Γιατί μερικά ζώα μπορούν να τρώνε δηλητήριο και να ξεγελούν τον θάνατο

Δέκα φίδια αντιμετώπισαν ένα δύσκολο δίλημμα. Συλλέχθηκαν από τον Αμαζόνιο της Κολομβίας, είχαν μείνει χωρίς τροφή για αρκετές ημέρες σε αιχμαλωσία και στη συνέχεια τους δόθηκε εξαιρετικά αντιπαθητική λεία: οι τρίχρωμοι δηλητηριώδεις βάτραχοι Ameerega trivittata. Το δέρμα αυτών των βατράχων περιέχει θανατηφόρες τοξίνες –όπως ιστριονικοτοξίνες, πουμιλοτοξίνες και δεκαϋδροκινολίνες– οι οποίες παρεμβαίνουν σε απαραίτητες πρωτεΐνες των κυττάρων.

Έξι από τα φίδια Erythrolamprus reginae προτίμησαν να μείνουν νηστικά. Τα άλλα τέσσερα όμως όρμησαν θαρραλέα για τον σκοτωμό. Πριν όμως καταπιούν τη λεία τους, έσυραν τους βατράχους στο έδαφος –παρόμοιο με τον τρόπο που ορισμένα πουλιά τρίβουν τις τοξίνες από τη λεία τους, σημείωσε η βιολόγος Βαλέρια Ραμίρεζ Καστανέντα του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνια στο Μπέρκλεϊ, η οποία διεξήγαγε το πείραμα με συναδέλφους της.

Τρία από τα τέσσερα φίδια επέζησαν από το γεύμα –κάτι που δείχνει ότι τα σώματά τους ήταν ικανά να διαχειριστούν τις τοξίνες που απέμειναν. Οι οργανισμοί χρησιμοποιούν θανατηφόρα μόρια για να σκοτώνουν ο ένας τον άλλο εδώ και εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια. Πρώτα ήρθαν τα μικρόβια που χρησιμοποιούσαν τα χημικά για να εξαλείψουν ανταγωνιστές ή να επιτεθούν σε κύτταρα ξενιστών· έπειτα τα ζώα, για να σκοτώσουν τη λεία τους ή να απωθήσουν θηρευτές, και τα φυτά, για να αμυνθούν απέναντι σε φυτοφάγα. Ως απάντηση, πολλά ζώα έχουν εξελίξει τρόπους επιβίωσης απέναντι σε αυτές τις τοξίνες. Μερικές φορές μάλιστα τις αποθηκεύουν για να τις χρησιμοποιήσουν ενάντια στους αντιπάλους τους.

Οι επιστήμονες αρχίζουν να ξετυλίγουν αυτές τις ευφάνταστες αντιτοξικές άμυνες και ελπίζουν ότι έτσι θα ανακαλύψουν καλύτερες θεραπείες για δηλητηριάσεις σε ανθρώπους. Πιο θεμελιωδώς, μαθαίνουν για μια δύναμη που βοήθησε αθόρυβα στη διαμόρφωση των βιολογικών κοινοτήτων, λέει η εξελικτική βιολόγος Ρεβέκκα Τάρβιν του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνια στο Μπέρκλεϊ, η οποία επέβλεψε το πείραμα με τα φίδια και έγραψε για τέτοιες στρατηγικές στην Annual Review of Ecology, Evolution, and Systematics του 2023. «Μόνο μερικά χιλιοστόγραμμα μιας και μόνο ένωσης μπορούν να αλλάξουν όλες τις αλληλεπιδράσεις σε ένα οικοσύστημα», λέει η Τάρβιν.

Βιολογικός Πόλεμος

Τα είδη γίνονται τοξικά με διάφορους τρόπους. Μερικά παράγουν τα ίδια τις τοξίνες: οι φρύνοι της οικογένειας Bufonidae, για παράδειγμα, παράγουν μόρια που ονομάζονται καρδιακές γλυκοσίδες και εμποδίζουν μια πρωτεΐνη, την αντλία νατρίου-καλίου, από το να μεταφέρει ιόντα μέσα και έξω από τα κύτταρα. Αυτή η μεταφορά είναι κρίσιμη για τη διατήρηση του όγκου των κυττάρων, τη σύσπαση των μυών και τη μετάδοση νευρικών ώσεων.

Άλλα ζώα φιλοξενούν βακτήρια που παράγουν τοξίνες στο σώμα τους – όπως το ψάρι φούγκο, του οποίου η σάρκα που περιέχει τετροδοτοξίνη μπορεί να αποβεί θανατηφόρα όταν καταναλωθεί.
Και πολλά άλλα παίρνουν τις τοξίνες μέσω της τροφής – όπως οι δηλητηριώδεις βάτραχοι που τρώνε τοξικά έντομα και ακάρεα· σε αυτούς ανήκει και το είδος που δόθηκε στα φίδια.

