U srcu kolumbijskog Amazona, grupa kraljevskih zemnih zmija (Erythrolamprus reginae) neočekivano se našla u središtu eksperimenta koji je otkrio fascinantne strategije preživljavanja u prirodi. Nakon nekoliko dana provedenih bez hrane, deset zmija je suočeno sa vrlo nepoželjnim obrokom – žabama trostrukim (troprgim) otrovnicama (Ameerega trivittata), čija koža sadrži potencijalno smrtonosne toksine kao što su histrionicotoksini, pumiliotoksini i dekahidrokinolini. Ova jedinjenja ometaju funkcionisanje ključnih proteina u ćelijama, pa većina predatora instinktivno izbjegava ovakvu lovinu.
Šest zmija odbilo je da ih pojede i nastavilo da gladuje. Međutim, četiri su se odvažile. Prije nego što su progutale žabe, vukle su ih po zemlji, što je ponašanje nalik onome koje ptice koriste da trljanjem uklone toksine sa plijena. Taj detalj pažljivo su zabilježili biolozi sa Univerziteta Kalifornija u Berkliju, uključujući Valeriju Ramirez Castanedu, koja je za BBC istakla koliko ovakvi trenuci pokazuju kreativne pristupe preživljavanju u prirodi.
Od četiri zmije koje su pojele žabe, tri su preživjele. Ovaj ishod sugeriše da su njihova tijela sposobna da se nose sa određenom količinom žabljih toksina, što je pokrenulo dodatna istraživanja o mehanizmima otpornosti na otrove širom životinjskog carstva.
Evolucija kroz otrove
Smrtonosni molekuli prisutni su u prirodi već stotinama miliona godina. Prvo su ih koristile bakterije za eliminaciju konkurenata ili napad na ćelije domaćina. Kasnije su otrove razvile i životinje – za lov, odbranu i preživljavanje, dok su ih biljke koristile za zaštitu od biljojeda. Kao odgovor, mnoge životinje su razvile otpornost, a neke čak i sposobnost da toksine skladište i koriste za vlastitu odbranu.
Otkrića o tim mehanizmima danas fasciniraju naučnike. U razgovoru za BBC, evoluciona biologinja Rebeka Tarvin, koja je takođe učestvovala u eksperimentu sa zmijama, objašnjava:
„Samo miligrami jedne jedine hemikalije mogu da izmijene sve interakcije u jednom ekosistemu.“
Kako nastaje toksičnost i kako priroda razvija otpornost
Životinje postaju toksične na različite načine. Neke same proizvode otrove, poput žaba iz roda Bufonidae, koje stvaraju srčane glikozide. Ovi molekuli blokiraju natrijum-kalijum pumpu, ključnu za funkcionisanje ćelija i nervnog sistema.
Druge životinje, poput ribe napuhače, ne proizvode toksine same, već u svom tijelu „ugoste“ bakterije koje proizvode smrtonosne supstance poput tetrodotoksina.
Najveći broj otrovnih životinja toksine unosi putem hrane, kao što su žabe otrovnice koje se hrane toksičnim insektima i grinjama. U tom kontekstu, žaba trostruka otrovnica je savršen primjer.
Međutim, otrov ne dolazi bez cijene. Životinje koje ga nose moraju pronaći načine da se ne otruju same. Najčešći način evolutivne otpornosti ogleda se u izmjenama proteina koje toksini ciljaju. Na primjer, insekti koji se hrane mlečikom razvili su modifikovane natrijum-kalijum pumpe koje su otporne na glikozide.
Ali i to ima svoje posljedice.
Cijena preživljavanja
Molekularna biološkinja Suzan Dobler sa Univerziteta u Hamburgu istraživala je veliku mlečikinu bubu (Oncopeltus fasciatus) i ustanovila da otpornije verzije natrijum-kalijum pumpe rade slabije, naročito u nervnim ćelijama gdje su najvažnije. Ipak, buba je razvila rješenje: koristi različite verzije proteina u različitim dijelovima tijela. Najfunkcionalnija pumpa, u mozgu, ostala je osjetljiva na toksine, što znači da mozak mora biti dodatno zaštićen na druge načine.
