Почему некоторые змеи такие ядовитые?

Австралия известна своими ядовитыми существами, включая множество высокоядовитых змей.

Змея, носящая популярный титул «самой ядовитой в мире» — это внутриматериковый тайпан (Oxyuranus microlepidotus), обитатель засушливых внутренних районов Австралии. Удивительно, но одного укуса этой змеи достаточно, чтобы убить 250 000 лабораторных мышей.

Яд тайпана активно изучается, и токсины, ответственные за его экстремальную токсичность, идентифицированы. Существует и эффективное противоядие.

Однако мы не знаем, почему тайпану нужен настолько токсичный яд. Мы почти ничего не знаем об эволюционных факторах отбора, которые усовершенствовали токсины в яде этого вида.

Антропоцентрический фокус исследований

Исторически исследования змеиного яда во всем мире были антропоцентричными — изучалось его воздействие на человека. Основное внимание уделялось крупным видам, потенциально опасным для людей.

Большинство работ было сосредоточено на разработке противоядий и изучении токсичных белков. Это позволило узнать больше о физиологии человека и найти соединения для разработки лекарств (например, токсин яда гремучей змеи ланцетоголовой жарараки лёг в основу препарата от давления Каптоприл).

В результате такого смещения фока мы мало знаем о том, как змеи используют яд в природе и как на его состав влияет диета — экология яда остаётся почти неисследованной областью.

Эволюция яда в Австралии

В Австралии есть уникальная возможность изучить эволюцию змеиного яда. Большинство местных змей относятся к семейству Elapidae (аспиды) — у них неподвижные передние клыки, и все они ядовиты.

Это семейство, прибывшее в Австралию около 10 миллионов лет назад, включает кобр Азии и Африки и мамб. Их общий предок обладал сложной ядовитой системой.

Аспиды быстро диверсифицировались в новой среде. Сегодня в Австралии обитает около 100 наземных и более 30 морских видов — более трети мировой фауны аспидов. Они крайне разнообразны в экологии и предпочтениях добычи: одни всеядны, другие предпочитают млекопитающих, лягушек, рептилий, яйца или являются морскими специалистами.

Несмотря на это разнообразие, большинство исследований яда сосредоточено на крупных видах, опасных для человека, которые обычно всеядны. Это даёт мало информации о том, что формировало яд у других видов.

Так почему же яд так токсичен?

Ранее популярной была теория, что змеи эволюционировали максимально токсичный яд, чтобы быстро убивать любую потенциальную добычу. Экстремальная токсичность яда тайпана иногда всё ещё используется в поддержку этой теории «ядерной бомбы».

Однако новые исследования показывают сильную корреляцию между предпочтениями в добыче и составом яда. Это распространяется и на виды, чьи предпочтения меняются с возрастом — если детёныши и взрослые особи специализируются на разной добыче, их яды могут различаться.

На молекулярном уровне выявлены отдельные токсины, которые в 100 раз более токсичны для естественной добычи, чем для лабораторных грызунов. Данные свидетельствуют, что яд змей эволюционирует, тонко настраиваясь под конкретный контекст использования.

Почему же тайпан так токсичен?

Почему тогда внутриматериковый тайпан, питающийся исключительно грызунами, настолько токсичен? Точный ответ ждёт дальнейших исследований, но можно строить гипотезы.

1. Специализация на грызунах может частично объяснить высокую токсичность для лабораторных мышей.
2. В природе тайпанам нужно убивать относительно опасную добычу быстро, до того как она сбежит или даст отпор.
3. Жизнь в суровой засушливой среде требует экономии ресурсов, поэтому при укусе добычи они, вероятно, впрыскивают лишь крошечную часть содержимого своих желез.
4. Тайпаны вовлечены в совместную эволюционную гонку вооружений со своей естественной добычей, которая со временем могла выработать некоторую устойчивость к яду. Лабораторные мыши, используемые в тестах, «эволюционно наивны» и могут быть гораздо более чувствительны к яду.

Таким образом, впечатляющая цифра в 250 000 мышей на укус вводит в заблуждение, отражая скорее «лабораторную», чем эволюционную реальность.