Štúdia zistila, že ľudia majú biologický nástroj na získanie jedovatých slín

Mohli by ľudia niekedy vyvinúť jed? Je veľmi nepravdepodobné, že sa ľudia pridajú štrkáče a platypusy medzi jedovatými zvieratami, ale nový výskum odhaľuje, že ľudia majú súpravu nástrojov na výrobu jedu – v skutočnosti ho majú všetky plazy a cicavce.

Táto zbierka flexibilných génov, najmä spojených so slinnými žľazami u ľudí, vysvetľuje, ako sa jed vyvinul nezávisle od nejedovatých predkov v živočíšnej ríši viac ako 100-krát.

„V podstate máme všetky stavebné kamene na svojom mieste,“ povedala spoluautorka štúdie Agneesh Barua, doktorandka evolučnej genetiky na Okinawskom inštitúte vedy a techniky v Japonsku. 'Teraz je to na rade evolúcie aby nás tam vzal.“

Súvisiace: Prečo kambrické stvorenia vyzerajú tak zvláštne?

Orálny jed je bežný v celej živočíšnej ríši, vyskytuje sa u tak rôznorodých tvorov ako napr pavúkov , hady a outlone , jediný známy jedovatý druh primátov. Biológovia vedeli, že ústne jedové žľazy sú modifikované slinné žľazy, ale nový výskum odhaľuje molekulárnu mechaniku za zmenou.

'Bude to skutočný medzník v tejto oblasti,' povedal Bryan Fry, biochemik a odborník na jed z Queenslandskej univerzity v Austrálii, ktorý sa na výskume nezúčastnil. 'Urobili absolútne senzačný výkon niektorých mimoriadne zložitých štúdií.'

Flexibilná zbraň

Venom je dokonalým príkladom flexibility prírody. Mnohé z toxínov v jede sú bežné u veľmi odlišných zvierat; niektoré zložky stonožka jed sa napríklad nachádza aj v hadom jede, povedal Ronald Jenner, výskumník jedu z Prírodovedného múzea v Londýne, ktorý sa na výskume nezúčastnil.

Nová štúdia sa nezameriava na toxíny samotné, pretože tie sa rýchlo vyvíjajú a sú komplexnou zmesou zlúčenín, povedal Barua pre Live Science.

Namiesto toho Barua a spoluautor štúdie Alexander Mikheyev, evolučný biológ na Austrálskej národnej univerzite, ktorý sa zameriava na gény „upratovania“, teda gény, ktoré sú spojené s jedom, ale nie sú zodpovedné za vytváranie samotných toxínov. Tieto regulačné gény tvoria základ celého jedového systému.

Výskumníci začali s genómom taiwanského habu ( Trimeresurus mucrosquamatus ), hnedá zmija, ktorá je dobre študovaná, čiastočne preto, že je to invázny druh na Okinawe.

'Keďže poznáme funkciu všetkých génov, ktoré boli prítomné vo zvierati, mohli sme len vidieť, s akými génmi sú spojené gény jedu,' povedal Barua.

Tím našiel konšteláciu génov, ktoré sú bežné vo viacerých telesných tkanivách vo všetkých amniotoch. (Amnioty sú zvieratá, ktoré oplodňujú svoje vajíčka vnútorne alebo kladú vajíčka na súš; zahŕňajú plazy, vtáky a niektoré cicavce.)

Mnohé z týchto génov sa podieľajú na skladaní proteínov, povedal Barua, čo dáva zmysel, pretože jedovaté zvieratá musia produkovať veľké množstvo toxínov, ktoré sú vyrobené z proteínov.

'Takéto tkanivo sa musí skutočne uistiť, že proteín, ktorý produkuje, má vysokú kvalitu,' povedal.

Nie je prekvapením, že rovnaké druhy regulačných génov pre domácnosť sa nachádzajú v hojnom množstve v ľudskej slinnej žľaze, ktorá tiež produkuje dôležité dusené bielkoviny - nachádzajúce sa v slinách - vo veľkých množstvách. Tento genetický základ umožňuje široké spektrum nezávisle vyvinutých jedov v celej živočíšnej ríši.

Výskumníci študovali genóm taiwanského habu, jedovatej zmije hnedej. (Alexander Michejev)

Súvisiace: Ste geneticky viac podobný svojej mame alebo otcovi?

Od nejedovatých po jedovaté

Inými slovami, každý cicavec alebo plaz má genetický lešenie, na ktorom je vybudovaný systém ústneho jedu. A ľudia (spolu s myši ) tiež už produkujú kľúčový proteín používaný v mnohých jedových systémoch. Kalikreíny, čo sú proteíny, ktoré trávia iné proteíny, sa vylučujú v slinách; sú tiež kľúčovou súčasťou mnohých jedov.

