[recovery mode] Почему некоторые животные обладают суперядом? [Перевод]
Все мы слышали истории об том как змеи, медузы и скорпионы могут убить человека. Но почему эти хищные животные имеют такой мощный яд когда размер их типичной жертвы гораздо меньше человека?
Моему мечтательному настроению во время прогулки по прекрасному коста-риканскому национальному парку «Коркова́до» пришёл внезапный конец когда гид толкнул рукой мне в грудь.
(Жёлтопузая морская змея, также известная как Pelamis platurus)
«Стойте!», крикнул он, указывая на что-то активно двигающееся под песком. «Это морская змея.»
В то время как я смотрел за жёлтопузой морской змеёй, находящейся вне своей родной стихии и явно беспокойную, я вспомнил факт который узнал ещё в детстве. «Морские змеи», напомнило мне моё юное Я, «самые опасные из всех змей. Тебе следует быть осторожным.» В принципе верно, многие морские змеи, и наземные змеи если на то пошло, невероятно ядовиты. В одном укусе змеи тайпан достаточно яда чтобы моментально убить примерно 250 000 лабораторных мышей или 100 человек. И это верно не только для змей.
(Моллюск-конус)
Одна капля яда моллюска конус мармореус может убить 20 человек. Жало кубомедузы может вызвать остановку сердца и смерть в течении считанных минут. Напрашивается вопрос: зачем обладать мощным оружием способным убивать десятки человек если ты будешь использовать его только тет-а-тет, особенно если твоя добыча будет по размеру гораздо меньше человека? Похоже, что суперяды просто не имеют смысла с эволюционной точки зрения.
Причина побуждающая животных иметь ядовитое оружие в своём арсенале достаточно проста. Яд позволяет хищнику ослабить/убить свою жертву, таким образом помогая избежать избыточного риска вызванного затяжной борьбой с жертвой. Яд также полезен в целях обороны. Однако, вызывает удивление непомерная ядовитость некоторых организмов. Почему змея может быть способна убить сотни тысяч мышей одним укусом? Это выглядит особенно странным если учитывать что яд — оружие дорогое.
Яды обычно содержат смесь токсинов на основе белков, зачастую работающих в команде для того чтобы нанести ущерб внутренним органам атакуемого. Змеиный гемотоксичный яд может содержать один компонент, который предотвращает свёртываемость крови, и другой компонент, который разрушает стенки кровеносных сосудов. Результат действия яда немного предсказуем.
Синтез белков требует значительных энергозатрат, но это ничуть не остановило эволюцию ядов содержащих тысячи пептидов и белков, пусть даже большой ценой для животных их использующих. И в некоторой степени они сами осознают цену своего яда.Такие вещи трудно непосредственно протестировать, однако похоже что змеи способны регулировать количество впрыскиваемого яда в зависимости от размера их жертвы дабы не тратить драгоценный яд почём зря. Более того, один эксперимент, проведенный над гремучими змеями, показал 11%-ое увеличение метаболизма, тем самым демонстрируя наличие связи между физическим напряжением и производством яда.
Классический взгляд на естественный отбор говорит, что «дорогие» гены будут отброшены если в них нет абсолютной необходимости для выживания. И такое отбрасывание действительно произошло у некоторых видов: так мраморная морская змея (Aipysurus eydouxii) после перехода на поедание рыбьей икры потеряла способность производить яд. Однако факт остаётся фактом, существует множество животных с дорогими «коктейлями» химикалий в клыках, жалах и шипах которые гораздо мощней чем им, по всей видимости, нужно для выживания. Почему?
(Крадущийся За Смертью, на латыни известный как Leiurus quinquestriatus)
Традиционным является взгляд, что повышенная токсичность является попыткой компенсировать отставание в других сферах. Любой житель пустыни скажет Вам, что когда речь идёт об скорпионах, то больше всего Вам стоит опасаться вовсе не больших и страшных скорпионов, но маленьких, вроде скорпиона красноречиво названного «Крадущийся За Смертью» (deathstalker), который считается самым опасным скорпионом в мире.
