Независимое происхождение лягушачьего клея и его роль в защите от хищников
Кожные клеи — высокоэффективная защитная адаптация, которая независимо возникала у небольшого числа амфибий. Этот быстро твердеющий материал обездвиживает хищника, давая жертве время на побег.
Клей как защитная стратегия лягушек
При стрессе амфибия выделяет вязкую жидкость, которая быстро затвердевает в липкую массу. Этот клей эффективно защищает от хищников (чаще змей), закупоривая им рот и делая глотание невозможным, что в итоге заставляет хищника отпустить добычу.
Исследования этого редкого признака, встречающегося у эволюционно далёких видов в разных частях света (например, на Мадагаскаре, в Австралии, Южной Америке), были поверхностными.
Механизм склеивания: от междисциплинарного к межмолекулярному
Исследование клея мадагаскарской томатной лягушки (Dyscophus guineti), опубликованное в Nature Communications, выявило два ключевых белка:
- Крупный гликопротеин PRIT с эволюционно консервативными доменами.
- Малый белок семейства галектинов, связывающий углеводы.
Структурные модели показали, что PRIT обладает высокой гибкостью, что позволяет клею конформационно адаптироваться к любой поверхности (например, к слизистой рта змеи). Переход из вязкой жидкости в прочный клей происходит при приложении давления (например, при укусе хищника), что роднит его с бытовым скотчем — оба являются чувствительными к давлению адгезивами.
Рецепт повторяющейся эволюции: повторное использование и переработка
Гены, кодирующие белки клея (PRIT и галектин), не уникальны для лягушек и присутствуют у всех животных, включая человека. Однако специфическая архитектура гена PRIT возникла у древнего предка амфибий — гены клея эволюционировали раньше самого клея.
Анализ показал, что у двух далёких видов — Dyscophus guineti и мозамбикской дождевой лягушки (Breviceps mossambicus), разошедшихся около 100 миллионов лет назад, — клей возник независимо. Оба вида произошли от ядовитого предка, но их кожные выделения эволюционировали в клей параллельно.
Ключевую роль в этом сыграло изменение экспрессии генов: у обоих видов-производителей клея наблюдается повышенная экспрессия PRIT и галектинов. Таким образом, разные линии лягушек неоднократно использовали одни и те же существующие гены, просто усиливая их экспрессию.
От лесной подстилки до операционного стола
Эта работа — первый детальный анализ позвоночного защитного клея. Понимание его работы открывает путь для разработки новых быстродействующих адгезивных технологий, например, для хирургических герметиков, подобно тому, как ранее был изучен защитный клей слизней.