Pyktis paukštis • Sergejus Glagolev • Mokslinės-populiarios užduotys "Elementai" • Biologija

Piktas paukštis

Užduotis

Jaunasis mokslininkas, tyrinėjantis Naujojo Gvinėjos rojų paukščius, išspaustas iš tinklų "už" paukščio. Gavęs įbrėžimus iš savo snapo ir nagų, jis pradėjo pirštą čiulpti. Staiga jis jautė deginimo pojūtį, ir netrukus jo lūpos ir liežuvis nutirpdavo. Pakartodamas eksperimentą, jis įsitikino, kad lūpų ir liežuvio tirpimą sukelia sąlytis su paukščio plunksnomis.

Su sunkumais jis sugebėjo įtikinti vieną iš jo kolegų biochemistų analizuoti plunksnų cheminę sudėtį. Paaiškėjo, kad plunksnose yra nuodų, identiškus medžio varlių nuodams iš Pietų Amerikos. Šis nuodai nebuvo rasta kituose gyvūnuose.

1. As (išskyrus atsitiktinę konvergenciją) gali paaiškinti vienodos nuodų buvimą tokiuose tolimuose giminiuose kaip varlės ir paukščiai?

2. Kokios naudos?, be apsaugos nuo plėšrūnų, ar jis gali sukelti paukščių nuodingumą?


Užuomina

Be paukščių ir varlių, nuodų kiekis skirtingų populiacijų ar net vienos populiacijos individuose gali labai skirtis.


Sprendimas

Apytiksliai istorijoje aprašyta būklė tikrai įvyko (žr. "Discovery": pirmą moksliškai patvirtintą nuodų paukštį). Jaunasis moksleivis buvo Jackas Dumacheris, o "pikto paukščio" vaidmenį vaidino dviejose spalvotose dygliuotojo skrybėlių šautuvas, Pitohui dichrous (Fig.1).

Pav. 1. Bicolor Jitter. Nuotraukos iš en.wikipedia.org

Paukščių plunksnoje aptinkama nuodai pasirodė esanti viena iš batrachotoksinų veislių (2 pav.) – alkaloidas, anksčiau izoliuotas iš lapinių varlių (Phyllobates) odos, dendrobatų šeimos narių.

Pav. 2. Ir – Batratotoksinas; B – homobatrachotoksinas iš odos lapelių varlių ir plunksnų į miltelius

Šis gana neįprastas alkaloidas reiškia steroidus. Jis jungiasi su potencialiais priklausančiais nervų ir raumenų ląstelių natrio kanalais ir turi įvairią įtaką jiems. Toksinas sumažina jų slenkstinį potencialą (kad jie atvertų net poilsio potencialą – galbūt su tuo susijęs pradinis degimo pojūtis). Kanalų laidumas ir selektyvumas taip pat sumažėja. Tačiau svarbiausias dalykas yra tai, kad kai nuodijami, kanalai negrįžtamai atsiveria, prarandant galimybę eiti į uždarą ar inaktyvuotą būseną. Kaip rezultatas, nervų ląstelių aksonai greitai praranda gebėjimą generuoti ir vykdyti nervinius impulsus (čia jau jaučiamas lūpų ir liežuvio tirpimas). Turint didesnę nuodų dozę, išsivysto viso skeleto raumenų paralyžius, skilvelių virpėjimas ir kitos mirtinos pasekmės.

Kaip galėjo atrodyti identiški alkaloidai varliagyviuose ir paukščiuose?

Tiesą sakant, nėra nieko neįtikėtina dėl nepriklausomo panašių ar netgi vienodų kompleksinių nuodų molekulių įsigijimo per molekulinę konvergenciją (žr., Pvz., K. Roelantsas ir kt., 2010 m. Identiški odos toksinai pagal konvergenciją arba Marc Dauplais ir kt. , 1997. Dėl konvekcinės evoliucijos gyvūnų toksinų). Tačiau problemos teiginyje siūloma neatsižvelgti į šią galimybę.

Kitas galimas paaiškinimas yra horizontalus genų perkėlimas, HGP (nuo varlių iki paukščių arba, pavyzdžiui, nuo tam tikrų bakterijų rūšių iki abiejų). Nors HGP dažniau pasitaiko tarp prokariotų, tai nėra neįprasta ir eukariotams. Akivaizdu, kad būtent HGP (iš cyanobacteria ir kitų tipų bakterijų), kad dinoflagelatai įsigijo savo saksitoksiną (žr. R. Orr ir kt., 2013. Biosintezės evoliucija ir pasiskirstymas dinoflagelituose). Šis toksiškumas yra šiek tiek panašus į batrachotoksino veikimo mechanizmą (saksitoksinas blokuoja potencialiai priklausomus natrio kanalus). Ir tai yra nepaisant to, kad saksitoksino sintezei reikia apie dešimt skirtingų genų!