(Кубомедуза пожирает свои жертвы)
«Кубомедузы тоже хороший пример», говорит Ейхю Муран (Yehu Moran), исследователь из Еврейского университета в Иерусалиме, кто вместе с его коллегой Каатык Cунагыр (Kartik Sunagar) недавно занялся анализом того как естественный отбор действует на токсины ядовитых животных в течении поколений. «Они крайне хрупкие и что-нибудь с силой рыбы может разорвать их изнутри при их попытке сожрать его. Поэтому яд должен быть эффективен на 100% и вызывать молниеносную смерть.» Если хищник маленький, хилый или медленный, то жизненно важно чтобы его яд был способен почти мгновенно вывести из строя жертву дабы избежать её бегства или борьбы с ней. В таких случаях легко видеть как повышенная токсичность прошла естественный отбор.
(Внутриматериковый тайпан, также известный как «Жестокая змея».)
Экономика тоже играет роль. Внутриматериковый тайпан (inland taipan) живёт в засушливом центре Австралии, где важно чтобы яд вызывал гарантированную и моментальную смерть. В пустыне каждый приём пищи может стать разницей между жизнью и смертью, поэтому змея просто не может позволить дать своей жертве хоть один шанс на выживание. Но даже в таком случае способность убить 250 000 мышей одним укусом кажется перегибом. Волфган Вюста (Wolfgang Wuster), эксперт по змеиным ядам из Бангорского университета, что в Великобритании, имеет простой ответ на вопрос почему тайпаны могут убить 250 000 лабораторных мышей одним укусом.
«Это потому что они просто не едят лабораторных мышей», говорит он. «Летальность яда по отношению к этим мышам не имеет никакого отношения к тому как тайпан себя ведёт в дикой природе.» Хотя тест LD50 (сокращение от «летальная доза 50%», именно такую часть тестируемой группы надо убить для измерения силы яда. Тестирование проводят на разных видах дабы найти «среднюю по больнице» силу яда. Тестирование проводится не только на лабораторных крысах и мышах, но также на обезьянах, кошках, собаках, птицах, рыбах и кроликах.) использует мышей в качестве основного мерила токсичности яда, но такой подход имеет недостатки.
«Эта мышиная модель позволяет собирать стандартные данные», говорит Робэт Харрисен (Robert Harrison), «Однако млекопитающие вовсе не всегда входят в меню, поэтому сила действия яда на млекопитающих может не иметь особого значения для его токсичности на амфибиях, птицах и членистоногих.» Большинство ядовитых хищников нацелены на некую узкую и специфическую группу видов-жертв и именно эти виды влияют на эволюцию их яда. Результатом является эволюционная гонка вооружений. Вид-жертва эволюционирует в сторону повышения сопротивляемости к яду, в то время как вид-хищник вынужден усиливать и совершенствовать свой яд.
Изумляться тому как много лабораторных мышей может быть убито ядом одного укуса тайпана имеет примерно такой же смысл, как изумляться тому что гепард может легко догнать черепаху. В этом нет ничего удивительного, ведь гепарды охотятся за животными передвигающимися гораздо быстрей черепах, а черепахам в свою очередь нет нужды со всех пят убегать от гепардов, ибо они не входят в их диету. «Не существует абсолютного яда», говорит Вюста. «Если Вы хотите знать насколько что-нибудь токсично, самый первый вопрос который я Вам задам будет: Кого Вы хотите убить? Конечно, тестирование яда на мышах вовсе не лишено полностью какого-либо смысла. Целью таких испытаний было установить силу действия ядов на млекопитающих, то есть нас, для того чтобы собрать достаточно информации для изготовления противоядий.
Но далеко не все млекопитающие так уязвимы к яду как мы. Скажем мангусты, земляные белки и даже ежи способны пережить укусы некоторых змей яд которых мог бы запросто убить человека.
«В Израиле есть виды мышей, весом 20 г. которые могут выжить после укуса змеи эфы, чей яд заставил бы Вас или меня истекать кровью из всех отверстий.»
«Я бы поставил достаточно большую сумму денег на то что где-нибудь в Австралии есть крысище способный перенести укус тайпана.»
