Хищные улитки-конусы приманили червей имитацией их феромонов

Хищные улитки-конусы научились вырабатывать аналоги феромонов червей, на которых охотятся. Выбрасывая в воду эти соединения, моллюски обманом приманивают жертв, убивают их ядом и поедают. Как отмечается в статье для журнала Science Advances, фальшивые феромоны синтезируются в тех же железах, что производят яд. Необычную охотничью стратегию удалось подтвердить для одного вида конусов, но, судя по всему, похожая адаптация есть и у некоторых других видов рода.

Морские улитки из семейства конусов (Conidae) — грозные хищники, которые питаются беспозвоночными и рыбой. Обычно эти моллюски поджидают жертву в засаде, а затем с помощью видоизмененных зубов радулы вводят в ее тело быстродействующий яд. Яды конусов, так называемые конотоксины, представляют собой сложную смесь пептидных токсинов и считаются одним из самых сильных в дикой природе. Многие из них нацелены на ионные каналы жертвы.

Некоторые рыбоядные виды конусов используют еще более изощренную стратегию: они широко раскрывают эластичную пасть и ждут, когда потенциальная добыча заплывет внутрь. После этого улитка выбрасывает в воду молекулы-релаксанты, включая аналоги быстродействующего инсулина, в результате чего рыба расслабляется и теряет бдительность. Это позволяет конусу убить ее ядовитым уколом и съесть.

Большинство конусов, впрочем, специализируются не на позвоночной добыче, а на червях. Охотничьи повадки таких видов изучены намного хуже. Зоологи знают, что, например, у императорского конуса Conus imperialis ядовитая железа разделена на две части, дистальную и проксимальную. В них содержатся яды с разным составом: в проксимальной части — классические конотоксины, а в дистальной — смесь малых молекул, включая нейромедиатор серотонин и уникальный для конусов генуанин. Однако в каких целях используются эти молекулы, до сих пор оставалось неизвестным.

Разобраться в данном вопросе решила команда специалистов во главе с Эриком Шмидтом (Eric W. Schmidt) из Университета Юты. Ученые собрали образцы императорских конусов у берегов Филиппин, Гавайев, Тайваня, Вануату и Папуа — Новой Гвинеи и проанализировали химический состав содержимого дистальной части их ядовитых желез. Оказалось, что в нем доминируют уже известный генуанин, а также две новые для науки молекулы, которые получили названия коназолий A и B.

Исследователи обратили внимание, что коназолий A и генуанин по химической структуре напоминают овотиол, мочевую кислоту и инозин. Эти вещества являются феромонами, которые стимулируют спаривание у червей-полихет. Шмидт и его соавторы предположили, что малые молекулы в яде императорских конусов имитируют феромоны червей и позволяют обманом приманить их.

Для проверки этой идеи ученые поставили эксперимент. К сожалению, у них не получилось найти полихет из семейства Amphinomidae на нужной стадии развития, которых, судя по литературным данным, предпочитают императорские конусы, поэтому в качестве модели они использовали нереисов Platynereis dumerilii. Этот вид давно стал популярным лабораторным животным, а его феромоны также похожи коназолий A и генуанин. Кроме того, дополнительный анализ содержимого желудков нескольких императорских конусов подтвердил, что они употребляют в пищу полихет из отряда Phyllodocida, к которому относится P. dumerilii.

Когда в аквариумы с самцами P. dumerilii добавляли мочевую кислоту, типичный феромон этого вида, они выбрасывали сперму. Аналогичную реакцию вызвал генуанин из ядовитых желез конусов. Самки P. dumerilii также оказались восприимчивы к яду хищных улиток — правда, к другому его компоненту. После того как исследователи добавили в аквариумы самок коназолий A, они начали плавать кругами. Именно такое поведение вызывает у женских особей P. dumerilii овотиол, который выделяют самцы данного вида.

Проведенные авторами наблюдения за императорскими конусами в лаборатории согласовались с идеей об использовании фальшивых феромонов при охоте на полихет. В частности, один моллюск загарпунил червя и вытащил его из узкой пластиковой трубки. Это навело ученых на мысль, что с помощью генуанина и коназолия A конусы выманивают полихет из укрытий.

Чтобы больше узнать о производстве фальшивых феромонов, Шмидт с соавторами изучили транскриптомы ядовитых желез императорского конуса. Оказалось, что в их дистальной части очень активно экспрессируется ген conA — гомолог гена ovoA, который кодирует овотиол. Исследователи внедрили данный ген в кишечную палочку и получили вещество — предшественник овотиола. Таким образом удалось подтвердить, что conA играет важную роль в синтезе коназолия A, а фальшивые феромоны вырабатываются эпителием дистальной части ядовитой железы. Авторы также установили, что гомологи ovoA сверхэкспрессируются в ядовитых железах девяти других видов конусов — возможно, и они приманивают червей фальшивыми феромонами.

Интересно, что команде Шмидта удалось выделить коназолий A не из всех экземпляров императорских конусов. Более тщательный анализ показал, что у моллюсков с разной глубины содержимое дистальной части ядовитой железы различается. Экземпляры из относительно глубоких и холодных вод синтезируют генуанин и обе разновидности коназолия, а их сородичи с теплого мелководья не вырабатывают коназолий A и B — вместо этого в их яде содержатся нейроактивные аминокислоты и нейромедиаторы.

Поскольку конусы с разных глубин отличаются также размером (глубоководные мельче), строением и рисунком раковины, а также окраской ядовитой железы, исследователи предположили, что они представляют две генетически изолированные популяции с разными охотничьими стратегиями. Генетические анализ подтвердил эту гипотезу. По мнению авторов, глубоководные и мелководные популяции императорских конусов разошлись друг от друга достаточно сильно, чтобы их можно было считать разными видами.

Ранее использование фальшивых феромонов для охоты было отмечено у пауков-боладоров из рода Mastophora. Они выделяют летучие вещества, которые их жертвы-насекомые используют для привлечения партнеров. Однако, в отличие от пауков, конусы синтезируют не сами феромоны полихет, а их более стабильные аналоги, которые не так эффективно разлагаются в организме жертвы и потому действуют эффективнее.

Биологи активно изучают яд конусов, поскольку он может стать основой для различных лекарств. Например, недавно исследователи использовали информацию о яде географического конуса (C. geographus), чтобы создать миниатюрную версию инсулина, которая действует в несколько раз быстрее человеческого. Этот эффект достигается за счет того, что мини-инсулин не способен образовывать комплексы из нескольких молекул.

Сергей Коленов