Ormgiftar är evolutionens obestridda mästerverk

\ Dödande färger av neurotoxiner, ljusa toner av hemolytiska proteiner ... dessa cocktails har perfektionerats i många miljoner år och har blivit verkliga kemiska konstverk som kan slå ett gap på platsen.

Det verkar för oss vem som är starkare - den enda och den viktigaste. Rovdjur skärper sina reaktioner, växer skarpa tänder, tränar kraftfulla käkar; växtätare motsätter sig dem med en mäktig massa och snabba ben. Men gift är naturens skjutvapen, den "stora utjämnaren". Med sitt utseende kan de svaga övervinna de starka, de långsamma kommer att komma ikapp med det snabba. Det är inte utan anledning att helt olika djur, från maneter till däggdjur (till exempel vissa spetskruvar är giftiga), från spindlar och insekter till, naturligtvis, ormar, oberoende "tänkt på" användningen av toxiner.

Det finns giftiga djur i varje djurklass (med undantag för fåglar), men var och en av dem rörde sig mot detta på sitt sätt. Maneter har utvecklat specialiserade stickande celler som innehåller en komplex organell cnidocil med en skarp tagg. I bin och getingar är reproduktionssystemets tillbehörskörtlar anpassade för produktion av gift. Ormgift är saliv, en tjock vattenlösning som innehåller en komplex och dödlig blandning av giftiga proteiner. Det är så felfritt att det redan innehåller en viss mängd proteolytiska enzymer som mjuknar vävnader och börjar smälta offret: det kommer fortfarande inte att gå någonstans.

Vanlig giftig förfader

Innan metoderna för analys och jämförelse av DNA kom fram, var biologer tvungna att förlita sig på den inte särskilt tillförlitliga jorden för jämförande anatomi, embryologi och relaterade discipliner. Denna traditionella inställning sa att den gemensamma förfadern till alla giftiga ormar kunde ha levt för ungefär 100 miljoner år sedan, när de för länge sedan hade delat med sina fjälliga ödelskusiner. I själva verket är giftiga ödlor extremt sällsynta, medan minst en fjärdedel av ormarna har gift. De allvarliga konsekvenserna av bett hos många ödlor har associerats med bakterier, inklusive många patogener som bor i munhålan.

För inte så länge sedan, i experiment med cellkulturer, fann man att saliv hos många ödlor har verklig toxicitet och kan undertrycka blodproppar, orsaka förlamning och andra obehagliga effekter. Enskilda proteinkomponenter i ormgift har hittats i 1500 ödlor, inklusive de berömda Komodo-drakarna. Genom att lägga till uppgifterna om kemisk och DNA-analys lade forskare fram en hypotes om ett mycket mer gammalt evolutionärt ursprung av gifter, och tillskrev detta betydelsefulla ögonblick till den gemensamma förfadern till ormar, leguaner och några andra ödlor, som levde för cirka 170 miljoner år sedan och gjorde speciella omläggningar av sitt genom.

Gener som kodar proteiner som är viktiga för att olika celler och vävnader ska fungera duplicerades och började agera i salivkörtlarna. Sådana duplikationer är inte ovanliga till sin natur - till exempel är korthårigheten hos beagles, taxar och relaterade hundraser resultatet av en duplicering av genen för signalfaktorn FGF4, som är inblandad i regleringen av lemmtillväxt. Men i den "giftiga förfadern" ändrade slumpmässiga mutationer och urval funktionerna hos den ursprungliga molekylen - och proteinet, som fredligt fungerade som någon form av regulator för blodkoagulering, kunde förvandlas till ett dödligt toxin och orsaka dess okontrollerade koagulation. Exempelvis har fosfolipas A2, ett litet och i allmänhet ofarligt enzym som är involverat i lipidsmältningen, förvandlats till en riktig mördare som urskillningslöst förstör levande celler genom att lösa upp deras membran. Och det kan finnas dussintals sådana mördare i ormgift: proteiner står för upp till 90% av dess torra massa och nästan 100% av dess dödliga effekter.

Slaktrecept

Ormgift är den mest komplexa av alla naturliga gifter, och att jämföra dem med kemiska vapen skulle vara att underskatta deras spetskompetens. Klor eller senapsgas är enkla molekyler som fungerar ungefär och oregelbundet; Kobra- eller svarta mambatoxiner fungerar med dödlig precision och effektivitet. Var och en av dem individuellt - och det allmänna receptet för deras blandning - har finjusterats under miljontals år av evolution och attackerar mycket specifika mål i offrets kropp. De viktigaste är cellerna i blodet, nervsystemet och hjärt-kärlsystemet.

Dendrotoxin 1, som är en del av mambas gift, kan blockera en stor grupp av spänningskänsliga kaliumkanaler, vilket stör överföringen av nervimpulser genom nervceller. En mängd olika α-neurotoxiner, som finns i kobrar och många andra ormar, binder till acetylkolinreceptorer, vilket helt blockerar arbetet med synapser - främst de som överför kommandot från nervceller till muskelceller - vilket resulterar i förlamning och död på grund av kvävning. Fascikuliner i skallerormens gift inaktiverar acetylkolinesteras, vilket tar bort överflödig neurotransmittor från det synaptiska utrymmet - och ett överskott av det orsakar okontrollerade spasmer och kramper.

