Естественные яды: механизмы выживания в животном мире

От бабочек монархов до морских слизней – различные живые существа потребляют естественные химические вещества, чтобы отпугнуть хищников и продолжить размножение.

«Ты – то, что ты ешь», – гласит старая поговорка, и она справедлива для многих животных, которые регулярно поедают яд. Некоторым видам, питающимся токсичными продуктами, таким как растения и насекомые, ядовитая пища не только не причиняет вреда, но делает их ядовитыми для защиты от паразитов и хищников. Об этом в очередной раз напомнил Брайан Хандверк, научный корреспондент издания Смитсоновского института Smithsonian Magazine.

Ной Уайтман, профессор генетики, геномики, эволюции и развития, директор Музея энтомологии Эссиг в Калифорнийском университете в Беркли и автор книги «Самый вкусный яд» , говорит, что описанные адаптации благоприятствуют естественному отбору. Генетические мутации, которые помогают виду сопротивляться токсинам, со временем могут стать широко распространенными, также могут возникнуть другие, которые помогают животным накапливать яды и использовать их для собственной защиты. Вот несколько красноречивых примеров, представляющих виды, эффективно использующих инструменты адаптации к ядам.

Монархи и молочай

При всей своей красоте бабочки монархи токсичны. Они откладывают яйца на растениях молочая, где гусеницы пожирают листья, содержащие ядовитые соединения сердечных гликозидов. Монархи хранят эти токсины в своих телах, чтобы отпугивать хищников, а привлекательный черно-оранжевый цвет насекомых сигнализирует об этой токсичности.

Монархи научились переваривать токсичное растение всего за несколько ключевых генетических мутаций, которые недавно открыли ученые. К несчастью для бабочек, некоторые из хищников, в том числе черноголовые гробоклювы и восточные мыши-олени, также развили мутации, позволяющие им пожирать насекомых и переносить токсины.

«Похоже, что в этой ситуации может возникнуть эволюционная гонка вооружений вверх по пищевой цепочке», – говорит Саймон Корнелис Гроен, эволюционный биолог из Калифорнийского университета в Риверсайде.

Предки монарха развили способность противостоять токсинам молочая, позже под давлением хищников и паразитов они получили способность накапливать эти токсины для защиты. В свою очередь несколько видов хищников и паразитов развили механизмы, которые преодолевают токсичность бабочек. Устойчивые к ядам птицы теперь могут использовать характерную черно-оранжевую предупреждающую окраску, чтобы найти монархов и съесть их.

Лягушки и насекомые

Ядовитые лягушки известны своей яркой окраской и ее предупреждающим смыслом: «Съесть меня – плохая идея!» Для хищников они будут неприятны на вкус или – еще хуже – могут нанести вред.

В тропических лесах Центральной и Южной Америки лягушки поедают определенную пищу, чтобы укрепить свою ядовитую защиту. В их рацион входят насекомые, в том числе муравьи, жуки, термиты и другие виды, содержащие токсины, которые затем накапливаются в коже лягушек. У некоторых видов яд в двести раз сильнее морфия, он содержится в кожных железах и выделяется, когда лягушке угрожает опасность. Попробовав такое животное, хищник может заболеть или даже умереть.

В неволе, когда у ядовитых лягушек другая диета, включающая нетоксичные продукты, они становятся менее токсичными или вообще не ядовитыми.

Иглобрюх и бактерии

Рыба фугу известна как японский деликатес, который при неправильном приготовлении может оказаться стремительно фатальным. Ее яд тетродотоксин атакует нервные клетки, вызывая паралич, а иногда и смерть от удушья или сердечной недостаточности. Этот мощный токсин вырабатывается не самой рыбой, а бактериями, живущими в ее кишечнике. Вероятно, рыба получает их из водорослей и беспозвоночных. Генетическая мутация защищает ее нервные клетки от воздействия яда, а тем временем он накапливается в коже и печени, чтобы парализовать или убить хищника.

Этот тип защиты, возможно, не единственная причина, по которой рыбы содержат микробы, производящие яд. Некоторые исследования показывают, что тетродотоксин также может служить средством для снятия стресса, снижая уровень гормона кортизола и делая рыбу менее агрессивной, что способствует ее росту и выживанию.