Je to preto, že kalikreíny sú veľmi stabilné proteíny, povedal Fry, a pri mutácii jednoducho neprestanú fungovať. Je teda ľahké získať prospešné mutácie kalikreínov, ktoré spôsobujú, že jed je bolestivejší a smrteľnejší (jedným z účinkov kalikreínov je prudký pokles krvného tlaku).

'Nie je náhoda, že kalikreín je najširšie vylučovaný typ zložky v jedoch v celej živočíšnej ríši, pretože v akejkoľvek forme je to veľmi aktívny enzým a začne robiť nejaké neporiadne veci,' povedal Fry.

Kallikreíny sú teda prirodzeným východiskom pre teoreticky jedovatých ľudí.

Ak po dráme v roku 2020 Barua žartoval: „Ľudia musia byť jedovatí, aby prežili, mohli by sme potenciálne začať vidieť zvyšujúce sa dávky kalikreínov.“

Ale to nie je až také pravdepodobné – ak sa v každom prípade nezačnú rozpadať súčasné úspešné stratégie ľudí v získavaní potravy a výbere kamarátov. Venom sa najčastejšie vyvíja buď ako metóda obrany, alebo ako spôsob podmanenia si koristi, povedal Jenner pre Live Science. To, aký druh jedu sa vyvinie, do značnej miery závisí od toho, ako zviera žije.

Evolúcia môže v podstate prispôsobiť jed potrebám zvieraťa prostredníctvom prirodzeného výberu, povedal Fry.

Existujú napríklad púštne hady, ktoré majú odlišný jed napriek tomu, že ide o rovnaký druh, len kvôli tomu, kde žijú, povedal: Na púštnom poschodí, kde hady lovia väčšinou myši, pôsobí jed väčšinou na obehový systém , pretože pre hada nie je ťažké vystopovať umierajúcu myš na krátku vzdialenosť na rovnej zemi. V neďalekých skalnatých horách, kde hady väčšinou lovia jašterice , jed je silný neurotoxín, pretože ak korisť nie je okamžite znehybnená, môže ľahko vbehnúť do štrbiny a nadobro zmiznúť.

Niekoľko cicavcov má jed. Upírske netopiere, ktoré majú toxické sliny, ktoré zabraňujú tvorbe krvných zrazenín, využívajú svoju chemickú zbraň na efektívnejšie kŕmenie z rán. Jedovaté piskory a piskorovité solenodony (malé cicavce, ktoré sa zahrabávajú do nory) dokážu prekonať svoju hmotnostnú kategóriu tým, že pomocou svojho jedu pokoria väčšiu korisť, než by ju inak mohli zabiť.

Vrásky tiež niekedy používajú svoj jed na paralyzovanie koristi (zvyčajne hmyzu a iných bezstavovcov) na uskladnenie a neskoršie občerstvenie. Medzitým ptakopysky, ktoré nemajú jedovaté uhryznutie, ale majú jedovatú ostrohu na zadných nohách, väčšinou používajú svoj jed v bojoch s inými ptakopyskmi o kamarátov alebo územie, povedal Jenner.

Ľudia, samozrejme, vynašli nástroje, zbrane a sociálne štruktúry, ktoré väčšinu týchto úloh vykonávajú bez potreby jedovatých tesákov. A jed je tiež drahý, povedal Fry. Budovanie a skladanie všetkých týchto bielkovín vyžaduje energiu. Z tohto dôvodu sa jed ľahko stratí, keď sa nepoužíva.

Existujú druhy morských hadov, povedal Fry, ktoré majú pozostatkové jedové žľazy, ale už nie sú jedovaté, pretože prešli z kŕmenia rybami na kŕmenie rybími vajcami, ktoré nevyžadujú toxické uhryznutie.

Nový výskum nemusí vzbudzovať veľa nádejí na nové superschopnosti pre ľudí, ale pochopenie genetiky za kontrolou jedu by mohlo byť kľúčové pre medicínu, dodal Fry.

Ak kobry Ak by mozog začal vyjadrovať gény, ktoré exprimovali jeho jedové žľazy, had by okamžite zomrel na autotoxicitu. Naučiť sa, ako gény riadia expresiu v rôznych tkanivách, by mohlo byť užitočné pre pochopenie chorôb, ako napr rakovina , čo spôsobuje choroby a smrť z veľkej časti preto, že tkanivá začnú nekontrolovane rásť a vylučovať produkty na miestach v tele, kde by nemali.

„Význam tohto článku presahuje len túto oblasť štúdia, pretože poskytuje východiskovú platformu pre všetky tieto druhy zaujímavých otázok,“ povedal Fry.

Výskum bol zverejnený online v pondelok (29. marca) v časopise Zborník Národnej akadémie vied .

Súvisiace záhady:
Čo ak teplota určuje pohlavie dieťaťa?
Čo keby ľudia mali fotosyntetickú pokožku?
Čo keby všetci ľudia na Zemi mali albinizmus?

Tento článok pôvodne publikoval Živá veda . Čítať pôvodný článok tu .