Мир полон токсичных людей. Конечно, ядовиты они для окружающих из-за своего поведения, а не по биологической природе. Люди не могут подобно змеям вырабатывать яд. Или все-таки могут?.. Все стало не столь очевидным после того, как ученые обнаружили специфический набор генов для производства яда у всех млекопитающих, включая человека. Исследование опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Пластичная природа
Крайне маловероятно, что люди присоединятся к гремучим змеям, паукам, млекопитающим утконосам или толстым лори — единственным, кстати, ядовитым приматам. Биологи давно знали, что ядовитые железы ротовой полости представляют собой модифицированные слюнные железы, но новое исследование раскрывает молекулярные механизмы этих изменений.
По сути, у всех рептилий и млекопитающих есть своеобразный инструментарий для производства яда — набор чрезвычайно изменчивых генов, связанных со слюнными железами. Это доказывает, что такая способность, как ядовитость, развивалась в процессе эволюции от неядовитых предков, причем, по мнению ученых, в животном мире эти процессы происходили независимо друг от друга более 100 раз. Геном —наилучший пример пластичности природы. Многие токсины в яде характерны для очень разных животных — некоторые компоненты яда сороконожки содержатся, например, в змеином яде.
Однако японские генетики из Института науки и технологий Окинавы предпочли не фокусироваться на конкретных токсинах. Объектом их исследования стали гены, связанные с производством яда, но не отвечающие за создание самих токсинов, поскольку они быстро развиваются и являются сложной смесью химических соединений. Эти регуляторные гены составляют основу всей «ядовитой» системы.
Исследователи начали с генома хорошо изученной коричневой гадюки (Trimeresurus mucrosquamatus). «Поскольку мы знаем функции всех генов, присутствующих в организме этого животного, мы могли легко выяснить, с какими генами связаны гены ее яда», — пояснили авторы.
Команда обнаружила совокупность генов, общих для тканей организма всех встречающихся на земле амниотов (рептилии, птицы, некоторые млекопитающие). Многие из этих генов участвуют в сворачивании белков, что имеет смысл, потому что ядовитые животные должны производить большое количество токсинов, состоящих из белков. Неудивительно, что такие же регуляторные гены в большом количестве присутствуют в слюнных железах человека, которые также вырабатывают определенное количество белков калликреиновой системы.
Калликреины — это очень активные ферменты, переваривающие другие белки и выделяющиеся со слюной; они являются наиболее широко секретируемым компонентом ядов в животном мире. Таким образом, люди обладают своеобразным генетическим фундаментом, на котором выстроена «ядовитая» система ротовой полости, и к тому же производят белки, присущие многим ядовитым животным.
Стратегии выживания
Калликреины весьма стабильны и не перестают работать при воздействии мутации. На самом деле легко получить полезные мутации калликреинов, которые сделают яд более сильным, болезненным и смертоносным (один из эффектов калликреинов — резкое падение артериального давления).
Таким образом, если людям понадобится стать ядовитыми в целях выживания, потенциально будет отмечаться возрастание количества калликреинов в человеческом организме.
Вот только зачем современному человеку менять устоявшиеся за тысячелетия стратегии по выбору партнеров или добыванию пищи? И от кого ему защищаться? Ведь яд чаще всего нужен либо как метод защиты, либо как способ укротить добычу.
То, какой именно яд выделяется, во многом зависит от места обитания и образа жизни животного. Эволюция адаптирует яд к его потребностям посредством естественного отбора. В пустыне, где змеи охотятся в основном на мышей, яд действует в первую очередь на систему кровообращения, ведь змее удобно выслеживать умирающую мышь на ровной поверхности даже на больших расстояниях. В скалистой местности, где змеи охотятся в основном на ящериц, преобладают нейротоксичные яды, потому что если добычу немедленно не обездвижить, то она может скрыться в расщелине и стать недоступной. Летучие мыши-вампиры пользуются ядовитой слюной, предотвращающей образование тромбов, а ядовитые землеройки вырабатывают парализующий яд, чтобы усмирить более крупную добычу, которую иначе они не могли бы убить. Утконосы вооружены ядовитыми шпорами на задних лапах, которые пускают в ход в боях с «соплеменниками» за партнера или территорию.
Люди же изобрели инструменты, оружие и социальные структуры, которые справляются со всеми этими задачами без необходимости использовать ядовитые клыки. Да и образование яда дается организму непросто: создание и сворачивание белков требует немалых энергетических затрат. По этой же причине яд легко исчезает, если нет нужды в его применении. У некоторых видов морских змей, например, есть рудиментарные ядовитые железы, а значит в прошлом они были ядовиты, но перешли с питания рыбой на икру, включение которой в рацион не требует смертельного укуса.
Понимание генетики, лежащей в основе контроля над ядом, может быть ключевым для медицины. Если бы в мозгу кобры начали экспрессироваться гены ее ядовитых желез, змея пала бы жертвой самоотравления. При заболевании раком клетки выходят из-под контроля, начинают активно размножаться и выделять продукты в тех местах, где делать этого вовсе не должны. Изучение того, как гены регулируют различные процессы, совершенно необходимо для расшифровки механизмов многих заболеваний.
Не будь как лори
Толстые лори, единственные в мире ядовитые приматы, используют яд во время схваток с сородичами, пишет научный журнал Current Biology. Биологи обнаруживают следы свежих ядовитых укусов более чем у 20 % пойманных особей, как самцов, так и самок. До сих пор считалось, что яд служит лори для защиты от хищников и борьбы с паразитами (наносят его на шерсть). Содержится он в слюне животного и в секрете желез на передних лапах. В случае угрозы лори поднимает передние конечности, открывая доступ к ядовитым железам, смешивает слюну с их секретом и готовится к укусу. Последствия такого укуса могут быть смертельными даже для человека. А ведь когда-то люди думали, что зверек поднимает лапы от удовольствия, радуясь их появлению…
А кобре раз плюнуть!
Журнал Science опубликовал любопытное исследование британских ученых, изучавших эволюцию плюющихся кобр. Биологи пришли к выводу, что ядовитость этого вида развилась как потребность в защите, а непосредственной угрозой стало… появление первых людей.
Отслеживание различных эволюционных линий показало, что формирование в ротовой полости пресмыкающихся механизма для выплевывания яда происходило как минимум в трех географических областях и во всех случаях совпадало с появлением там первых гоминидов. Крупные приматы довольно часто нападают на змей, вооружившись камнями и палками. А угроза со стороны двуногих, получивших свободную пару рук, чтобы им напакостить, стала тем фактором, который заставил пресмыкающихся защищаться на дальних дистанциях, просто выстреливая ядом в жертву.