Один змей — добыча, другой — яд: учёные определили генетику экстремальной устойчивости

Некоторые обыкновенные подвязочные змеи могут благодарить своих предков за способность съесть ядовитого тритона и выжить.

Обыкновенные подвязочные змеи, наряду с четырьмя другими видами змей, эволюционировали способность поедать крайне токсичные виды, такие как шершавый тритон — земноводных, которые убили бы хищника-человека. Эта способность стала результатом как минимум 100 миллионов лет эволюции, согласно Джоэлу Макглохлину, доценту биологических наук.

Международная команда исследователей под его руководством обнаружила, что устойчивость к токсину тритона развивалась по принципу «строительных блоков»: эволюционное изменение в одном гене может привести к изменениям в другом.

Со временем аминокислоты в трёх различных натриевых каналах, обнаруженных в нервах и мышцах, изменились, позволив некоторым змеям противостоять онемению и параличу, обычно вызываемым токсином.

Устойчивые мышцы дают змеям наилучшую защиту, но есть условие: устойчивые мышцы могут эволюционировать только у видов, у которых уже есть устойчивые нервы. Команда обнаружила, что предки подвязочных змей приобрели устойчивые нервы почти 40 миллионов лет назад.

«Подвязочные змеи и тритоны заперты в коэволюционной гонке вооружений: по мере того как тритоны становятся более токсичными, змеи становятся более устойчивыми. Однако без преимущества, обеспечиваемого этими устойчивыми нервами, змеи не смогли бы выдержать достаточно токсина, чтобы запустить весь этот процесс», — пояснил Макглохлин.

Эта гонка вооружений наиболее интенсивна в отдельных регионах вдоль западного побережья, где шершавые тритоны и подвязочные змеи сосуществуют.

Учёные секвенировали три гена натриевых каналов у 82 видов (78 змей, 2 ящерицы, 1 птица и 1 черепаха) и сопоставили найденные изменения с эволюционными деревьями, чтобы датировать появление устойчивости. Они обнаружили, что со временем у некоторых групп змей накапливалось всё больше устойчивости к токсину. Эти изменения всегда происходили в одном и том же порядке: устойчивые нервы эволюционировали раньше устойчивых мышц.

Следующий шаг — выяснить, является ли эта закономерность общим явлением у других видов. Несколько видов птиц также могут есть тритона и выживать. Команда недавно получила грант от Национального научного фонда (NSF), чтобы проверить, развили ли птицы устойчивость таким же образом, как змеи.

Эта работа важна не только для понимания рациона змей. «Мы считаем, что эволюционировавшая устойчивость подвязочных змей к токсину тритона может быть использована в качестве модели для понимания сложных адаптаций, затрагивающих более одного гена», — сказал Макглохлин.

«Это исследование даёт представление о ступенчатой эволюции экологически важного признака (устойчивости к токсинам добычи) и показало, что адаптивная польза изменений отдельных компонентов признака зависела от предшествующих изменений в других компонентах. Это открытие имеет общее значение для понимания эволюции сложных признаков», — прокомментировал Джей Шторц, профессор биологии Университета Небраски, не участвовавший в исследовании.