Три группы плюющихся кобр приобрели более болезненный яд независимо друг от друга
В процессе эволюции три группы плюющихся кобр научились защищаться от хищников, стреляя им ядом в глаза. Согласно новому исследованию, эти змеи независимо друг от друга приобрели яд, который причиняет намного более сильную боль, чем обычный яд кобр. Данный эффект достигается за счет увеличения концентрации ферментов фосфолипаз A2, усиливающих действие цитотоксинов. Как отмечается в статье для журнала Science, возможно, кобры научились плеваться ради защиты от древних людей: время появления этой адаптации у африканских и азиатских змей подозрительно совпадает с выходом древних гоминин в саванны и с колонизацией Азии человеком прямоходящим соответственно.
Основная функция змеиного яда — убийство добычи. Однако многие змеи также используют его для защиты. Особенных успехов в этом достигли плюющиеся кобры, которые научились выстреливать в глаза врагам двумя струями яда, вызывающего сильную боль, воспаление и даже слепоту. В зоне поражения оказывается любой хищник (в том числе человек), подошедший к змее ближе, чем на два с половиной метра.
Согласно современным исследованиям, способность плеваться ядом независимо возникла в трех эволюционных линиях кобр: у африканских ошейниковых кобр (Hemachatus haemachatus), а также у настоящих кобр (Naja) из Африки (подрод Afronaja) и Азии (подрод Naja). Команда исследователей во главе с Николасом Кейсуэллом (Nicholas Casewell) из Ливерпульского центра тропической медицины решила выяснить, как сходство защитных механизмов этих змей отразилось на составе их яда.
На первом этапе авторы на основе двух митохондриальных и пяти ядерных генов построили филогенетическое древо для семнадцати видов змей из семейства аспидов (Elapidae): четырнадцати видов настоящих кобр, ошейниковой кобры, а также египетской пустынной кобры (Walterinnesia aegyptia) и обыкновенной щитковой кобры (Aspidelaps scutatus) (два последних вида не способны выстреливать ядом). Благодаря этому удалось выяснить, что африканские настоящие кобры научились стрелять ядом от 10,7 до 6,7 миллиона лет назад, а азиатские — от 4,2 до 2,5 миллиона лет назад. Точное время появления этой способности у ошейниковых кобр авторы установить не смогли, однако полагают, что это произошло на протяжении последних 17 миллионов лет, после того как этот род отделился от предков настоящих кобр.
Затем Кейсуэлл и его коллеги изучили транскриптомы ядовитых желез тех же семнадцати видов змей, чтобы определить, какие вещества в них входят. Оказалось, что каждая линия плюющихся кобр выработала свой уникальный состав яда, который заметно отличается от такового у их неплюющихся сородичей. Этот вывод согласуется с данными о последствиях укусов разных видов кобр для человека. Единственное исключение из правила — филиппинская кобра (N. philippinensis): она стреляет ядом, состав которого больше напоминает яд обычных кобр.
Наиболее распространенными в яде ошейниковых и настоящих кобр оказались цитотоксические трехпетельные токсины (ТПТ) — на их долю в среднем приходится 57,7 процента всех токсинов. Хотя увеличение доли цитотоксинов в яде позволило бы усилить вызываемую им боль, авторы не обнаружили существенных различий в их содержании у плюющихся и неплюющихся кобр.
Эксперименты с тройничным нервом мышей (именно он иннервирует лицо и глаза, куда стреляют кобры) показали, что яд всех изученных видов кобр разрушает клеточные мембраны и вызывает повышенную активность чувствительных нейронов, однако яд плюющихся видов возбуждает нервные клетки сильнее, чем яд неплюющихся. Иными словами, попадая в глаза, яд всех видов плюющихся кобр причиняет более сильную боль.
Благодаря дополнительным опытам исследователи выяснили, что основной болевой эффект яда плюющихся кобр связан с трехпетельными цитотоксинами, однако не объясняется только ими. ТПТ действовали намного эффективнее, когда работали в комбинации с фосфолипазами A2 (PLA2). У плюющихся змей концентрация и активность этих ферментов в яде оказались выше, чем у их неплюющихся сородичей (p=0,0007 и p=0,04 соответственно). По мнению авторов, три линии плюющихся кобр независимо друг от друга увеличили концентрацию PLA2 в яде, чтобы сделать его более болезненным, а значит, более эффективным для отпугивания врагов.