Эта израильская супер-мышь видимо приобрела такой иммунитет к яду гадюки потому что является её любимым блюдом. Парадокс, но некоторые животные особенно уязвимы к яду именно из-за того что ядовитые хищники их едят. Например эфы питаются главным образом скорпионами и поэтому обладают ядом особо опасным для скорпионов. Похожий феномен был найден у коралловых змей (coral snakes), которые обладают ядом наиболее опасным для их любимого вида-жертвы, будь то рыбы, грызуны или другие змеи. В этих случаях вероятно что данные виды-жертвы просто не испытывают достаточно сильного эволюционного давления дабы развить сопротивляемость к яду, ибо в их типичной среде обитания ядовитые змеи встречаются редко. Если им приходится иметь дело с нападениями разнообразных хищников, среди которых ядовитые змеи составляют лишь небольшую долю, то они будут менее мотивированы развить иммунитет к их яду, ибо это удовольствие скорее всего будет дорогим и лучше тогда потратить имеющиеся энергоресурсы на борьбу с более актуальными угрозами.
Разнообразие токсинов также влияет на эволюцию яда. Чем больше яд содержит разнообразных компонентов, тем меньше вероятность того, что вид-жертва сможет приобрести иммунитет против каждого токсина. Поэтому сложносоставной яд является эволюционным преимуществом и при прочих равных получает большее распространение чем простой яд. В своей недавней статье Cунагыр и Муран открыли, что это действительно так в случае групп животных, вроде змей и моллюсков-конусов (Cone snail), которые стали ядовитыми относительно недавно по эволюционным меркам. Однако некоторые ядовитые хищники, вроде медуз, пауков и многоножек, несмотря на гораздо более древнюю историю своей ядовитости имеют яд с меньшим количеством токсинов. Похоже, они прошли второй этап эволюции, когда естественный отбор убрал большинство компонентов яда, оставив только пригоршню самых мощных токсинов.
К счастью, никто из ядовитых хищников не эволюционировал специально чтобы охотиться на людей, однако есть тысячи задокументированных случаев смертей людей в результате неудачных встреч со змеями, медузами, скорпионами и прочими ядовитыми тварями. «Похоже у приматов нет эволюционной склонности к развитию сопротивляемости к яду», объясняет Вюста. Поэтому высоки шансы того, что если что-то развило мощный яд дабы убивать жертвы с сильным иммунитетом к яду, то оно легко и просто сможет убить человека. Невезение тоже играет роль.
(Сиднейский воронко-паутиный паук, также известный как Atrax robustus)
Укус полученный от сиднейского воронко-паутиного паука (Sydney funnel-web spider) крайне опасен для людей, в то время как для грызунов его яд относительно безопасен. Ни люди, ни грызуны, никак не значатся в меню данного паука, поэтому то, что его яд оказывается настолько опасен для нас, является неудачной комбинацией особенностей нашей анатомии и состава его яда. Конечно важно изучать как яды влияют на человеческую физиологию. Некоторые такие исследования позволили нам создать противоядия, а также другие препараты, вроде каптоприла, который основан на токсинах яда гремучей змеи. Однако, чтобы действительно их понять мы должны выйти за пределы чисто человеческой физиологии и понять как яды используются в природе.
Мы должны понять что токсины, как и множество других полезных черт в животном мире, отнюдь не бесплатны. Змеи, медузы и моллюски-конусы вовсе не приобрели мощные яды как самоцель. Их яды специализированы и способны делать то для чего они предназначались — пусть даже это предназначение далеко не всегда сразу нам становится понятным. Тогда в Коста-Рике наш гид ловко загнал ту жёлтопузую морскую змею назад в лужу, зажатую между двумя палками, дабы предотвратить менее осторожных прохожих от того чтобы случайно наступить на неё. Я был доволен тем что только что избежал опасности умереть ужасной смертью. Позднее я обнаружил что мои опасения были напрасны. Яд жёлтопузой морской змеи достаточно мощен чтобы убить человека, однако у неё маленькие челюсти и плохие клыки, поэтому она редко кусает что-нибудь размером больше рыбы. И в этом нет ничего плохого для жёлтопузой морской змеи. Рыба является привычным компонентом её меню, а вот люди — нет.
Перевод, оригинальная статья:
http://www.bbc.com/earth/story/20160404-why-some-animals-have-venoms-so-lethal-they-cannot-use-them
