Яды змей и слюнные белки млекопитающих имеют общее происхождение
Ядовитый укус могут иметь змеи, некоторые ящерицы и даже несколько млекопитающих. Хотя эти эволюционные линии разделились более 300 миллионов лет назад, их яды произошли от одного и того же предкового слюнного белка, сообщили учёные в BMC Biology.
Исследователи из Окинавского института науки и технологий (OIST) в Японии и Австралийского национального университета сосредоточились на классе токсинов, обнаруженных в большинстве змеиных ядов и во всех других ядах рептилий и млекопитающих, — сериновых протеазах калликреина. Они проследили их происхождение до гена, найденного у общего предка.
«Яды — это коктейли из токсичных белков, которые эволюционировали во всём царстве животных, как правило, в качестве метода убийства или обездвиживания добычи», — объяснил Агниш Баруа, соавтор исследования и аспирант OIST.
В предыдущей работе Баруа и его коллеги обнаружили, что слюнная железа млекопитающих и ядовитая железа змей имеют сходную картину активности группы регуляторных генов. Это говорит о том, что основа для эволюции яда существует как у змей, так и у млекопитающих.
«В той статье мы выдвинули гипотезу, что у предка змей и млекопитающих существовала общая группа генов, обладавших токсическим потенциалом», — сказал Баруа.
Сериновые протеазы калликреина — это ферменты, расщепляющие белки, которые играют ключевую роль в регуляции кровяного давления. Слюна млекопитающих содержит небольшое количество этих белков, хотя их функция до сих пор неясна. Однако у ядовитых змей и млекопитающих, таких как землеройки и щелезубы, эти белки эволюционировали в токсины. При инъекции в больших количествах они резко снижают кровяное давление, что может вызвать потерю сознания и даже смерть.
Раньше учёные заметили биохимическое сходство между этими протеазами в змеиных ядах и слюне млекопитающих, но до сих пор не было известно, связаны ли они эволюционно. «Существует так много разных сериновых протеаз с высокой степенью сходства, что до недавнего времени было слишком сложно выделить нужные гены для определения эволюционной истории», — отметил Баруа.
Современные геномные методы позволили исследовательской группе идентифицировать и сравнить все гены калликреина у рептилий, амфибий, рыб и млекопитающих, чтобы построить эволюционное дерево.
Оказалось, что змеиные ядовитые сериновые протеазы калликреина и слюнные калликреины млекопитающих действительно произошли от одного предкового гена.
«Это действительно веское доказательство нашей гипотезы о том, что яд эволюционировал из общей группы генов у предка, обладавшего токсическим потенциалом», — сказал Баруа. «Но самое удивительное, что нетоксичные слюнные калликреины, такие как те, что обнаружены у людей и мышей, также произошли от того же предкового гена».
Более того, нетоксичные калликреины в слюне млекопитающих оказались более близкими родственниками ядовитых токсинов змей, чем другим калликреинам внутри самих млекопитающих.
Это свидетельствует о том, что слюнные белки калликреина у млекопитающих, включая человека, также обладают эволюционным потенциалом для превращения в токсины.
Однако Баруа сразу делает важную оговорку:
«Тот факт, что у нас есть строительные блоки для эволюции яда, не означает, что это произойдёт. Производство яда требует очень больших энергетических затрат, поэтому для этого должно быть сильное экологическое давление, которого у людей и большинства млекопитающих нет».
Тем не менее, это открытие показывает, что граница между ядовитыми и неядовитыми млекопитающими более размыта, чем считалось ранее.