Aby chřestýši drželi krok s vyvíjející se kořistí, používají geneticky rozmanitý jed nástrojů – ScienceDaily

Aby chřestýši drželi krok s vyvíjející se kořistí, používají geneticky rozmanitý jed nástrojů - ScienceDaily

V evolučních závodech ve zbrojení mezi chřestýši a jejich kořistí si hlodavci, ptáci a další plazi vyvinou odolnost vůči smrtelnému jedu hadů, aby přežili. Ale nový výzkum vedený University of Colorado Boulder a University of Texas v Arlingtonu vrhá světlo na to, jak se hadům daří udržet si navrch: Udržují širokou a rozmanitou sadu genů, které kódují hadí jed, což jim umožňuje přizpůsobit se jako místní kořist a podmínky se mění.

Zjištění, která byla dnes zveřejněna v Ekologie a evoluce přírody, Pomozte vysvětlit, jak chřestýši drželi krok s druhy kořisti, které se vyvíjely odolnost vůči jejich jedům v průběhu milionů let. Tento výzkum převrací desetiletí přemýšlení o tom, jaké faktory utvářejí evoluci genů jedu a variace jedu, a vrhá nové světlo na to, proč je vývoj účinné léčby hadím uštknutím tak náročný.

“Zjistili jsme, že tito chřestýši mají rozmanitější repertoár jedu, více genetických nástrojů v sadě nástrojů, než by jejich samotné složení jedu mohlo naznačovat,” řekl Drew Schield, hlavní autor článku a postdoktorand v oboru ekologie a evoluční biologie na CU Boulder.

Hadí jed, evoluční adaptace, se skládá z různých enzymů a toxinů, které hadům umožňují ulovit jejich kořist. Po celá desetiletí si biologové mysleli, že společný evoluce mezi predátorem a kořistí povede k tomu, že se hadí jed stane vysoce specializovaným: jed vyvíjející se k účinnému zabíjení konkrétní kořisti a nevyužitá genetická rozmanitost genů jedu mizí po cestě. Tento proces, známý v evoluční biologii jako „směrová selekce“, je jako broušení nože – zatímco zbraň se stává smrtelnější, ztrácí při tom kus sebe.

Nová studie navrhuje, že namísto toho je mechanismem ve hře „vyvažovací selekce“, evoluční proces, kde se více verzí genu – v tomto případě genů, které kódují jedové proteiny – udržuje místo toho, aby je eliminovalo. To by mohl být klíč k tomu, jak se hadi brání dostat se do evolučních slepých uliček.

“Existence těchto mechanismů odporu u kořisti nás vedla k úvaze: Pokud je na hady zpětně vyvíjen selekční tlak, pak by evolučně mohlo mít smysl mít rozšířenější arzenál jedu,” řekl Schield.

Vzhledem k tomu, že chřestýši se živí různými zvířaty, včetně myší, hrabošů, ptáků a ještěrek, může selekce v průběhu času nejen udržovat, ale proaktivně vybírat pro větší diverzitu genů jedu, což žádný výzkum dosud neprokázal.

“Naše zjištění pomáhají vysvětlit desetiletí zdánlivě protichůdných teorií a důkazů o tom, co pohání extrémní variace pozorované u hadích jedů. Ukazuje se, že závody ve zbrojení mezi hady a kořistí nakonec upřednostňují neustálé promíchávání variant jedu, které jsou upřednostňovány.” což vede k zadržování mnoha variant jedu v průběhu času, z nichž některé jsou prastaré,“ řekl Todd Castoe, spoluautor studie a profesor biologie na Texaské univerzitě v Arlingtonu.

Přehledy na úrovni populace

Během své práce postgraduálního studenta a postdoktorského výzkumníka na Texaské univerzitě v Arlingtonu v roce 2019 Schield a jeho kolegové přišli na to, kde geny jedu sídlí v genomu chřestýše, který byl do té doby většinou záhadou. Nyní zná genetickou architekturu jedu jako vlastnost (publikováno v Výzkum genomu), uvědomil si, že vědci mohou zkoumat, jaké evoluční mechanismy působí na geny jedu.

Hadí jed je populární studijní předmět, slibný model pro pochopení původu genové novinky. Předchozí studie v této oblasti však nezkoumaly, jak selekce utvářela tento rys v úzce příbuzných populacích, takže se výzkumníci zaměřili na vybrané populace chřestýšů v Coloradu, Montaně, Kalifornii a Idahu.

Poté, co prozkoumal místa, kde tito hadi žijí, Schield a jeho spoluautoři během několika let koncem jara a začátkem léta od roku 2017 do roku 2020 cestovali na řadu míst, kde shromáždili 68 chřestýšů patřících dvěma různým druhům okupujícím západ Spojených států. za účelem odebrání vzorků jejich krve, jedu a provedení fyzických měření.

Sekvenovali a analyzovali genomy těchto druhů chřestýšů a zkoumali genetické variace v oblastech genomu obsahujících geny jedu. Objevili pozoruhodnou genetickou diverzitu a silné důkazy pro přirozený výběr, který udržuje více forem různých genů jedu, což přispívá k rostoucímu množství důkazů, že vyvážený výběr je v přírodě všudypřítomnější, než se dříve myslelo.

Na základě nové studie má Schield podezření, že zatímco směrová selekce mohla řídit původ jedu, v novějších časových úsecích může dojít k rovnovážnému posunu směrem k vyváženému výběru upřednostňujícímu rozmanité repertoáry jedu.

To může být jedním z důvodů, proč je uštknutí hadem notoricky obtížné léčit.

“Tyto evoluční mechanismy zvyšují složitost, se kterou se potýkáte, když vyvíjíte protijedy, protože složení jedu v rámci stejného druhu, ale v různých geografických oblastech, může být zcela odlišné,” řekl Schield.

Pochopení toho, jak rozmanité jsou skutečně genomy jedovatých hadů – od chřestýšů po kobry a korálové hady – může informovat o pokroku v terapii proti jedu a zachránit životy po celém světě, řekl Schield.

Mezi další spoluautory této publikace patří: Blair Perry z Texaské univerzity v Arlingtonu a Washingtonské státní univerzity; Richard Adams z Georgia College and State University; Matthew Holding z University of Michigan; Zachary Nikolakis a Siddharth Gopalan z Texaské univerzity v Arlingtonu; Cara Smith a Stephen Mackessy z University of Northern Colorado; Joshua Parker z Fresno City College; Jesse Meik z Tarletonské státní univerzity; a Michael DeGiorgio z Florida Atlantic University.

Financování této práce poskytla National Science Foundation (NSF) a americké ministerstvo zdravotnictví a sociálních služeb | Národní institut zdraví (NIH).

.

Leave a Reply

Your email address will not be published.