Гремучая змея Мохаве, обитающая в пустынях на юго-западе США и в центральной части Мексики, характеризуется своим смертельным ядом, который может либо отключить ваше тело, либо смягчить ваши внутренности. Исследователи из Университета Клемсона говорят, какой из них зависит от того, где вы находитесь.
Основываясь на документах об укусах гремучих змей Мохаве еще в 1920-х годах, считалось, что у этих внушающих страх гадюк есть только нейротоксический яд, коктейль из ферментов и пептидов, который разрушает нейроны и парализует нервную систему. Тем не менее, несколько случаев были любопытно разными: у пациентов проявлялись такие симптомы, как повреждение тканей, дезориентация и трудности со свертываемостью крови. После нескольких десятилетий исследований ученые позже приписали эти симптомы второму типу яда гремучей змеи Мохаве: геморрагическому, который действует, разрушая ткани в организме.
Чтобы выяснить, какой тип яда встречается, герпетологи - ученые, любящие земноводных и рептилий - собирали данные о гремучих змеях Мохаве на юго-западе. Однако только в недавней публикации постдокторского исследователя Колледжа наук Клемсона Джейсона Стрикленда и профессора биологических наук Кристофера Паркинсона степень распределения была лучше понята. Их результаты показывают своеобразную изменчивость видов.
"До этой статьи сообщество герпесов считало, что геморрагический яд действительно редок и встречается только в одном месте в Аризоне и в одном месте в Мексике, но мы показываем, что он встречается в нескольких местах на всем протяжении распространения змеи. ", - сказал Стрикленд.«Было несколько случаев, когда люди в нашей выборке имели оба типа яда, которые, по нашим данным, являются гибридами».
Сохранение нескольких типов ядов в пределах одного вида бросает вызов ожиданиям науки. Принципы естественного отбора - «выживание наиболее приспособленных», как это известно в просторечии - предсказывают, что один из типов яда будет закрепляться, а другой будет медленно уменьшаться в течение нескольких поколений. Яд, который победит, зависит от того, какой тип - геморрагический или нейротоксический - лучше всего подходит гремучей змее Мохаве, когда она охотится за добычей в засушливой пустыне. Но это не то, что происходит.
Вывод стал еще более странным благодаря результатам исследования, проведенного летом 2018 года, в ходе которого были обнаружены четыре генетически различных линии гремучих змей Мохаве на юго-западе США и в центральной Мексике, а также доказательства того, что линии размножаются друг с другом. Погружаясь глубже в естественный отбор, этот обмен генами среди гремучих змей Мохаве должен был уменьшить генетическое разнообразие между их родословными, эффективно гомогенизируя типы яда до тех пор, пока не будет править самый приспособленный.
«С эволюционной точки зрения это ненормально. Это не то, что вы ожидаете», - сказал Стрикленд. «Поток генов должен предотвращать такие большие вариации. Но даже с тем объемом потока генов, который мы обнаруживаем в этих популяциях, отбор достаточно силен, чтобы поддерживать эти специфические типы ядов в очень локальной среде».
Что мы смогли показать, так это то, что существуют локальные оптимумы. В Техасе нейротоксический тип яда кажется оптимальным для этого вида. в природе меняется, когда локальный оптимум требует другого типа яда», - сказал Паркинсон, который занимает совместную должность в Университете Клемсона в отделе лесного хозяйства и охраны окружающей среды Колледжа сельского хозяйства, лесного хозяйства и наук о жизни.
Роль общественности в научном процессе
Открытие потребовало большого исследовательского сотрудничества между главными исследователями и студентами в пяти лабораториях США. S. и Мексика, в дополнение к почти 100 гражданам-ученым, которых Стрикленд и его коллеги собрали через социальные сети и сети. В общей сложности исследователи собрали 216 гремучих змей Мохаве для своего исследования в Калифорнии, Аризоне, Нью-Мексико, Техасе и Мексике. Сообщество «герповых», как оказалось, очень сильное, и в нем есть энтузиасты-энтузиасты, стремящиеся помочь исследователям в улучшении вида змей.
Команда встретилась с некоторыми из этих «герперов» на ежегодной конференции в западном Техасе под названием SnakeDays под руководством энтузиаста Джеффа Адамса, которая объединяет граждан, интересующихся рептилиями, а также ученых, правоохранительных органов по охране рыб и дикой природы и « herp, чтобы отпраздновать и собрать деньги на сохранение разнообразия дикой природы.
"Если положиться на людей из SnakeDays, то, что Джейсону и Крису потребовалось бы 10-20 лет для изучения, было завершено всего за несколько лет", - сказал Адамс. «Для ученых-профессионалов гораздо эффективнее полагаться на граждан за пределами своих исследований, потому что граждане больше знают о местной флоре и фауне. Это также рентабельно. Гражданская наука снижает стоимость исследовательских проектов, чтобы такие исследователи, как Джейсон и Крис, могли лучше использовать свое финансирование».
Это аспект гражданской науки, а также «образовательный аспект аспирантов и докторантов, работающих за границей», который Паркинсон выносит из этого исследования.
Наука действительно важна, без вопросов, но совместные исследования и гражданская наука так важны для продвижения науки вперед. Речь идет не только о каком-то чокнутом академике, сидящем в комнате, но и о том, как исследование влияет на людей, - сказал Паркинсон.
Ядовитый вид, имеющий клиническое значение
Менее 1 процента населения США ежегодно кусают ядовитые змеи, и еще меньше умирают от их симптомов. Для тех немногих несчастных людей, которые были укушены, знание распределения гремучих змей Мохаве может привести к лучшим результатам лечения. Если врачи знают, какой тип яда сохраняется в их регионе, они могут проводить надлежащее лечение более стратегически.
«Эти авторы опубликовали самое обширное исследование одной из самых важных с медицинской точки зрения змей в Северной Америке, представляя провокационные новые перспективы и удивительные новые открытия», - сказал Шон Буш, клинический герпетолог из Университета Восточной Каролины. «Эта работа дает представление о том, как и почему различается яд, что на клиническом уровне превращается в основу для разработки противоядия, выбора лекарств и индивидуального медицинского лечения укусов змей».
Исследование ученых указывает на то, что гремучая змея Мохаве является захватывающим модельным видом для популяционной генетики и эволюционных исследований. Почему гремучая змея Мохаве бросает вызов прогнозам науки, будь то добыча, окружающая среда или изменение рациона питания в ходе развития? Каков механизм?
Будущие исследования в лаборатории Паркинсона намерены рассмотреть эти вопросы посредством изучения эволюции яда у видов змей Нового Света.