Dobler pretpostavlja da buba koristi ABCB transportere, proteine koji izbacuju toksične molekule iz ćelija. Ove proteine su takođe otkrili i kod leptira monarha, koji ih koriste za izbacivanje glikozida iz nervnog tkiva. Moguće je da mlečikina buba koristi sličan mehanizam.
Takođe, nova istraživanja sugerišu da mnogi insekti imaju ove proteine u crijevima, sprječavajući da otrovi uopšte uđu u organizam. Time se objašnjava otpornost crvene lukove bube (Lilioceris merdigera) na glikozide iz đurđevka – ona ih jednostavno izbaci, a izmet koristi za odbijanje predatora poput mrava.
Jetra kao štit: Zmije i žabe otrovnice
Kod kraljevskih zemnih zmija, čini se da ključnu ulogu ima jetra. Tim iz Berklija otkrio je da ekstrakt iz jetre ovih zmija ima zaštitni efekat na ćelije izložene toksinima žaba trostrukih otrovnica, jer jetra sadrži proteine koji se vezuju za otrove, sprječavajući ih da se vežu za mete u organizmu, efektivno ih „upijajući“. Slični „protein-sunđeri“ pronađeni su u krvi nekih žaba otrovnica, koje ih štite od sopstvenih otrova iz ishrane. A postoji i mogućnost da zmije imaju specifične enzime koji razgrađuju otrove, slično načinu na koji ljudi metabolišu alkohol i nikotin.
Sličan mehanizam koriste i kalifornijske vjeverice (Otospermophilus beecheyi), koje imaju proteine u krvi koji blokiraju toksine iz otrova zvečarki. Ove vjeverice su evoluirale da se prilagode lokalnim vrstama zmija, a i same zvečarke konstantno mijenjaju sastav svog otrova kako bi nadvladale otpornost plijena.
Ali čak ni ove sofisticirane odbrane nisu neprobojne. Ako bi zvečarka primila dovoljnu količinu sopstvenog otrova, i ona bi uginula, što jasno pokazuje da i najotpornije životinje u prirodi prvo pokušavaju da izbjegnu kontakt sa otrovima.
Simbioza, zavisnost i evolucija
Pojedine vrste postaju toliko zavisne od svojih toksičnih biljaka domaćina da bez njih ne mogu da prežive. Klasičan primjer je leptir monarh i mlečika. Ta zavisnost stvara čitave mreže međuvrstnih veza.
Evolucioni biolog Noa Vajtmen sa UC Berkli otkrio je četiri vrste koje su evoluirale otpornost na glikozide, što im omogućava da se hrane leptirima monarhima. Jedna od njih je crnoglava zeba (Pheucticus melanocephalus), ptica koja se hrani monarsima u borovim šumama Meksika, gdje leptiri prezimljavaju.
„Zamislite to – toksin koji je nastao u biljci mlečike negdje na prerijama Ontarija, oblikovao je biologiju ptice koja hiljadama kilometara dalje bezbjedno jede leptira. Nevjerovatno je kakvo putovanje može preći jedan malio molekul i koliko duboko može uticati na evoluciju“ , kaže Vajtmen za BBC
Priroda kao učitelj
Ove složene i često nevidljive bitke koje se odvijaju u organizmima širom biosfere, podsjećaju nas koliko je priroda nevjerovatno sofisticirana. Svaki molekul, svaki protein, svaki refleks ima svoju ulogu u vjekovnoj borbi za opstanak. I svaki otkriveni mehanizam može biti putokaz za nova medicinska i biološka otkrića.
Zahvaljujući ovakvim istraživanjima, postajemo svjesniji kako živa bića ne samo preživljavaju, već evoluiraju, gradeći čitave ekosisteme na osnovu sićušnih, ali moćnih molekula otrova i otpornosti.
J.M.
Izvor: BBC
Naslovna fotografija: iNaturalist
