Змеиные яды: как они работают и можно ли спастись
Змеиные яды – бесспорные шедевры эволюции. Убийственные краски нейротоксинов, яркие тона гемолитических белков... эти коктейли совершенствовались многие миллионы лет и стали настоящими произведениями химического искусства, способного сразить зазевавшегося ценителя наповал.
Нам кажется, кто сильнее — тот и главный. Хищники оттачивают реакцию, отращивают острые зубы, тренируют мощные челюсти; травоядные противопоставляют им могучую массу и быстрые ноги. Но яд — это огнестрельное оружие природы, «великий уравнитель». С его появлением слабый может одолеть сильного, медленный догонит быстрого. Недаром до применения токсинов независимо друг от друга «додумались» совершенно разные животные, от медуз до млекопитающих (ядовиты, например, некоторые землеройки), от пауков и насекомых до, конечно же, змей.
Ядовитые животные есть в каждом классе животных (за исключением птиц), но каждый из них двигался к этому своим путем. У медуз появились специализированные стрекательные клетки, содержащие сложную органеллу книдоциль с острым шипом. У пчел и ос под производство яда приспособлены придаточные железы половой системы. Змеиный яд — это слюна, густой водный раствор, содержащий сложную и смертоносную смесь токсичных белков. Он столь безупречен, что уже включает некоторое количество протеолитических ферментов, которые размягчают ткани и начинают переваривать жертву: она все равно никуда не денется.
Общий ядовитый предок
До появления методов анализа и сравнения ДНК биологам приходилось опираться на не слишком надежную почву сравнительной анатомии, эмбриологии и смежных дисциплин. Такой традиционный подход говорил, что общий предок всех ядовитых змей мог жить около 100 млн лет назад, когда они уже давно разошлись со своими чешуйчатыми родственниками-ящерицами. В самом деле, ядовитые ящерицы — исключительная редкость, тогда как яд имеется как минимум у четверти видов змей. Тяжелые последствия укусов многих ящериц связывали с бактериями, в том числе и с многочисленными патогенами, которые обитают в их ротовой полости.
Однако не так давно в экспериментах с клеточными культурами обнаружилось, что слюна многих ящериц обладает настоящей токсичностью и способна подавлять свертывание крови, вызывать паралич и прочие неприятные эффекты. Отдельные белковые компоненты змеиного яда найдены у 1500 видов ящериц, включая знаменитых комодских «драконов». Добавив к этому данные химического и ДНК-анализа, ученые выдвинули гипотезу о куда более древнем эволюционном происхождении ядов, относя этот знаменательный момент к общему предку змей, игуан и некоторых других ящериц, который жил около 170 млн лет назад и совершил особые перестройки своего генома.
Гены, кодирующие важные для работы различных клеток и тканей белки, дуплицировались и начали действовать в слюнных железах. Такие дупликации в природе не редкость — например, коротконогость биглей, такс и родственных им пород собак стала результатом удвоения гена сигнального фактора FGF4, участвующего в регуляции роста конечностей. Однако у «ядовитого предка» случайные мутации и отбор изменили функции исходной молекулы — и белок, мирно служивший каким-нибудь регулятором свертывания крови, мог превратиться в убойный токсин, вызывающий ее неконтролируемую коагуляцию. Например, фосфолипаза А2, небольшой и в целом безобидный фермент, участвующий в переваривании липидов, превратился в настоящего киллера, который без разбора уничтожает живые клетки, растворяя их мембраны. И таких киллеров в змеином яде могут быть десятки: на белки приходится до 90% его сухой массы и практически 100% смертельных эффектов.