Tačiau akivaizdu, kad nėra jokių "genų batrachotoksino sintezei" paukščių ir varlių atveju, nes pats savaime nėra sintezės. Nuodai jie gauna iš išorės, išskyrus tą, kuris šiek tiek modina jį, o ne sintezuoja save.

Šis sprendimas suteikia mums užuominą. Tiek tarp paukščių, tiek daugelio dendrobatų rūšių toksiškumas labai skiriasi (nors jis akivaizdžiai naudingas apsaugai nuo plėšrūnų).Medžių varlių gerbėjai žino, kad ilgai laikant nelaisvę jie dalinai praranda savo nuodingumą. Ir jei varlė iškrenta iš kiaušinio ir užaugo terariume, tai nėra nuodinga. Nepriklausomybėje trūksta tam tikro pobūdžio "veiksnio", kuris yra būtinas nuodų buvimui.

Iš esmės didelis nuodų kiekis ant paukščių plunksnų ir ant varlių odos gali parodyti, kad nuodai į išorinę aplinką patenka tiesiai ant odos. Pavyzdžiui, jis gali sintetinti simbiozines bakterijas (galima daryti prielaidą, kad nelaisvėje jie nepatenka į varlės odą arba negali pasireikšti dėl "netinkamų" sąlygų). Arba gyvūnas gali būti užterštas nuodais iš kokio nors išorinio šaltinio. Šis elgesys yra plačiai paplitęs tarp paukščių: labiausiai žinomas jo variantas yra skruzdėlės arba enting. Paukštis rubs plunksnas su skruzdėlių ar "vonios" ant piliakalnis. Kartais vietoj skruzdžių paukščiai naudoja nuodingus vikšrus ar šimtus.

Tačiau varlėse šis elgesys, atrodo, nėra aprašytas. Be to, batratotoksinas yra ne tik paukščių plunksnose ir varlių odoje. Jis yra (nors daug mažesnėje koncentracijoje) ir daugumoje vidaus organų.Be varlių, ši gana lipofilinė nuodai gali lengvai įsiskverbti į odą; paukščiams šis kelias yra daug mažiau tikėtinas. Nors iš dalies batrachotoksinas netgi gali prasiskverbti per sveika žmogaus odą, nežinoma, kokiu greičiu.

Taigi, labiausiai tikėtinas būdas gauti nuodų yra maistas. Kadangi lapų varlės maitinasi beveik tik nariuotakojų, jie turi būti nuodų šaltinis. Ilgą laiką nebuvo žinoma, kokių maisto produktų sudėtyje yra batrachotoksino. Tik tada, kai Dumbakheras perėmė, atsirado tikėtina hipotezė. Jis sugebėjo išmokti iš vietinių gyventojų, kad tas pats žodis vartojamas nuodingiems paukščiams ir vienos rūšies vabalas, kuris yra susijęs su deginimu ir nejautra sąlyčiu. Ir "žmonių mokslas" nepasitenkino – vabalas Choresino pulchra (3 pav.), Kaip paaiškėjo, iš tikrųjų yra batrachotoksinas ir iš tikrųjų yra pito dietos dalis.

Pav. 3 Vabalas Choresine pulchra – Galimas šalutinių paukščių batrachotoksino šaltinis. Nuotrauka iš straipsnio J. Dumbacher ir kt., 2004. Meliodžių vabalas (Choresinas): Tariamas šaltinis batrachotoksino alkaloidų, rastų nuodų šikšnosparnių varnose ir toksiškų paukščių paukščių

Melyridae šeima, kuriai priklauso šie vabalai, yra plačiai paplitusi naujame pasaulyje; todėl visiškai įmanoma, kad kai kurios šių vabalų rūšys atsiranda pagrindinis nuodų lapinis varlė.

Be apsaugos nuo plėšrūnų, dangų nuodai gali būti apsaugoti nuo parazitų. Matyt, tai yra pagrindinis pykčio vaidmuo. Batrachotoksinas taip pat gali būti nuodingas utėms, dusuliui ar kitiems nariuotakojams. Teoriškai iš inkubacijos laikotarpio taip pat gali patekti suaugusio paukščio oda ir plunksnakočiai į kiaušinius ir lizdą, o vėliau – į viščiukų kūną. Tad parazitų ir plėšrūnų palikuonių apsauga yra kita galima nuodų funkcija.

