Быстрая эволюция яда у гремучих змей может быть защитной

Новое исследование, опубликованное в PLoS One, показывает, что быстрая эволюция токсинов у ядовитых змей, таких как гремучники, может быть частью "гонки вооружений" с опоссумами — американскими сумчатыми, которые поедают змей. Хотя известно, что некоторые млекопитающие едят ядовитых змей, этот факт ранее не учитывался в объяснениях быстрой эволюции змеиного яда, которую обычно рассматривали как адаптацию для охоты.

"Токсины змеиного яда эволюционируют невероятно быстро, — говорит Роберт Восс, куратор отдела маммологии Американского музея естественной истории. — Большинство герпетологов интерпретируют это как следствие взаимодействия змей с их добычей, но тогда мы должны были бы видеть столь же быструю эволюцию у молекул-мишеней в организмах жертв, чего не наблюдается. Мы обнаружили, что белок, на который нацелен яд, быстро эволюционирует у млекопитающих, которые едят змей. Это говорит о том, что яд имеет не только охотничью, но и защитную роль".

Новое исследование возникло из предыдущей филогенетической работы по сумчатым, которая выявила необычно быструю эволюцию одного гена у группы змееядных опоссумов. Этот ген кодирует фактор фон Виллебранда (vWF) — важный белок свертывания крови, который является мишенью для нескольких змеиных токсинов. Связь между быстрой эволюцией этого гена и именно теми опоссумами, которые едят гремучих змей, стала ключевой подсказкой.

"Это открытие стало для нас неожиданностью, — отмечает Шэрон Янса, доцент Университета Миннесоты. — Мы секвенировали несколько генов, включая vWF, для изучения филогении опоссумов. При анализе данных ген vWF оказался явным "выбросом" — он эволюционировал гораздо быстрее, чем ожидалось, именно у той группы опоссумов, которая, как выяснилось, устойчива к яду гремучих змей".

Исследование показывает, что у змееядных опоссумов в гене vWF скорость заменяющих нуклеотидных замен (приводящих к изменению аминокислот) значительно выше скорости молчащих замен (не влияющих на белок). Высокая скорость заменяющих замен обычно указывает на сильный и устойчивый естественный отбор.

"Большинство нуклеотидных замен мало или никак не влияют на функцию белка, но, судя по всему, это не относится к vWF у этих устойчивых к яду опоссумов, — говорит Янса. — Конкретные аминокислоты в vWF, которые взаимодействуют с токсинами, демонстрируют неожиданно высокие темпы замен. Эти замены, несомненно, влияют на функцию белка, что позволяет предположить, что токсины змей больше не могут атаковать vWF".

"Найти гены под сильным положительным отбором настолько необычно, что такие исключения очень интересны и часто соответствуют сценарию коэволюции двух организмов, — заключает Восс. — Мы годами знали, что гены яда быстро эволюционируют у змей, но до сих пор не знали второго участника этой гонки вооружений. Опоссумы едят змей, потому что могут".