в організм.

Це може пояснити, чому яскраво-червоний цибулевий жук, який харчується багатою на глікозиди конвалією, зовсім не зважає на токсини й просто їх виводить. Випорожнення при цьому відлякують мурах-хижаків, повідомила Доблер у 2023 році.

У королівських земляних змій ключову роль, здається, відіграє печінка. З експериментів на клітинних культурах команда Тарвін має докази, що в екстракті печінки змій міститься щось, що захищає їх від токсинів трисмугастих жаб-дереволазів.

Команда припускає, що змії мають ферменти, які перетворюють смертельні речовини на нетоксичні форми, так само як людське тіло робить це зі спиртом і нікотином.

Печінка змій може також містити білки, які зв’язують токсини й не дають їм приєднатися до цільових білків – поглинаючи їх, як губки. Вчені виявили такі “токсиновловлювальні” білки в крові деяких отруйних жаб, що дає їм змогу протистояти смертельному сакситоксину й алкалоїдним токсинам, які вони отримують із їжею.

Підпис до фото, Каліфорнійські ховрахи розробили низку контрзаходів проти отрути гримучої зміїКаліфорнійські ховрахи, здається, використовують подібну хитрість, щоб захистити себе від отрути гримучих змій – коктейлю з десятків токсинів, що руйнують стінки кровоносних судин, перешкоджають згортанню крові тощо.

У крові ховрахів є білки, які блокують деякі з цих токсинів – подібні до тих, які гримучі змії використовують для власного захисту, якщо отрута випадково потрапить із їхніх спеціалізованих залоз.

Склад отрути відрізняється між популяціями змій, і еволюційний біолог Метью Голдінг з Мічиганського університету має докази, що суміш антиотрути у ховрахів пристосована до місцевих змій.

Але такі захисти не є абсолютними. Гримучі змії постійно виробляють нову отруту, щоб долати адаптації білок, каже Голдінг, і навіть гримуча змія загине, якщо їй ввести достатньо власної отрути.

Саме тому тварини, навіть стійкі, намагаються передусім уникати токсинів.

Звідси – поведінка змій, які волочать здобич по землі, і практика деяких черепах споживати лише шкіру черева й нутрощі отруйних тритонів, уникаючи смертельно небезпечної шкіри спини.

Навіть гусінь монархів, стійка до глікозидів, надрізає жилки рослин ваточника, щоб злити токсичний сік перед тим, як почати їсти рослину.

Привласнення токсинів

Багато тварин також знаходять способи безпечно зберігати токсичні речовини, які вони споживають, і використовувати їх у власних цілях.

Наприклад, райдужний жук-златка отримує серцеві глікозиди зі своїх рослин-господарів, а потім – імовірно за допомогою транспортерів ABCB – переносить їх на спину для самозахисту.

“Якщо ви якось роздратуєте цих жуків, ви можете побачити маленькі краплі на їхніх надкрилах”, – каже Доблер.

Завдяки такому “привласненню” отрути деякі комахи стають залежними від рослин-господарів. Взаємини між метеликом монархом і рослиною ваточника є яскравим прикладом – і водночас прикладом далекого впливу таких переплетених зв’язків.

У дослідженні 2021 року еволюційний біолог і генетик Ноа Вайтман із Каліфорнійського університету в Берклі та його колега виявили чотири тварини, які в процесі еволюції виробили толерантність до серцевих глікозидів, що дозволило їм харчуватися монархами.

Однією з них є чорноголовий кардинал-довбоніс – птах, що полює на монархів у мексиканських ялицевих лісах, куди метелики прилітають зимувати.

Подумайте про це, каже Вайтман: токсин, синтезований у рослині ваточника на преріях Онтаріо, допоміг сформувати біологію птаха так, що він може безпечно харчуватися в лісі за тисячі миль.

“Це просто дивовижно, – каже він. – Подорож, яку здолала ця маленька молекула, і вплив, який вона має на еволюцію”.

Підписуйтеся на нас у соцмережах