Разнообразие в рационе играет роль в сложности яда ядовитых гадюк, таких как гремучие змеи, медвежьи головы и т.д. Но новое совместное исследование ученых Университета Клемсона показало, что количество видов добычи, которые съела змея, не влияет на сложность яда. Скорее, дело было в том, насколько далеко друг от друга эволюционно находились жертвы.

«Не только диета определяет разнообразие яда у змей. Это широта диеты», — сказал Кристофер Паркинсон, профессор факультета биологических наук Колледжа наук. «Если змея съест 20 различных видов млекопитающих, ее яд не будет очень сложным. Но если она съест многоножку, лягушку, птицу и млекопитающее, у нее будет очень сложный яд, потому что каждый компонент этого яда воздействуя на что-то другое у одного из разных животных, которыми питается змея».

Журнал Proceedings of the National Academy of Sciences опубликовал результаты в статье под названием «Филогенетически разнообразные диеты благоприятствуют более сложным ядам североамериканских гадюк».

Это исследование может привести к созданию более эффективных противоядий и послужить базой данных о питании для других исследователей змей.

«Змеиный укус — это тропическая болезнь, которой не уделяют должного внимания. Она не убивает многих людей в США, всего около восьми человек в год. Но она вызывает длительные травмы, такие как неврологические и тканевые повреждения. Мы создали библиотеку ядов всех видов в США с более высоким уровнем детализации, чем это делалось раньше, чтобы кто-то другой, кто заинтересован в улучшении противоядия, мог использовать эту информацию», — сказал Мэтью Холдинг, бывший научный сотрудник Клемсона, ведущий автор статьи.

Холдинг сотрудничал с исследователями из Клемсона, Университета штата Флорида, Мексики и Бразилии, чтобы изучить яды и рацион 46 видов североамериканских гадюк, включая всех, что обитают в Соединенных Штатах. Затем они использовали информацию о диетах этих видов, чтобы понять, почему одни яды простые, а другие очень сложные.

Яды содержат белки, которые в совокупности выводят добычу из строя. Количество различных белков, которые он содержит, отражает его сложность.

«Вы можете думать о яде как о змеином ящике для инструментов», — сказал Холдинг, который сейчас является научным сотрудником постдокторского исследования Национального научного фонда в штате Флорида. «Гаечный ключ, торцевая головка и отвертка используются по-разному. Точно так же каждый белок выполняет свою функцию, когда яд вводится в мышь, ящерицу, многоножку или любую другую добычу, которую ест змея».

«У некоторых змей гораздо более простой яд с меньшим количеством компонентов. У некоторых гораздо больше. Мы хотели понять, с точки зрения эволюции, почему это могло быть», — объяснил Холдинг.

Исследователи собрали образцы яда и ядовитых желез гремучих змей и ватно-пасти по всей Северной Америке. Они использовали методы секвенирования следующего поколения для создания самого большого на сегодняшний день набора данных протеомов и транскриптомов ядовитых желез гадюкообразных змей.

Используя образцы естественной истории, исследователи сравнили сложность яда с диетами змей.

«Наличие базы данных о жертвах, основанной на образцах естественной истории, было первостепенным, потому что мы не смогли бы выполнить эту работу без этих музейных коллекций. Мы не смогли бы построить сравнительную филогенетическую основу для сравнения рациона и эволюции змей без них», — сказал Паркинсон, который имеет двойное назначение в Департаменте лесного хозяйства и охраны окружающей среды Колледжа сельского хозяйства, лесоводства и биологических наук.

Содержание указанного яда меняется в зависимости от филогенетического разнообразия рациона змей, с эволюцией как более простых, так и более сложных ядов. Исследование показывает, что для эволюции целевых ядов имеет значение количество расхождений между видами-жертвами, а не только различия между видами-жертвами или основными таксономическими группами, независимо от того, как они филогенетически связаны.

Некоторые предыдущие исследования показали, что диета, вероятно, вызвала различия в яде у змей, используя грубые данные. В этом проекте использовались генетические данные ядовитых желез более чем 250 отдельных змей, что является более плотным образцом, чем любое другое исследование на сегодняшний день. Исследователи также составили подробную базу данных о жертвах. Объединение этих данных облегчило понимание причины вариабельности яда.

«Поскольку мы используем инструменты секвенирования следующего поколения, мы могли бы сделать больше, чем просто подсчитать количество компонентов в яде. Мы могли бы гораздо ближе подойти к генетическим последовательностям, которые вносят вклад в этот признак у этих таксонов, чего раньше не делали», сказал Холдинг.

Исследование показало, что разнообразие рациона предсказывает выраженную сложность в трех из четырех крупнейших семейств генов яда в ядах гадюки. Сериновые протеазы, металлопротеиназы и фосфолипазы имеют положительную взаимосвязь, а это означает, что чем разнообразнее диета змеи, тем сложнее ее яд. Но диета не оказала такого же влияния на лектины c-типа. Разнообразие рациона составляет от 25 до 40 процентов вариации сложности яда.

«Мы создали новые вопросы, которыми должны были заняться другие исследователи, например, почему лектины c-типа имеют иную модель отношения к разнообразию рациона, чем другие семейства генов, и чем объясняются оставшиеся три четверти вариации сложности яда, для которых мы не можем счета», — сказали в холдинге.

Поскольку препараты, полученные из змеиного яда, используются для лечения сердечных заболеваний, высокого кровяного давления и образования тромбов у людей, чем лучше ученые понимают яд, тем более вероятно, что они смогут использовать его для создания лекарств для человека.

«Мы видим последующий потенциал для медицинского или терапевтического использования. Но что нас волнует, так это вопрос:« Почему существует так много видов змей в первую очередь? Много воздействий на добычу и на людей?» сказал Холдинг.