Животные, которые едят яды и не умирают

Хищники, поедающие виды с токсинами, выработали ряд стратегий, чтобы избежать вреда.

Десять змей столкнулись с проблемой. Пойманные в колумбийской Амазонии, они несколько дней голодали в неволе, а затем им предложили крайне неаппетитную добычу: трёхполосых древолазов (Ameerega trivittata). Кожа этих лягушек содержит смертельные токсины (например, гистрионикотоксины, пумилиотоксины и декагидрохинолины), которые нарушают работу важных клеточных белков.

Шесть королевских ложных копьеголовых змей (Erythrolamprus reginae) предпочли остаться голодными. Остальные четыре смело атаковали. Но перед тем как проглотить добычу, они протащили лягушек по земле — подобно тому, как некоторые птицы "стирают" токсины с жертвы, отметили биологи. Три из четырёх змей пережили трапезу, что говорит о способности их организмов справляться с оставшимися токсинами.

Живые существа используют смертельные молекулы для борьбы сотни миллионов лет. Сначала микробы, затем животные (для убийства добычи или защиты) и растения (против травоядных). В ответ многие животные выработали способы выживания, иногда даже накапливая токсины для собственной защиты.

Учёные начинают раскрывать эти творческие антитоксиновые защиты, надеясь найти лучшие методы лечения отравлений у людей. Это также помогает понять силу, формирующую биологические сообщества, говорит эволюционный биолог Ребекка Тарвин из Калифорнийского университета в Беркли.

"Всего миллиграммы одного соединения могут изменить все взаимодействия в экосистеме", — говорит Тарвин.

Биологическая война

Виды становятся токсичными разными путями:

В ответ у жертв и хищников развиваются адаптации, чаще всего — изменения в белках-мишенях токсинов, делающие их устойчивыми. Например, насекомые, питающиеся молочаем, имеют натрий-калиевые насосы, к которым гликозид не может присоединиться.

Однако изменение жизненно важной молекулы может создать проблемы. Исследования молекулярного биолога Сюзанны Доблер из Гамбургского университета показали, что у большого молочайного клопа чем устойчивее насос к гликозиду, тем он менее эффективен, особенно в нервных клетках.

Клоп, вероятно, нашёл обходной путь. Самая функциональная (и самая чувствительная к токсину) версия насоса находится в мозге. Это означает, что у клопа должны быть другие механизмы защиты мозга от гликозидов.

Доблер предполагает, что ключевую роль играют транспортные белки ABCB, которые выводят ненужные вещества из клеток. Некоторые бражники используют такие белки вокруг нервных тканей для вывода сердечных гликозидов. Возможно, молочайный клоп делает то же самое.

Гипотеза Доблер также заключается в том, что у многих насекомых ABCB-транспортёры в мембранах кишечника не дают токсинам проникнуть в организм. Это может объяснить, почему ярко-красная луковая трещалка, питающаяся богатым гликозидами ландышем, просто выделяет токсины с фекалиями, которые отпугивают хищных муравьёв.

Для королевских ложных копьеголовых змей ключевую роль, по-видимому, играет печень. Эксперименты команды Тарвин на культурах клеток показали, что что-то в экстракте печени змей защищает от токсинов древолазов. Гипотеза: у змей есть ферменты, преобразующие яды в нетоксичные формы (как у людей с алкоголем), или белки, которые связывают токсины, не давая им достичь цели, — действуют как "токсичные губки".

Подобные "губки" обнаружены в крови некоторых ядовитых лягушек, защищая их от сакситоксина и алкалоидов из пищи.

Калифорнийские суслики, похоже, используют похожий трюк против яда гремучих змей (коктейля из десятков токсинов). Их кровь содержит белки, блокирующие некоторые из этих токсинов, — подобные тем, что используют сами змеи для защиты от собственного яда. Состав яда различается у популяций змей, и есть свидетельства, что "противоядие" сусликов адаптировано к местным змеям.

Однако эти защиты не абсолютны. Гремучие змеи постоянно эволюционируют, преодолевая защиту сусликов. Даже сама змея умрёт, если ввести ей достаточное количество её собственного яда.

Поэтому животные, даже устойчивые, в первую очередь стараются избежать токсинов. Отсюда поведение змей, "вытирающих" добычу, или практика некоторых черепах поедать только брюшную кожу и внутренности ядовитых тритонов, избегая смертоносной кожи спины. Даже устойчивые к сердечным гликозидам гусеницы монарха надрезают жилки молочая, чтобы слить токсичный сок перед едой.

Использование токсинов в своих целях

Многие животные также безопасно накапливают потребляемые токсины для собственной защиты. Например, радужный листоед получает сердечные гликозиды от растений-хозяев и, вероятно, с помощью ABCB-транспортёров, перемещает их на спину. "Если потревожить этих жуков, можно увидеть маленькие капельки на их надкрыльях", — говорит Доблер.

Благодаря такому заимствованию ядов некоторые насекомые становятся зависимыми от растений-хозяев. Классический пример — бабочка монарх и молочай. Это также пример далеко идущих последствий таких связей. Исследование 2021 года показало, что четыре вида животных (включая черноголового дубоноса, птицу, поедающую монархов в Мексике) выработали устойчивость к сердечным гликозидам, позволяющую им питаться бабочками.

"Токсин, созданный растением молочая в прериях Онтарио, помог сформировать биологию птицы, чтобы она могла безопасно питаться в лесу за тысячи миль. Это просто удивительно — путь, пройденный этой маленькой молекулой, и её влияние на эволюцию", — говорит эволюционный биолог и генетик Ноа Уайтмен из Калифорнийского университета в Беркли.