Картирование разнообразия змеиного яда выявляет неожиданную эволюционную закономерность

Яд восточного ромбического гремучника из Эверглейдс отличается от коктейля токсинов, производимого тем же видом в районе Флорида-Панхэндл, примерно в 500 милях оттуда. Но где бы вы ни находились на юго-востоке США, яд восточной арлекиновой коралловой змеи всегда одинаков. Результаты масштабного исследования вариаций яда у двух видов змей, опубликованные 8 января 2015 года в журнале Genetics, бросают вызов общепринятым предположениям в исследованиях эволюции яда, предоставляют важную информацию для сохранения гремучников и помогут в разработке противоядия от коралловой змеи.

Каждый вид ядовитых змей производит уникальный яд — смесь примерно из 50–200 токсичных белков и белковых фрагментов, которые совместно эволюционируют с типичной добычей змеи (например, мелкими рептилиями, которых поедает восточная коралловая змея, или грызунами, предпочитаемыми гремучниками). В этом цикле эволюционной атаки и контратаки любые генетические варианты, усиливающие устойчивость к яду, как правило, распространяются в популяции жертвы, что приводит к корректировкам «рецепта» змеиного яда для восстановления его эффективности.

Результатом должны стать характерные локальные коадаптации между хищником и жертвой, а также значительное региональное разнообразие типов и количеств различных белков яда. Однако когда Дарин Рокита (Университет штата Флорида) и его коллеги собрали и проанализировали яд восточных коралловых змей во многих точках Флориды, они не обнаружили никаких вариаций. Смесь белков в яде коралловой змеи из одной части штата была неотличима от собранной где бы то ни было еще. В то же время восточные ромбические гремучники, обитающие в тех же регионах страны, что и коралловые змеи, производят яд с разным соотношением токсичных белков почти в каждой субпопуляции по всему ареалу. Например, два компонента яда, включая один, вызывающий паралич у жертвы, обнаружены в высоких концентрациях у самых северных популяций и полностью отсутствовали у змей с острова Каладеси недалеко от Тампы.

«Мы были шокированы, — сказал Рокита. — Это первый раз, когда кто-либо изучал вариативность яда в таком масштабе, и все предполагали, что коэволюционная гонка вооружений заставит локальные популяции быстро расходиться».

Рокита говорит, что может быть несколько объяснений отсутствию вариаций в яде восточной коралловой змеи. Например, небольшая популяция этого вида могла недавно расширить ареал и занять всю территорию, вытеснив другие популяции и снизив генетическое разнообразие. Или это может отражать разницу в коэволюционной динамике между видом и его типично рептильной добычей по сравнению с мелкими млекопитающими, предпочитаемыми гремучниками. Команда сейчас использует генетические ключи к истории популяций каждого вида для изучения возможных объяснений.

Результаты исследования будут полезны исследователям, разрабатывающим противоядие от восточной коралловой змеи. Для создания противоядия необходимы образцы яда, но если смесь существенно различается от места к месту, это повлияет на эффективность и надежность препарата. Для этого вида отбор проб из многих популяций, вероятно, не потребуется. «Это говорит нам, что неважно, где мы ловим этих относительно неуловимых змей; мы можем придерживаться использования тех мест, где их легко найти», — сказал Рокита.

Разнообразие между популяциями восточного ромбического гремучника может предоставить важную информацию органам, занимающимся сохранением этого вида, численность которого сокращается и который рассматривается для включения в список находящихся под угрозой исчезновения в соответствии с Законом об исчезающих видах. Считается, что сокращение популяции этих гремучников вызвано потерей среды обитания, усугубленной охотой и преследованием со стороны человека. Данные этого исследования могут быть использованы для управления популяцией, чтобы обеспечить сохранение всего спектра подтипов яда для долгосрочной жизнеспособности вида.

«Общепринятая мудрость заключалась в том, что яды быстро эволюционируют, но теперь мы знаем, что это не обязательно так», — сказал Марк Джонстон, главный редактор GENETICS. — «Очевидно, что эволюция яда у этих двух видов змей формировалась под влиянием разных сил. Следующая задача — понять, почему».