Norėdami naudoti šį nuodų, varlės ir paukščiai turėjo pasipriešinti. Jų jonų kanalai įgijo tam tikrų savybių, kurios užkerta kelią nuodų rišimui. Tai gali suteikti paukščiams papildomą pranašumą – gebėjimą išplėsti maisto objektų asortimentą dėl to, kad nuo nuodų vabzdžių, kuriuos konkurentams nepasiekia.

Taip pat galima daryti prielaidą, kad paukštis sugeba kažkaip aktyviau vartoti plunksnų toksiškumą. Batratotoksinas pats savaime nėra kintamas. Tačiau žinoma, kad, kai vanduo liečiasi su pito, akys pradeda vandenį, iš nosies teka ir sukelia gerklės skausmą. Akivaizdu, kad tai yra dėl mažų dalelių į nosį ir plunksnų į gleivinę. Galbūt paukštis gali naudoti toksiną, kad imobilizuotų mažas aukas (pavyzdžiui, per tą patį "maudynę" piliakalniuose).


Po žodžio

Žinoma, Dumbachero atidarymas buvo jausmas ir leido paskelbti straipsnį Mokslas. Bet ne todėl, kad niekas nerado nuodų paukščių. Iki to laiko keletas paukščių gausumo pavyzdžių buvo plačiai žinomi. Nuo senovėje buvo žinoma, kad gali apsinuodyti mėsa … paprastųjų putpelių (žr. Coturnis). Tačiau tik per migracijos laikotarpį. Šiuo metu paukščiai, matyt, maitina keletą neįprastų augalų (jų sėklos?) Ir kaupiasi nuodai. Keista, vis dar nežinoma, kas yra šis augalas ir kas yra nuodingas pradžia. Gurkšniai žąsys gali valgyti vabalas ir kaupti kantaridiną tokiais kiekiais, kad jų mėsa tampa nuodinga. Ir tokie atvejai, matyt, daug. Dar 19 a. Dešimtmetyje Didžiosios Britanijos ornitologas H. Cottas pastebėjo, kad šunys mėgsta valgyti vėžlių mėsą, bet neliesti šalia jų esančios žąsų mėsos (žr. P. Weldon, 2000). Dėl to jis priėmė plačią (nors ir gana nepakankamai) paukščių maistingumo skirtingoms gyvūnų rūšims studiją ir padarė išvadą, kad blogos skerdienės paukščių mėsos savybės yra ryškios spalvos.

Dumbachero tyrimai apskritai patvirtino šią išvadą. Batrachotoksinas (nors ir labai skirtingais kiekiais) buvo rastas penkiose pitohocho ir mėlynakių efrita kovaldių rūšyse (žr. Mėlyną uždarą ifritą). Visos šios rūšys turi kontrastingą, aiškiai pažymėtą spalvą.Balandžiai dažniausiai yra įspėjamieji, apeamos. Tęsdami šių paukščių tyrimą, Dumbakheras pasiūlė, kad jiems būdinga Mullerio mimikija (4 pav.).

Pav. 4 Kai kurių morkų piktžolių porūšių pasiskirstymas ir fenotipai, P. kirhocephalus. Vaizdas iš J. Dumacherio ir R. Fleischerio, 2001 m. Filogenetiniai įrodymai dėl spalvų modelio konvergencijos toksiškuose pitohuis: Müllerian mimicry paukščių?

Lakusis pilvapučiai skraidintuvas jau seniai nukentėjo ornitologus, turinčius didžiulį fenotipiškumo kintamumą ir "keistą" porūšių pasiskirstymą. DNR analizė parodė, kad tai greičiausiai viena rūšis. Be to, kai kurių porūšių savarankiškai sukurta oranžinė-juoda spalva. Paaiškėjo, kad tai yra būtent tie porūšiai, kurių buveinė yra pertraukta su kitos oranžinės ir juodosios toksiškos rūšies – bicolor želė – buveine.

Kalbant apie "pitoh" – aš netyčia pradėjau šį pavadinimą paimti kabučių. Paaiškėjo, kad šie paukščiai, anksčiau priskirti tiems patiems genetams, iš tikrųjų priklauso skirtingai genčiai ir netgi skirtingoms šeimoms (5 pav.).

Pav. 5 Filogenetinis medis, kuris rodo anksčiau priskirtą geną (pvz., Maždaug tam tikro kiekio batrachotoksino) Pitohui. Iš straipsnio K.Jønsson ir kt., 2008. Toksiškų Pitohui paukščių polifilietinė kilmė

Atsižvelgiant į tai kilo klausimas – kiek kartų šioje paukščių grupėje atsiranda nuodingumas? Dumbakheras ir jo bendraautoriai teigia, kad beveik 700 paukščių rūšių yra įprastinė bazinė linija "toksiškumo linkme" (gebėjimas kaupti toksinius bestuburinius toksinus, kaupti jas aliejinės liaukos sekretuose ir plisti ant plunksnų). Jei taip yra, sudaryti straipsnio autorius, tada nuodingumas gali būti paskirstytas šiai grupei daug plačiau nei mes manome.

