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).
Автор: Сергей Коленов