Новая модель эволюции змеиного яда бросает вызов традиционным представлениям
Исследование, опубликованное в журнале Molecular Biology and Evolution, ставит под сомнение распространённую практику классификации животных как ядовитых на основе обнаружения в их ротовых железах генов, связанных с токсинами. Работа предлагает новую модель происхождения змеиного яда.
Ключевые выводы
- Анализ геномов показал, что так называемые "токсичные" гены (24 семейства генов, ассоциированных с ядом) в неядовитом бирманском питоне (Python molurus bivittatus) экспрессируются не только в ротовых железах, но и в других тканях: мозге, печени, желудке и других органах.
- Это демонстрирует, что изначально эти гены выполняли в организме обычные "домашние" функции (регуляция клеточных процессов, пищеварение), а не были токсинами.
- Следовательно, одного лишь факта экспрессии этих генов в ротовых железах недостаточно, чтобы считать вид ядовитым.
Новая модель эволюции яда
Исследователи во главе с Тоддом Кастоу (Университет Техаса в Арлингтоне) предложили трёхэтапную модель Stepwise Intermediate Nearly Neutral Evolutionary Recruitment (SINNER):
- Исходное состояние: Гены, которые потенциально могут эволюционировать в ядовитые, изначально слабо, но стабильно экспрессируются во многих тканях тела, включая ротовые железы.
- Начало специализации: Естественный отбор благоприятствует более высокой экспрессии этих генов именно в ротовых железах, так как это даёт преимущество (например, в переваривании добычи).
- Токсификация и оптимизация: По мере того как белки, кодируемые этими генами, становятся более токсичными, их экспрессия в других органах снижается, чтобы избежать вредного воздействия на собственный организм.
Эволюционный контекст
- Бирманский питон, чей геном был секвенирован в 2013 году, отделился от эволюционного древа змей до масштабного расширения и преобразования генов, связанных с ядом, у высокоядовитых змей (таких как гремучие змеи или кобры).
- У ядовитых змей эти общие генные семейства расширились, создав множество копий, некоторые из которых эволюционировали в гены, производящие высокотоксичные белки.
- Таким образом, питон представляет собой "окно" в то, как выглядела змея до эволюции яда.
Значение исследования
- Работа меняет взгляд на происхождение яда, предполагая, что высокотоксичные системы могли независимо эволюционировать в нескольких линиях рептилий, а не иметь единое древнее происхождение.
- Она устанавливает важный базис для будущих исследований, чтобы понять, какие молекулы в яде наиболее важны для умерщвления добычи и нанесения вреда человеку.
- Результаты могут способствовать разработке более эффективных противоядий и углубить знания об эволюции генов в целом.
Как отмечает Тодд Кастоу: "Теперь потребуется гораздо больше доказательств, чтобы убедить людей в том, что такое яд и какие виды являются ядовитыми. Это даёт совершенно новую перспективу для оценки ротовых желёз".