Интересно, что летальность яда плюющихся и неплюющихся кобр примерно одинакова (авторы выяснили это благодаря экспериментам с мышами). Это свидетельствует, что различия в их составе связаны именно с защитными функциями яда плюющихся видов, а не с особенностями их рациона.
Способность стрелять ядом возникла лишь в одной сравнительно небольшой группе змей — зато трижды. По мнению исследователей, это связано с тем, что кобры обладают цитотоксическим ядом и сложным поведением, предупреждающим хищников об угрозе. Сочетание двух этих особенностей подтолкнуло эволюцию видов, стреляющих ядом во врагов. Изначально плюющиеся кобры использовали типичный для этих змей цитотоксический яд, который сам по себе может нанести вред глазам хищника, а затем усилили его действие, увеличив концентрацию PLA2. Поскольку все три линии плюющихся кобр испытывали сходное давление среды, они пришли к похожим адаптациям, однако в разное время и разными путями. Это типичный пример конвергентной эволюции.
Авторы высказывают гипотезу, что способность плеваться возникла у кобр в ответ на эволюцию и расселение древних гоминин (Homininae). Эти приматы должны были представлять для кобр особенную опасность, ведь они отличались хорошим зрением и развитым интеллектом и могли убивать змей с помощью палок и камней (как это делают сегодня люди). Кроме того, появление африканских плюющихся кобр по времени совпадает с выходом предков людей в саванну, где живут эти змеи, а азиатских — с колонизацией Азии человеком прямоходящим (Homo erectus).
Вьетнамские сколопендры Scolopendra subspinipes используют один и тот же яд, чтобы убивать добычу и бороться с сородичами. Как показало недавнее исследование, благодаря мутации в гене ионного канала Shal эти членистоногие не умирают от собственного яда, а лишь впадают в кратковременный паралич.
Сергей Коленов
Наибольшую активность проявляли вечерницы и складчатогубы
Вечерницы и широкоухие складчатогубы охотятся на ночных бабочек и других насекомых, когда те во время осенних миграций пересекают перевал Буджаруэло в Пиренейских горах. К такому выводу пришли зоологи, проанализировав активность этих существ в данной местности. Как отмечается в статье для журнала Royal Society Open Science, вероятно, вечерницы прилетают на перевал ради охоты за мигрирующими насекомыми или путешествуют вместе с ними, а складчатогубы держатся здесь круглый год и осенью просто получают в свое распоряжение богатый источник пищи. Каждую осень миллионы европейских птиц, летучих мышей и насекомых отправляются на зимовку в Средиземноморье и Африку. Перемещения такого большого количества живых существ привлекают внимание хищников, которые охотятся на крылатых мигрантов. Например, чеглоки Элеоноры (Falco eleonorae), гнездящиеся в Южной Европе и Северной Африке, ловят перелетных птиц и выкармливают ими птенцов, появление которых приурочено к началу осенней миграции. А летучие мыши широкоухие складчатогубы (Tadarida teniotis) в осенние месяцы охотятся на мигрирующих ночных бабочек, что обеспечивает самок этого вида энергией, необходимой, чтобы выносить и выкормить потомство. Кроме того, этот источник корма помогает складчатогубам накопить жир для зимней спячки. Команда зоологов под руководством Карла Уоттона (Karl R. Wotton) из Эксетерского университета решила подробнее изучить взаимоотношения мигрирующих насекомых и летучих мышей. Для этого исследователи отправились на перевал Буджаруэло, который расположен на высоте 2273 метра в Пиренейских горах на границе Франции и Испании. Хотя ширина этого прохода в горном хребте составляет всего 30 метров, осенью через него пролетает огромное количество перелетных птиц и насекомых, следующих на юг. За 90 ночей в сентябре-октябре 2019-2021 года Уоттон и его соавторы с помощью световой ловушки наловили 4187 перелетных насекомых, принадлежащих к 66 видам из четырех отрядов и тринадцати семейств. Из них 90 процентов составили ночные бабочки из семейства