Καθώς κάποια ζώα εξελίχθηκαν ώστε να γίνουν τοξικά, αναδιαμόρφωσαν επίσης τα σώματά τους ώστε να μην δηλητηριάζονται τα ίδια. Το ίδιο συνέβη και με τα πλάσματα που τρώνε ή τρώγονται από αυτά. Η καλύτερα μελετημένη από αυτές τις προσαρμογές αφορά αλλαγές στις πρωτεΐνες που στοχεύουν οι τοξίνες, ώστε να γίνουν πλέον ανθεκτικές. Για παράδειγμα, έντομα που αναπτύσσονται και τρέφονται με φυτά γαλακτοφόρου χόρτου πλούσια σε γλυκοσίδες έχουν εξελίξει αντλίες νατρίου-καλίου στις οποίες η γλυκοσίδη δεν μπορεί να προσδεθεί.

Αλλά η αλλαγή ενός ζωτικού μορίου μπορεί να δημιουργήσει επιπλοκές, λέει η μοριακή βιολόγος Σουζάνε Ντόμπλερ από το Πανεπιστήμιο του Αμβούργου. Στις μελέτες της στο μεγάλο σκαθάρι του milkweed, έχει βρει ότι όσο πιο ανθεκτική στη γλυκοσίδη γίνεται η αντλία, τόσο λιγότερο αποτελεσματική είναι. Και αυτό είναι πρόβλημα στα νευρικά κύτταρα, όπου η αντλία είναι ιδιαίτερα κρίσιμη.

Το έντομο φαίνεται να έχει εξελίξει έναν τρόπο παράκαμψης του προβλήματος. Σε μελέτη του 2023, η Ντόμπλερ και οι συνεργάτες της μελέτησαν την ανθεκτικότητα στις τοξίνες σε τρεις εκδοχές της αντλίας που παράγει ο οργανισμός. Ανακάλυψαν ότι η πιο λειτουργική, στον εγκέφαλο, είναι και η πιο ευαίσθητη στις τοξίνες. Το έντομο πρέπει να έχει εξελίξει άλλους τρόπους για να προστατεύει τον εγκέφαλο από τις γλυκοσίδες, λέει η Ντόμπλερ.

Υποψιάζεται ότι εμπλέκονται πρωτεΐνες που ονομάζονται μεταφορείς ABCB: αυτοί κάθονται στις κυτταρικές μεμβράνες και απομακρύνουν από τα κύτταρα άχρηστα ή ανεπιθύμητα προϊόντα. Έχει βρει ότι ορισμένοι σκώροι γερακιού χρησιμοποιούν μεταφορείς ABCB γύρω από τον νευρικό τους ιστό για να απομακρύνουν γλυκοσίδες από τα κύτταρα. Ίσως το ίδιο να κάνει και το έντομο milkweed.

Δοκιμάζει επίσης την υπόθεση ότι πολλά έντομα έχουν μεταφορείς ABCB στις μεμβράνες του εντέρου τους, εμποδίζοντας τις τοξικές ουσίες να μπουν στο σώμα από την αρχή. Αυτό θα μπορούσε να εξηγήσει πώς το κόκκινο σκαθάρι του κρεμμυδιού, που τρέφεται με κρίνο της κοιλάδας πλούσιο σε γλυκοσίδες, φαίνεται ανεπηρέαστο από τις τοξίνες και απλώς τις αποβάλλει. Τα κόπρανά του μάλιστα απωθούν μυρμήγκια-θηρευτές, ανέφερε η Ντόμπλερ το 2023.

Για τα φίδια Erythrolamprus reginae, το κλειδί φαίνεται να είναι το συκώτι. Σε πειράματα με καλλιέργειες κυττάρων, η ομάδα της Τάρβιν έχει ενδείξεις ότι κάτι στο εκχύλισμα συκωτιού του φιδιού προστατεύει από τις τοξίνες των δηλητηριωδών βατράχων. Η ομάδα υποθέτει ότι τα φίδια διαθέτουν ένζυμα που μετατρέπουν τις θανατηφόρες ουσίες σε μη τοξικές μορφές, όπως κάνει και ο ανθρώπινος οργανισμός με το αλκοόλ και τη νικοτίνη.

Το συκώτι ίσως περιέχει και πρωτεΐνες που προσκολλώνται στις τοξίνες και τις εμποδίζουν να συνδεθούν στους στόχους τους – τις απορροφούν σαν σφουγγάρι. Οι επιστήμονες έχουν ανακαλύψει τέτοιες «πρωτεΐνες-σφουγγάρια» στο αίμα ορισμένων δηλητηριωδών βατράχων, που τους επιτρέπουν να αντιστέκονται στη θανατηφόρα σαξιτοξίνη και σε αλκαλοειδείς τοξίνες από τη διατροφή τους.

