Обыкновенные змеи-подвязки, наряду с четырьмя другими видами змей, развили способность есть чрезвычайно токсичные виды, такие как тритон с грубой кожей — земноводные, которые убили бы человека-хищника, — по крайней мере, за 100 миллионов лет эволюции. Джоэл МакГлотлин, доцент биологических наук в Научном колледже и филиал Института естественных наук Фралина.Природа этой эволюции была недавно установлена ??командой Макглотлина и будет опубликована 20 июня в журнале Current Biology.
Международная группа исследователей обнаружила, что способность противостоять токсину, который вырабатывает тритон, развивалась по образцу «строительных блоков», когда эволюционное изменение одного гена может привести к изменениям в другом.В этом случае со временем изменились аминокислоты в трех разных натриевых каналах, обнаруженных в нервах и мышцах, что позволяет избранным змеям противостоять онемению и параличу, обычно вызываемым токсином.
Устойчивые мышцы обеспечивают змеям лучшую защиту от токсина тритона, но есть одна загвоздка: устойчивые мышцы могут развиваться только у видов, у которых уже есть резистентные нервы. Команда Макглотлина обнаружила, что предки подвязочных змей приобрели устойчивые к токсинам нервы почти 40 миллионов лет назад.
«Змеи-подвязки и тритоны вовлечены в коэволюционную гонку вооружений, в которой по мере того, как тритоны становятся более токсичными, змеи становятся более устойчивыми», — сказал МакГлотлин, который также связан с Центром глобальных изменений в Технологическом институте Вирджинии. «Однако без поднятия ног, обеспечиваемого этими стойкими нервами, змеи не смогли бы выдержать достаточно токсина, чтобы запустить весь этот процесс».Эта гонка вооружений наиболее интенсивна в захолустных регионах Западного побережья, где сосуществуют грубокожие тритоны и подвязочные змеи.МакГлотлин и его команда секвенировали три гена натриевых каналов, обнаруженные у 82 видов (78 змей, 2 ящерицы, 1 птица и 1 черепаха), и нанесли на карту изменения, которые они обнаружили в эволюционных деревьях на сегодняшний день, когда у каждого появилась токсическая устойчивость. Они обнаружили, что со временем некоторые группы змей вырабатывали все большую и большую устойчивость к токсину.
Эти изменения всегда происходили в одном и том же порядке: резистентные нервы развивались раньше резистентных мышц.Следующий шаг — посмотреть, является ли эта закономерность общим явлением для других видов.
Некоторые виды птиц также могут съесть тритона и выжить. Макглотлин и его команда недавно получили грант от Национального научного фонда для проверки того, вырабатывают ли птицы такое же сопротивление, как и змеи.Эта работа актуальна не только для понимания того, что змеи едят на обед. «Мы думаем, что эволюционировавшая устойчивость подвязочной змеи к токсину тритона может быть использована в качестве модели для понимания сложных адаптаций, в которых задействовано более одного гена», — сказал МакГлотлин.«Это исследование дает представление о поэтапной эволюции экологически важного признака (устойчивость к токсинам жертвы) и показало, что адаптивное преимущество изменений отдельных компонентов признака зависело от предшествующих изменений в других компонентах», — сказал Джей Сторц, Сьюзен Дж.
Розовски, профессор биологии в Университете Небраски, которая не принимала участия в исследовании. «Это открытие имеет общее значение для понимания эволюции сложных черт».