совок (Noctuidae), в первую очередь хлопковые совки (Helicoverpa armigera) (31 процент всех особей), желтые полосатые совки (Mythimna vitellina) (21 процент) и большие ленточные совки (Noctua pronuba) (12 процентов). В более теплые ночи через перевал Буджаруэло летело больше насекомых, а при сильном ветре и осадках меньше. При этом особенно активной миграция была, когда дул встречный юго-западный ветер, который мешал насекомым подняться над вершинами гор и заставлял их лететь через перевал. Активность летучих мышей на перевале Буджаруэло Уоттон с коллегами изучали в сентябре 2019 года. Для этого исследователи установили здесь автоматический детектор ультразвуковых сигналов рукокрылых. За время работы устройство записало 463511 сигналов, принадлежащих семи-восьми видам летучих мышей. Наибольшую активность на перевале проявляли представители четырех-пяти видов: малые или рыжие вечерницы (Nyctalus leisleri / noctula) (два этих вида трудно различить по эхолокационным сигналам), широкоухие складчатогубы, европейские широкоушки (Barbastella barbastellus) и нетопыри-карлики (Pipistrellus pipistrellus). При этом активность вечерниц была в 2,5 раза выше, чем у следующих за ними складчатогубов. По словам исследователей, вечерницы и складчатогубы были более активны в ночи, когда через Буджаруэло летело больше насекомых (p < 0,0005). В частности, максимальное количество сигналов вечерниц было отмечено в ночи с особенно высокой численностью шестиногих мигрантов. Учитывая, что детектор несколько раз записывал звуки, которые вечерницы и складчатогубы издают во время охоты, они, несомненно, ловили и поедали насекомых. Для широкоушек и нетопырей-карликов выявить корреляцию между их активностью и численностью насекомых не удалось. Погодные условия на перевале почти не влияли на рукокрылых. Однако все их виды вели себя активнее при юго-западном ветре, а нетопыри — еще и при низкой скорости ветра. Уоттон и его соавторы отмечают, что среди четырех-пяти видов летучих мышей, которые проявляли наибольшую активность на перевале Буджаруэло, осенние перелеты совершают только вечерницы обоих видов и нетопыри-карлики. Возможно, вечерницы ради охоты на насекомых останавливаются на перевале во время миграций или специально прилетают сюда подкрепиться, отклоняясь при этом от маршрута. Согласно другой версии, эти летучие мыши летят на юг вместе с потоком насекомых, время от времени поедая их без отрыва от миграции. Если верна вторая гипотеза, то это первый пример рукокрылых, которые мигрируют вместе с насекомыми, на которых охотятся. А вот нетопыри-карлики просто мигрируют через перевал без какой-либо зависимости от перелетных насекомых. Широкоухие складчатогубы и европейские широкоушки считаются оседлыми видами. При этом, как уже упоминалось выше, осенью складчатогубы часто охотятся на перелетных совок. Вероятно, представители данного вида не прилетают на перевал Буджаруэло специально ради охоты на мигрирующих насекомых, а живут здесь постоянно и в осенние месяцы просто получают доступ к богатому источнику пищи. Авторы предполагают, что складчатогубы ловят насекомых не только в самом перевале, но и на более значительных высотах, куда они легко способны подняться. Что касается широкоушек, то они охотятся исключительно под пологом леса, поэтому, скорее всего, посещают перевал, чтобы перебраться из одного лесного массива в другой или поискать место для зимовки. Европейские летучие мыши — не единственные млекопитающие, благополучие которых зависит от мигрирующих ночных бабочек. Например, горные кускусы (Burramys parvus) из Австралии охотятся на совок богонг (Agrotis infusa), которые составляют до трети их рациона. Однако в 2017-2019 годах численность этих бабочек резко упала из-за жары и засухи. Из-за этого самкам кускусов в течение нескольких лет было трудно вывести потомство. К счастью, затем последовала череда влажных лет, что позволило совкам частично отыграть потери численности.