idelson

Как понять, что эволюция каких-то живых существ изобрела что-то особенно удачное? Иногда можно сделать такие выводы, если посмотреть на количество видов в группе, пользующейся изобретением, и ее ближайших родственников, у которых такого приспособления нет. Например, наземная часть отряда парнокопытных (теперь к парнокопытным относят еще и китообразных, которые от них происходят) составляет 239 ныне живущих видов. Из них жвачные составляют 207, т.е. 87%. Из такого сравнения можно сделать вывод, что то, что отличает жвачных от всех остальных - четырехкамерный желудок, особенно качественно приспособленный для переваривания целлюлозы - успешное изобретение.

К аналогичным выводам можно прийти, если посмотреть на моллюсков семейства Conidae. Это хищные моллюски. Семейство состоит из нескольких родов, каждый по десятку видов. Но один род - Conus - содержит >900 видов. Понятно, что речь идет об удачном изобретении.

В чем оно состоит, гадать не приходится. Моллюски рода Conus ядовиты. Некоторые из них питаются червяками, некоторые - маленькими рыбками, а некоторые - довольно большими, размером с самого моллюска.

У обычной улитки есть такой зубастый язык - научно он называется радула. Она скребет им поверхность листа.

Но у многих конусов один из зубов видоизменен в длинный хобот. На конце этого хобота - жесткая заостренная структура, похожая на гарпун. Она полая, и в ней содержится 10 микролитров яда. Если близко к моллюску подплывает рыба, он высовывает свой хобот, нащупывает им рыбу и впрыскивает яд. Яд должен подействовать и обездвижить рыбу настолько быстро, чтобы она не успела уплыть: сам моллюск сидит на месте или медленно ползает по дну.

Моллюск сидит в раковине, поэтому проглотить рыбу размером с себя он не может. Поэтому, после того, как рыба парализована, он высовывает из себя большой выдвижной желудок и надевает его на жертву . И так, вне своего тела, погруженного в раковину, он ее переваривает. Некоторые виды не выпускают гарпун, а только выдвигают выдвижной желудок, окутывают им жертву и выпускают яд в воду. Яд тогда всасывается через жабры или через рот рыбы.

В верхнем ряду картинки изображена охотничья тактика конуса с гарпуном, в нижнем - без гарпуна.

Guo, Q., et al. (2024). Diversity and evolutionary analysis of venom insulin derived from cone snails. Toxins, 16: 34.

На верхней картинке моллюск рода Conus дотягивается хоботом до рыбки. На нижней он надевает выдвижной желудок на уже парализованную жертву.

Из Olivera, B. M., et al. (2015). Prey-capture strategies of fish-hunting cone snails: behavior, neurobiology and evolution. Brain Behavior and Evolution, 86: 58-74.

Другой моллюск рода конус сидит зарытый в песок, только полосатый хобот выставлен наружу. Когда удается нащупать хоботом проплывающую жертву и парализовать ее, он выкапыется из песка и надевает на жертву свой выдвижной желудок.

Из Olivera, B. M., et al. (2015). Prey-capture strategies of fish-hunting cone snails: behavior, neurobiology and evolution. Brain Behavior and Evolution, 86: 58-74.

Conus geographicus

https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Conus-geographicus.jpg

Яд многих видов рода Conus опасен для человека. Один из видов, Conus geographicus, иногда называют cigarette snail. Это черный юмор. Имеется в виду, что если он тебя ужалит, как раз успеешь выкурить сигарету. В действительности смертельные случаи, связанные с конусом, крайне редки : за 30 лет описано во всем мире около 30 смертельных случаев. Часто это туристы-ныряльщики, соблазнившиеся красивыми яркими раковинами.

Сделать универсальный яд без противоядия, способный мгновенно парализовать самую разнообразную добычу – непростая биохимическая задача. Решение задачи совершенно сногсшибательное. Яд каждого вида конусов содержит несколько сот небольших белков размером от состоящих чаще всего из примерно 30 аминокислот.

Структура ω-конотоксина MVIIA, одного из сотен компонентов яда одного из сотен видов моллюсков рода Conus. Этот конотоксин замечателен тем, что он - единственный из всех - используется в качестве лекарства - очень сильного обезболивающего, который вводят в спинной мозг. Он блокирует один из кальциевых каналов Cav2.2, и тем самым препятствует передаче сигнала из одной нервной клетки в другую.

https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Ziconotide_1DW5.png

Молекула конотоксина содержит несколько дисульфидных связей (между двумя атомами серы), они делают структуру конотоксина гораздо более прочной. Но, если сравнить между собой конотоксины из разных видов, мы видим, что, исключая дисульфидные связи, все остальные аминокислоты очень разнообразны.

Мутации в участках гена, кодирующих петли между дисульфидными связями, происходят намного чаще, чем в обычных генах, и даже чем в частях гена конотоксина, не кодирующих зрелый белок. Какой-то механизм заставляет конус делать там ускоренный перебор вариантов, после чего селекцией закрепляются те варианты, способствующие охотничьей тактике.

Нечто похожее, хотя и с другим механизмом, происходит у нас при "созревании антител". B-лимфоциты - клетки нашего организма, которые умеют производить антитела против чужеродных молекул. По мере усиления иммунного ответа умеют вызывать мутации в участках ДНК, кодирующих участки антител, отвечающих за связывание чужеродной молекулы. Если в результате мутаций получаются антитела, которые связывают чужеродную молекулу более прочно - такие лимфоциты получают сигнал, что им надо размножаться. В результате с течением времени получается популяция B-лимфоцитов, которая производет более качественные антитела.

Разнообразие конотоксинов не ограничивается разнообразием состава. Конотоксины очень часто содержат необычные аминокислоты. Генетический код умеет кодировать только 20 "обычных" аминокислот, поэтому, если надо, чтобы в белке оказалась какая-то другая аминокислота - для этого нужны специальные ферменты, которые узнавали бы уже готовый белок и изменяли бы в нем нужную аминокислоту. Такое тоже встречается и в обычной жизни, но в конотоксинах таких изменений больше, и они разнообразнее, чем где бы то ни было.

Недавно обнаружили, что, помимо нейротоксинов, яд конусов содержит и другие вещества, также способствующие быстрому действию яда. Одно из таких веществ - инсулин. Инсулин - это гормон, который отвечает за количество глюкозы в крови. Есть болезнь - диабет I типа - при которой инсулин не вырабатывается, и у человека слишком много сахара в крови. Такие люди должны постоянно вводить себе в кровь инсулин. Но если ввести человеку слишком много инсулина - у него совсем исчезнет сахар из крови, и он может потерять сознание. Что-то похожее происходит у рыб. И оказывается, в яде многих конусов содержится белок, похожий на инсулин. Если этот инсулин попадает в рыбу - она теряет сознание.

Весь род конусов - удивительный природный эксперимент по работе микроэволюции.