Beje, hipotezė apie aliejų liaukos įtraukimą vėliau nebuvo patvirtinta. Pasirodo, kad batrachotoksinas aktyviai kaupiasi specialiuose organeliuose – daugiakampiuose kūnuose – paukščių odoje ir iš ten į plunksą patenka lipidų lašelių dalis epidermio ląstelėse (žr. G. Menon ir J. Dumbacher, 2014 m.). Tai atogrąžų paukščių perimetro barjerą formuojantys organeliai.

Dabar Dumbachero laboratorija aktyviai ištirti nuodų kaupimosi mechanizmą odoje, taip pat maisto medžiagų genomo sekvenavimą, siekiant ištirti natrio kanalų charakteristikas – atsparumo bazratokotoksinui pagrindą.

Atgal į nuodų šaltinius. Pavyzdžiui, varles ir paukščius jį gauna vabalas. Ir klaidos – ar jie patys sintezuoja? Tai nėra tiksliai žinoma.Beveik tikrai žinoma, kad šaltiniai – fitosteroliai – vabalai yra gaunami iš augalų, į kuriuos jie maitinami. Kaip ir kur pats sintezuojamas pats batrachotoksinas, vis dar yra mokslui paslaptis. Manoma, kad sintezėje gali dalyvauti simbiozinės bakterijos. Ir ši prielaida toli gražu nėra nepagrįsta, jei prisimename kitų gyvūnų nuodų istorijas. Žinoma, kai kurie gyvūnai gali sintetinti gerus toksinus – pavyzdžiui, kobra arba taipan. Tačiau dažniausiai paaiškėjo, kad labiausiai stiprus ne baltymingų gyvūnų (ir beveik čempiono batratotoksinų) nuodai sukūrė kiti inžinieriai – bakterijos.

Jau paminėtas saksitoksinas vadinamas "garbei" dvigeldžių moliuskų. Saxidomus. Suvalgęs šį apvalkalą, žmogus gali smarkiai (kartais mirtinai) apsinuodyti saksitoksinu. Tada pasirodė, kad nuodai kaupiasi moliuskų audiniuose raudonųjų potvynių metu – toksiškų dinoflagelatų protrūkių. Ir kaip mes dabar žinome, dinoflagelatai patys jo neatsivaizdavo – genai, kuriuos jiems reikia nuodai sintetinti, buvo "pavogti" iš bakterijų.

Panaši nuotrauka yra su tetrodotoksinu (TTH), vienu iš labiausiai žinomų nuodų – "prekybiniu ženklu", išgaubto žuvies.Iš pradžių buvo manoma, kad tai buvo tik tuščia žuvis. Tada ji buvo izoliuota nuo vakarų amerikietiškų jauniklių ikrų ir odos. Ir tada jis nuvažiavo: TTX buvo rastas ir kitose žuvyse: krūtinėse, aštuonkojai, jūros žvaigždės, pilvukai, krabai, nemertinai, šeriai ir planarai … Pasirodo, kad TTX gamina įvairių tipų bakterijas. Ir visi gyvūnai gauna tai iš maisto arba iš simbiozinių bakterijų ir parazitų. Tik vienas Vakarų Amerikos Tritonas buvo paliktas nuostabioje izoliacijoje – galbūt jis vis tiek išmoko savarankiškai sintetinti TTC. Ir dar viena gyvūnų grupė – gyvatės rūšis Thannofisas – jie gauna TTX iš tritonų … Beje, teisingai sakoma, kad daugelis bakterijų nesukuria savų nuodų – jiems padeda virusai (žr. … pvz.: unikalus trigubo simbiozės atvejis: virusas padeda apsaugoti lapus nuo priešų, "Elements", 29.08. 2009). Čia atrodo, kad niekas nelaiko virusų.

Nustebinančiame, kad daugybė darbų, skirtų TTX, yra daugybė TTX sintezės įvairiose bakterijose, nei genų, atsakingų už sintezės etapus. Tai nėra labai aišku, kodėl bakterijoms, ypač tiems, kurie gyvena dugno nuosėdose, reikia šio toksino … Kaip visada, atsakymas į daugelį klausimų yra nežinomas: visur yra tik galvosūkiai!


Like this post? Please share to your friends:
Parašykite komentarą

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: