Змеи в эволюционной гонке вооружений с ядовитым тритоном
Грубокожий тритон — одно из самых токсичных животных на планете, но обыкновенная подвязочная змея регулярно поедает его. Как тритон, вырабатывающий достаточно токсина, чтобы почти мгновенно убить нескольких взрослых людей, становится добычей?
Ответ кроется в эволюционной гонке вооружений между токсином тритона, тетродотоксином (TTX), и потенциал-управляемыми натриевыми каналами змеи. Токсин тритона обычно блокирует натриевые каналы, которые находятся в возбудимых тканях: мышцах, нервах, мозге и сердце. Однако подвязочные змеи кажутся невосприимчивыми к его действию.
Команда учёных под руководством Джоэла МакГлохлина из Виргинского политехнического института исследовала ДНК натриевых каналов подвязочных змей, чтобы найти ключи к эволюции устойчивости к TTX.
Устойчивость в нервах, но не в мозге
У рептилий есть девять разных натриевых каналов в различных тканях тела. Учёные секвенировали ДНК пяти ранее не описанных каналов у змей. Три из них находятся в основном в мозге, а два — в двигательных и сенсорных нервах вне мозга.
- Каналы в мозге не эволюционировали в сторону устойчивости к TTX. Это логично, так как мозг защищён гематоэнцефалическим барьером, который TTX не может преодолеть.
- Два нервных канала вне мозга эволюционировали устойчивость к токсину, причём независимо друг от друга. Сравнение ДНК с близкородственной ящерицей показало уникальные для змей изменения, которые должны обеспечивать эту устойчивость.
Три ключевых канала и эволюционная история
Исследование, опубликованное в журнале Molecular Biology and Evolution, показывает, что как минимум три натриевых канала вносят вклад в устойчивость к TTX:
- NaV1.4 — в мышцах
- NaV1.6 — в быстро возбуждающихся нейронах
- NaV1.7 — в сенсорных нейронах, отвечающих за обоняние и болевые ощущения
Устойчивые мышечные каналы (NaV1.4) есть только у западных популяций змей, которые живут рядом с ядовитыми грубокожими тритонами. Однако устойчивые нервные каналы (NaV1.6 и NaV1.7) есть у всех подвязочных змей, даже в регионах без высокотоксичной добычи (например, в Виргинии).
Это говорит о том, что устойчивость нервов эволюционировала раньше устойчивости мышц, что, возможно, изначально позволило змеям начать поедать ядовитых тритонов.
Предсказуемость эволюции и будущие исследования
Эволюция устойчивости оказалась предсказуемой: изменения происходили только в тех каналах, которые уязвимы для токсина, и в сходных участках этих трёх генов.
Это открытие побудило учёных глубже изучить эволюционную историю. Устойчивость к TTX, возможно, возникла у предков подвязочных змей около 100 миллионов лет назад. Сейчас МакГлохлин изучает гены натриевых каналов у змей, ящериц и птиц (которые тоже иногда едят тритонов), чтобы выяснить, является ли такая устойчивость общим эволюционным ответом на токсичную добычу или уникальной чертой змей.