Когда змея приоткрывает свои клыки, она демонстрирует одно из самых впечатляющих достижений эволюции. Причина этого заключается в том, что яд змеи — это не просто один токсин, а сложная смесь десятков, а иногда и сотен белков, которые стремительно эволюционируют. В отличие от оружия большинства животных, таких как когти или рога, змеиный яд постоянно находится в состоянии эволюционной гонки с защитными механизмами их жертв.
Змеи продолжают улучшать свой яд, в то время как грызуны и амфибии развивают устойчивость к нему. В этой борьбе проигравших нет, но ни одна из сторон не может позволить себе отстать, как указывает журнал Forbes. Как же это соотносится с принципами эволюционной биологии?
Эволюционные биологи описывают эту "гонку вооружений" как эффект Красной Королевы, выдвинутый Ли Ван Валеном в 1973 году. По сути, это означает, что хищники и жертвы вынуждены постоянно адаптироваться лишь для того, чтобы сохранить свое текущее положение. Это подтверждается исследованием, опубликованным в 2022 году в журнале Biological Theory.
В ядовитых системах данный взаимный отбор является жестоким и быстрым. Даже незначительное изменение в физиологии жертвы может моментально сделать яд змеи практически безвредным. Однако это также создает возможности для змей с мутациями, которые изменяют структуру или экспрессию их токсинов. За несколько поколений такие изменения приводят к огромному разнообразию ядовитых компонентов.
Название теории позаимствовано из произведения Льюиса Кэрролла "Алиса в Зазеркалье", где Черная Королева утверждает: "Чтобы остаться на месте, нужно бежать изо всех сил". Эта метафора идеально отражает суть коэволюции хищников и их жертв.
Исследования генов токсинов и протеомов яда, опубликованные в журнале Trends in Ecology & Evolution, показывают, что яд змеи проходит циклы рекрутирования, дупликации и быстрой диверсификации белков. Проще говоря, гены яда неоднократно копируются и модифицируются. Некоторые из этих копий адаптируются к определенным задачам, в то время как другие исчезают. В результате образуется уникальный коктейль яда, который часто специализирован для определенного местного сообщества жертв.
Эти изменения затрагивают не только змей. Исследования показывают, что змеи тоже могут вырабатывать стойкость к ядам своих жертв, что создает эффект взаимной эволюции. Например, в исследовании 1990 года, опубликованном в Evolution, зафиксировано, как подвязочные змеи постепенно развивают устойчивость к токсинам ядовитых тритонов в зависимости от их концентрации в экосистеме.
С учетом того, что змеи эволюционируют в ответ на защитные механизмы своих жертв, это создает необычную динамику. Помимо этого, животные, подверженные влиянию змеиного яда, имеют множество способов защититься, включая улучшенные механизмы свертывания крови или изменения в нервных рецепторах.
Скорость этой биохимической борьбы невероятна, так как многие компоненты яда могут изменяться за короткие временные промежутки. Эволюция яда не зависит от медленных структурных изменений, таких как мутации в костях или мышцах. Наоборот, гены яда могут дублироваться и быстро адаптироваться, что позволяет змеям разрабатывать новые варианты токсинов в относительно короткие сроки.
Эта эволюционная гонка имеет важные практические последствия, особенно в контексте разработки противоядий. Поскольку противоядия создаются путем иммунизации животных, различия в составе яда могут значительно снизить эффективность противоядий для разных популяций.
Таким образом, эта молекулярная битва продолжается независимо от нашего наблюдения. Как показано ранее в Потоке, шансы на успешное выживание сильно зависят от быстроты изменений в яде и адаптаций его жертв.
