Чтобы не отставать от эволюционирующей добычи, гремучие змеи используют генетически разнообразный яд

В онной гонке вооружений между гремучими змеями и их добычей грызуны, птицы и другие рептилии вырабатывают устойчивость к смертельному яду змей, чтобы выжить. Но новое исследование, проведенное Колорадским университетом в Боулдере и Техасским университетом в Арлингтоне, проливает свет на то, как змеям удается одерживать верх: они поддерживают широкий и разнообразный набор генов, кодирующих змеиный яд, что позволяет им адаптироваться в качестве местной добычи и условия меняются.


Выводы, опубликованные сегодня в Экология природы и эволюция, помочь объяснить, как гремучие змеи не отставали от видов добычи, развивающих устойчивость к их ядам на протяжении миллионов лет. Это исследование опровергает десятилетия размышлений о том, какие факторы формируют эволюцию генов яда и вариации яда, и проливает новый свет на то, почему разработка эффективных противоядий для лечения укусов змей остается такой сложной задачей.

«Мы обнаружили, что у этих гремучих змей был более разнообразный репертуар яда, больше генетических инструментов в наборе инструментов, чем можно было бы предположить только по их составу яда», — сказал Дрю Шильд, ведущий автор статьи и научный сотрудник в области экологии и эволюционной биологии в CU Boulder.

Змеиный яд, эволюционная адаптация, состоит из различных ферментов и токсинов, которые позволяют змеям захватывать свою добычу. В течение десятилетий биологи считали, что совместная эволюция между хищником и добычей приведет к тому, что змеиный яд станет узкоспециализированным: яд эволюционирует, чтобы эффективно убивать конкретную добычу, а генетическое разнообразие неиспользованных генов яда исчезнет по пути. Этот процесс, известный в эволюционной биологии как «направленный отбор», подобен затачиванию ножа: оружие становится более смертоносным, но при этом теряет часть себя.

Новое исследование предполагает, что вместо этого «уравновешивающий отбор» является действующим механизмом, эволюционным процессом, при котором множественные версии гена — в данном случае гены, кодирующие ядовитые белки — сохраняются, а не уничтожаются. Это может быть ключом к тому, как змеи не дают себе зайти в эволюционный тупик.

«Существование этих механизмов сопротивления у добычи заставило нас задуматься: если на змей действует давление отбора, то с эволюционной точки зрения может иметь смысл иметь более расширенный арсенал яда», — сказал Шильд.

Поскольку гремучие змеи охотятся на самых разных животных, включая мышей, полевок, птиц и ящериц, отбор с течением времени может не только поддерживать, но и активно отбирать большее разнообразие генов яда, чего ранее не показывало ни одно исследование.

«Наши результаты помогают объяснить десятилетия, казалось бы, противоречивых теорий и доказательств того, что движет крайними вариациями, наблюдаемыми в змеиных ядах. Оказывается, гонка вооружений между змеями и добычей в конечном итоге способствует постоянной перетасовке предпочтительных вариантов яда. что приводит к сохранению множества вариантов яда с течением времени, некоторые из которых являются древними», — сказал Тодд Кастоу, соавтор исследования и профессор биологии Техасского университета в Арлингтоне.

Статистика на уровне населения