Οι επίγειοι σκίουροι της Καλιφόρνια φαίνεται να χρησιμοποιούν παρόμοιο κόλπο για να αμύνονται απέναντι στο δηλητήριο του κροταλία -ένα κοκτέιλ δεκάδων τοξινών που καταστρέφουν τα τοιχώματα των αιμοφόρων αγγείων, εμποδίζουν την πήξη του αίματος και άλλα. Το αίμα των σκίουρων περιέχει πρωτεΐνες που μπλοκάρουν ορισμένες από αυτές τις τοξίνες –παρόμοιες με τις πρωτεΐνες που χρησιμοποιούν οι ίδιες οι κροταλίες για προστασία σε περίπτωση διαρροής δηλητηρίου από τους ειδικούς αδένες τους.

Η σύνθεση του δηλητηρίου διαφέρει ανά περιοχή και ο εξελικτικός βιολόγος Μάθιου Χόλντινγκ έχει ενδείξεις ότι το μείγμα αντι-δηλητηρίου των σκίουρων είναι προσαρμοσμένο στους τοπικούς κροταλίες. Αυτές οι άμυνες όμως δεν είναι αλεξίσφαιρες: οι κροταλίες εξελίσσουν συνεχώς νέο δηλητήριο για να ξεπεράσουν τις προσαρμογές των σκίουρων και ακόμη και μια κροταλία θα πεθάνει αν δεχτεί αρκετή ποσότητα από το δικό της δηλητήριο.

Γι’ αυτό τα ζώα, ακόμη και τα ανθεκτικά, προσπαθούν ως πρώτο βήμα να αποφεύγουν τις τοξίνες. Εξού και η συμπεριφορά έρπησης των φιδιών πριν καταπιούν τα θηράματα, ή η πρακτική κάποιων χελωνών να τρώνε μόνο το δέρμα της κοιλιάς και τα εντόσθια των τοξικών τρίτων, όχι το θανατηφόρο δέρμα της ράχης. Ακόμη και κάμπιες μονάρχες, που είναι ανθεκτικές στις γλυκοσίδες, τρυπούν τις φλέβες του φυτού milkweed για να στραγγίξουν το τοξικό υγρό πριν τραφούν.

Η αξιοποίηση των τοξινών

Πολλά ζώα βρίσκουν επίσης τρόπους να αποθηκεύουν με ασφάλεια τις τοξίνες που καταναλώνουν και να τις χρησιμοποιούν για δικούς τους σκοπούς. Το ιριδίζον σκαθάρι dogbane, για παράδειγμα, παίρνει γλυκοσίδες από το φυτό ξενιστή και – πιθανότατα μέσω μεταφορέων ABCB – τις μεταφέρει στο πίσω μέρος του σώματός του για αυτοάμυνα. «Όταν ενοχλήσεις αυτά τα σκαθάρια, βλέπεις μικρές σταγόνες να εμφανίζονται πάνω στα έλυτρά τους», λέει η Ντόμπλερ.

Μέσω αυτής της μορφής αξιοποίησης δηλητηρίου, μερικά έντομα γίνονται εξαρτημένα από τα φυτά ξενιστές τους για επιβίωση. Η σχέση ανάμεσα στη μονάρχη και το milkweed είναι χαρακτηριστικό παράδειγμα – και επίσης παράδειγμα της μακράς επίδρασης που έχουν τέτοιες αλληλοεξαρτήσεις.

Σε μελέτη του 2021, ο εξελικτικός βιολόγος Νόα Γουάιτμαν εντόπισε τέσσερα ζώα που έχουν εξελίξει αντοχή στις γλυκοσίδες, επιτρέποντάς τους να τρέφονται με μονάρχες. Ένα από αυτά είναι ο κοκκινοκέφαλος grosbeak, ένα πουλί που τρέφεται με μονάρχες στα δάση με έλατα του Μεξικού, όπου οι πεταλούδες περνούν τον χειμώνα.

Σκέψου το, λέει ο Γουάιτμαν: μια τοξίνη που δημιουργήθηκε σε ένα φυτό milkweed σε μια πεδιάδα του Οντάριο έχει συμβάλει στη διαμόρφωση της βιολογίας ενός πουλιού που μπορεί να τραφεί με ασφάλεια σε ένα δάσος χιλιάδες μίλια μακριά. «Είναι πραγματικά εκπληκτικό», λέει, «το ταξίδι που κάνει αυτό το μικρό μόριο και η επιρροή που έχει στην εξέλιξη».

Πηγή: bbc

• δηλητήριο
• ζώα