Птицы и жуки

Певчие птицы, обитающие в нетронутых тропических лесах Новой Гвинеи, в том числе регент-свистун и рыжезатылочный свистун, содержат в своих перьях мощные нейротоксины, подобные тем, которые встречаются у ядовитых лягушек-древолазов. Батрахотоксин в 250 раз токсичнее стрихнина и может вызвать мышечные спазмы, судороги и даже смерть от остановки сердца. Однако низкая доза в птичьих перьях вызывает у людей покалывание рук и слезотечение, но не летальные реакции.

Этот тип токсичности встречается редко, хотя и не является неизвестным среди птиц. Касун Харшана Бодаватта, изучающий молекулярную экологию и эволюцию в Копенгагенском университете, был членом команды, обнаружившей этих токсичных птиц. Бодаватта говорит, что источник токсинов в перьях еще не ясен, но это может быть целое семейство ядовитых веществ.

«Учитывая, что не все особи токсичных видов птиц являются переносчиками батрахотоксина, мы полагаем, что токсин попадает в организм птицы с пищей», – говорит ученый.

Бодаватта отмечает, что потенциально птицы получают пользу от батрахотоксина, поскольку он может снижать паразитарное давление со стороны клещей и вшей или отпугивать комаров и мошек. И хотя у птиц его нет на летальном уровне, токсин все равно отпугивает одного высшего хищника.

«Во время полевых исследований мы выяснили, что жители Новой Гвинеи не любят есть этих птиц. Они думают, что у них немного «острый» вкус», – пояснил Касун Харшана Бодаватта.

Морские слизни и анемоны

Голожаберные – это семейство фотогеничных морских слизней, известных тем, что проявляются в разнообразных психоделических цветах и ​​формах. У многих из этих причудливых животных столь же необычная диета – морские анемоны. Эти красочные беспозвоночные цепляются за камни или кораллы и напоминают подводные цветы. Однако они способны устраивать засаду на проплывающей мимо планктон или рыбу, хватая их своими щупальцами, вооруженными нематоцистами.

Нематоцисты – это стрекательные клетки, похожие на крошечное токсичное копье с зазубринами. Они активируются, когда хищник касается анемона, однако голожаберники приспособлены противостоять таким атакам. Их рты и глотки имеют прочное покрытие, которое позволяет им проглатывать щупальца, зазубрины и все остальное без каких-либо побочных эффектов. Затем они обращают это оружие в свою пользу.

Вместо того, чтобы переваривать нематоцисты, голожаберники поглощают наполненные токсинами стрекательные клетки, чтобы сделать их частью своего защитного комплекса. Клетки переносятся по телу к придаткам морского слизня, где они хранятся в мешочках до тех пор, пока не будут выпущены в качестве защиты, если слизень подвергнется нападению.

Белла и кроталярия

В личиночном состоянии самцы бабочки беллы пожирают токсичные листья растения кроталярия, приобретая химические вещества, которые остаются с ними во взрослом состоянии и делают их неприятными для пищи пауков. Но самки растением не питаются. Вместо этого они получают защиту весьма неожиданным образом. Сперма каждого самца насыщена токсичными химическими веществами растения, называемыми пирролизидиновыми алкалоидами, которые после спаривания распространяются по всему телу самки, защищая и ее, и яйца от хищников. Самки сохраняют эту защиту на всю жизнь, которая длится около месяца.

Пауки находят защищенных от токсинов мотыльков крайне неприятными, настолько, что высвобождают их из своей паутины. Те, у кого нет защитных ядов, например, не спаривавшиеся самки, охотно поедаются.

Эта ядовитая порция спермы настолько ценна, что самки фактически определяют подходящего партнера, основываясь на его сигналах. Самки могут чувствовать химические производные токсинов, выделяемые в воздух при ухаживании, что свидетельствует о том, сколько защитного яда имеется у женихов. Чем более ядовитую ауру источает самец, тем более подходящим он кажется. Знакомо.