Укус гадюки, известной в местном масштабе как хабу, может привести к необратимой инвалидности и даже смерти. Тем не менее, многое о его яде остается загадкой. Состав этого ядовитого коктейля, состав которого сильно различается даже между однопометниками, меняется из поколения в поколение.
Недавнее исследование в области биологии и эволюции генома проливает свет на эволюцию змеиных ядов. Исследователи впервые секвенировали геном хабу, геном тайваньского хабу (Protobothrops mucrosquamatus), и сравнили его с геномом его родственного вида, сакишима хабу (Protobothrops elegans).
По данным правительства префектуры, за последний год только на Окинаве было зарегистрировано более 50 случаев укусов змей. По данным Всемирной организации здравоохранения, во всем мире укусы змей вызывают от 81 000 до 138 000 смертей в год. В развивающихся странах и сельских районах с высоким уровнем воздействия ядовитых видов и скудными медицинскими ресурсами укусы змей могут быть особенно разрушительными. Для таких мест создание эффективного противоядия может быть вопросом жизни или смерти.
«Много лет было известно, что змеиные яды эволюционируют очень быстро, и наиболее распространенным объяснением этого был естественный отбор», - сказал Александр Михеев, старший автор статьи и руководитель отдела экологии и эволюции в Окинавский институт науки и технологий (OIST), «но есть основания подозревать, что это может быть не единственная действующая эволюционная сила."
Взяв образцы ядов и мягких тканей из более чем 30 экземпляров тайваньского и сакисимского хабуса, инвазивных видов на Окинаве, исследователи из OIST и Института здоровья и окружающей среды префектуры Окинавы смогли нанести на карту целые последовательности яда. гены. Их исследование показывает, что в эволюции этого яда задействовано более одного фактора.
Чтобы понять, как развивается химический состав укуса змеи, крайне важно понять его избыточность. Подобно нескольким двигателям, которые позволяют самолету летать, если один из них выйдет из строя, яд нацелен на несколько систем, обеспечивая успех змеи. Эта сложная смесь белков и небольших органических молекул атакует важнейшие физиологические системы жертвы, такие как кровяное давление или свертывание крови, в нескольких точках. Даже если один компонент яда не оказывается оптимально эффективным, это делают другие.
Обычно хабу вводит небольшое количество яда, каплю размером с булавочную головку. Тем не менее, его силы более чем достаточно, чтобы парализовать грызуна. Биологи-эволюционисты называют эту избыточную силу, не позволяющую жертве ранить или убить змею, «избыточным убийством».
Со временем, по мере размножения змей полезные свойства яда передаются потомству в процессе естественного отбора. Однако потомство может унаследовать и другие черты, не обязательно полезные. Поскольку средняя доза яда настолько высока, что в некоторых случаях она убивает добычу почти мгновенно, она может маскировать неэффективность химического состава яда. Эта неэффективность может передаваться из поколения в поколение с относительно небольшим влиянием на функцию яда.
«Можно представить, что яды развиваются по двум осям», - сказал Михеев. «Одна из них подталкивает их к тому, чтобы они были более эффективными, но другая ось на самом деле подталкивает их к тому, чтобы они были менее эффективными».
Это роль дрейфа генов, концепция, о которой давно размышляют биологи, которую исследователи смогли продемонстрировать в геноме хабу. Хотя многочисленные исследования показали, что естественный отбор играет большую роль в эволюции змеиного яда, до недавнего времени роль дрейфа только предполагалась.
«Мы только сейчас придумываем аналитические методы для всестороннего изучения ядов», - сказал Стивен Эйрд, первый автор статьи. «Мы можем многому научиться».
Работа исследователей открывает двери для новых направлений исследований, а также медицинских приложений.