Detta är bara en liten bråkdel av ormgiftoxiner och deras mål: andra kan orsaka njurskador och hjärtmuskelförlamning, förstörelse av blodkärlen i endotelbeklädnaden och massiv vävnadsnekros. Huggormar och många kobrar har förvandlat vanliga blodkoagulationsfaktorer till mördare. Av en hel kaskad av samordnat verkande proteiner, som utlöser mekanismen för trombbildning i händelse av skada, kan den ena eller den andra "gå över till den mörka sidan" och orsaka allmän trombbildning direkt i kärlen. Synen är fruktansvärd: offrets kropp är inte längre fylld med tjockt blod, nästan allt förvandlas till koagulerade blodproppar och vattnig plasma, som på grund av tryckökningen får kroppen att svälla som en ballong och oser bokstavligen från alla hål - inklusive små spår kvar av giftiga tänder.

Leveransfordon

Giftet för ormarnas gemensamma förfader och några ödlor, som ibland kombineras i Toxicofera-gruppen, skilde sig tydligen inte i sådan komplexitet och kombinerade ett ganska begränsat antal muterade proteiner. Han hade inga speciella anordningar för effektiv injektion av giftig saliv i offrets kropp. Därför gick olika grupper av dessa skaliga olika vägar och utvecklade sina egna medel och leveransmekanismer. I stort omfattade denna process alla ormorganismens system, även om dess epicenter naturligtvis föll på spottkörtlarna, som blev verkliga fabriker för syntes av toxiner. Och på tänderna, som förvandlades till skarpa, giftfyllda sprutor.

Man tror att representanter för den stora och allestädes närvarande huggormfamiljen kan skryta med den mest avancerade giftiga apparaten. Deras stora giftkörtlar är omgivna av kraftfulla masseter och temporala muskler som omedelbart kan pressa ut giften. Genom kanalerna kommer den in i de stora giftiga tänderna, som i många arter har blivit ihåliga och skarpa, som nålar. Fördjupade i en tjock slemhinna bas, "tänder" dessa tänder automatiskt så snart ormen öppnar munnen vid - och med ansträngning av musklerna som stänger den pressas giftet ut under offrets hud.

Vissa kobrar verkar ännu mer avskyvärda - de spottar gift vid 1–2 m medan de siktar i ögonen. Men denna färdighet är ett ganska sent förvärv, och vanliga giftiga tänder med nya sidohål är anpassade för spottning. Dessutom är giftet som kom på hornhinnan inte dödligt och orsakar bara svår irritation, vilket gör att ormen kan tillföra en bit, vars förmåga dessa arter inte har tappat alls. Det förblindade offret är dömt om han inte kan motverka giftet med någon form av motgift.

Motgift Race

Många ormar måste vara mycket försiktiga så att de inte biter i svansen och dör av sitt eget gift. I slagsmålen mellan dem är död från förgiftning en vanlig sak, särskilt om reptiler av olika arter har kommit i konflikt. Men andra har blivit okänsliga för verkan av sina egna toxiner - som den indiska kobran, glasögonormen, vars acetylkolinreceptorer är okänsliga för verkan av huvudkomponenten i dess gift, α-neurotoxin. Slumpmässiga mutationer gav mongoos ett sådant motstånd, liksom igelkottar, grisar och honungsgrävlingar - släktingar till mårar som jagar giftiga ormar mycket mer aktivt än den älskade Rikki-Tikki-Tavi.

Men det mest slående motståndet mot ormgift demonstreras av possums, som nästan är immuna även mot botulinumtoxins och ricins verkan. Deras främsta hemlighet ligger i den fantastiska molekylen LTNF - en proteinfaktor i blodet som neutraliserar dödliga toxiner. Isolerat och injicerat intraperitonealt i möss, det hjälpte dem att överleva i experiment med dödliga doser av gifter från alla fyra stora familjer av giftiga ormar - och till och med några andra toxiner, inklusive skorpiongift. LTNF-faktorn har upptäckts nyligen, och dess verkningsmekanism är fortfarande oklar, men den studeras aktivt - trots allt, teoretiskt sett, kan blodet från possum ge oss en motgift som är unik i dess effektivitet.

Under tiden måste motgiften för varje fall erhållas separat, injicera icke-dödliga doser till djur - vanligtvis kor eller hästar - och extrahera färdiga antikroppar från blodet som ett resultat av immunsvaret. Med lite tålamod och stort mod kan sådana antikroppar "tas upp" i din egen kropp: den legendariska utforskaren, grundaren av Miami Serpentarium, Bill Haast, injicerade sig med mikrodoser av gifter under hela sitt liv. Han överlevde inte bara säkert 172 bett utan donerade också ett unikt blod som räddade dussintals liv för människor som bitits av ormar, för vilka ingen motgift produceras.

Bästa missnöje

Toxiner är otroligt effektiva, men inte allsmäktiga. Inte undra på att den överväldigande majoriteten av djuren fortfarande följer andra försvars- och attackmetoder, som inte är så dyra för kroppen. En studie av skallerormar före och efter att ha tagit gift från dem visade att syntesen av proteiner som är nödvändiga för att fylla på tillförseln av dödliga doser gör att hela kroppen spänns och arbetar i ett förbättrat läge under tre dagar, vilket ökar ämnesomsättningen med 11%. Samma mätningar utfördes för huggormliknande dödliga ormar, extremt farliga invånare i Australien: de måste öka sin ämnesomsättning med nästan 70% för att återhämta sig.

Syntes av gift är inte för svagheter; det kräver ansträngningar som kan jämföras med en maratonlöpare. Men ett ännu större bidrag krävs av utvecklingen och tillväxten av komplexa leveranssystem. I själva verket är detta en separat utvecklingsriktning, för vilken giftiga arter offrar mycket resurser. På ett sätt kan det kallas ett alternativ till en komplex och stor hjärna: tillsammans med detta glupska organ är kemiska vapen en av de dyraste och mest effektiva fynden i naturen.