Στον φυσικό κόσμο, η επιβίωση συχνά κρίνεται πάνω σε μια λεπτή χημική γραμμή: ένα λάθος γεύμα μπορεί να σημαίνει σίγουρο θάνατο. Κι όμως, υπάρχουν ζώα που τρώνε από τα πιο θανατηφόρα πλάσματα του πλανήτη και συνεχίζουν σαν να μη συνέβη τίποτα. Από τα τροπικά δάση του Αμαζονίου μέχρι τις πεδιάδες της Βόρειας Αμερικής, η εξέλιξη έχει «χτίσει» εντυπωσιακά βιολογικά αντικλεία ασφαλείας απέναντι στα δηλητήρια – μηχανισμούς που η επιστήμη προσπαθεί να αποκωδικοποιήσει, όχι μόνο από περιέργεια, αλλά και για να αναπτύξει νέες θεραπείες για τον άνθρωπο.
Δέκα φίδια, τρεις βάτραχοι και ένα ακραίο πείραμα επιβίωσης
Στην καρδιά του Αμαζονίου, ερευνητές έθεσαν ένα ακραίο ερώτημα: τι θα συμβεί αν βασιλικά φίδια (Erythrolamprus reginae) βρεθούν αντιμέτωπα με έναν από τους πιο τοξικούς βατράχους που υπάρχουν, τον ριγωτό Ameerega trivittata;
Τα φίδια είχαν μείνει νηστικά για μέρες. Στο «μενού» μπήκαν τρεις βάτραχοι, των οποίων το δέρμα είναι κυριολεκτικά ένα χημικό κοκτέιλ: ισχυρές αλκαλοειδείς ουσίες και τοξίνες ικανές να σκοτώσουν πολλούς θηρευτές.
Η αντίδραση δεν ήταν ομοιόμορφη:
- έξι φίδια αρνήθηκαν ακόμη και να αγγίξουν τους βατράχους
- τέσσερα ρίσκαραν και δοκίμασαν
Πριν καταπιούν το θήραμα, όμως, ακολούθησαν μια ιδιότυπη «προεπεξεργασία»: έσυραν το σώμα του βατράχου στο έδαφος, σαν να προσπαθούν να απομακρύνουν μέρος των τοξινών – συμπεριφορά που θυμίζει ορισμένα πουλιά που τρίβουν επικίνδυνα θηράματα πριν τα φάνε.
Από τα τέσσερα φίδια, τα τρία επιβίωσαν. Οι επιστήμονες υποψιάζονται πως το κλειδί βρίσκεται στο ήπαρ, το οποίο φαίνεται να διαθέτει μηχανισμούς που «σπάνε» ή αδρανοποιούν μεγάλο μέρος των δηλητηρίων πριν αυτά προκαλέσουν μοιραίες βλάβες.
Ο αόρατος χημικός πόλεμος της φύσης
Σχεδόν σε κάθε οικοσύστημα, τα δηλητήρια παίζουν ρόλο άμυνας, επίθεσης ή και τα δύο:
Οι φρύνοι εκκρίνουν καρδιακές γλυκοσίδες, ουσίες που μπλοκάρουν τις αντλίες νατρίου-καλίου στα κύτταρα, οδηγώντας σε καρδιακή ανεπάρκεια.
Το φουγκού (pufferfish) είναι επικίνδυνο επειδή στο σώμα του ζουν βακτήρια που παράγουν τετροδοτοξίνη, μία από τις πιο ισχυρές νευροτοξίνες.
Πολλά είδη – από τα «διάσημα» δηλητηριώδη βατράχια των τροπικών μέχρι έντομα που τρέφονται με δηλητηριώδη φυτά – δεν παράγουν οι ίδιοι τις τοξίνες, αλλά τις συσσωρεύουν μέσω της τροφής και τις επαναχρησιμοποιούν σαν χημική ασπίδα.
Το πραγματικό θαύμα, όμως, δεν είναι μόνο ότι παράγουν ή αποθηκεύουν δηλητήρια, αλλά ότι δεν πεθαίνουν από αυτά τα ίδια.
Όταν ο στόχος αλλάζει σχήμα και το δηλητήριο «δεν ταιριάζει»
Τα περισσότερα δηλητήρια λειτουργούν επειδή «κουμπώνουν» σαν κλειδί σε μια συγκεκριμένη πρωτεΐνη-στόχο. Αν η πρωτεΐνη αλλάξει λίγο σχήμα, η τοξίνη χάνει την αποτελεσματικότητά της.
Έτσι, πολλά είδη που ζουν με ή από δηλητήρια έχουν τροποποιήσει τους ίδιους τους μοριακούς τους στόχους:
Έντομα που τρέφονται με φυτά πλούσια σε καρδιακές γλυκοσίδες (όπως ορισμένα είδη που προτιμούν φυτά τύπου milkweed) έχουν εξελίξει αντλίες νατρίου-καλίου που «αγνοούν» τις τοξίνες.
Η εξέλιξη όμως δεν χαρίζει τίποτα:
Οι πιο ανθεκτικές αντλίες λειτουργούν συνήθως χειρότερα, ειδικά στον εγκέφαλο. Γι’ αυτό μερικά είδη, όπως ένα μεγάλο σκαθάρι που μελετήθηκε, κρατούν:
μια πιο «ευαίσθητη» αλλά αποδοτική μορφή αντλίας στον νευρικό ιστό
και παράλληλα θωρακίζουν τον εγκέφαλο με άλλους μηχανισμούς, όπως πρωτεΐνες-μεταφορείς (ABCB transporters) που απομακρύνουν τις τοξίνες από τα κύτταρα πριν προκαλέσουν ζημιά.
Αίμα και ήπαρ ως «σφουγγάρια» για δηλητήρια
Σε άλλα είδη, ο οργανισμός λειτουργεί σαν φίλτρο ασφαλείας:
Στα φίδια, το ήπαρ φαίνεται να διαθέτει ένζυμα που μετατρέπουν επικίνδυνες τοξίνες των βατράχων σε πιο αδρανείς μορφές.
Σε ορισμένα είδη βατράχων, το ίδιο τους το αίμα περιέχει πρωτεΐνες-«δέκτες» που δεσμεύουν ουσίες όπως η σαξιτοξίνη, μειώνοντας τη βιολογική τους δράση.
Οι σκίουροι της Καλιφόρνιας έχουν αναπτύξει ορολογικούς παράγοντες στο αίμα που μπλοκάρουν κρίσιμα συστατικά του δηλητηρίου των κροταλιών. Μάλιστα, διαφορετικοί πληθυσμοί σκίουρων ταιριάζουν τη «συνταγή» του αίματός τους με τα είδη φιδιών που ζουν στην περιοχή τους.
Εδώ βλέπουμε μια κλασική εξελικτική κούρσα εξοπλισμών:
τα φίδια βελτιώνουν το δηλητήριο, οι σκίουροι θωρακίζουν το αίμα τους, τα φίδια προσαρμόζονται ξανά – και ούτω καθεξής.
Η πιο έξυπνη άμυνα: να μην εκτεθείς ποτέ
Ακόμη κι όταν ένας οργανισμός είναι βιοχημικά ανθεκτικός, συχνά επιλέγει το… αυτονόητο: την αποφυγή.
Ορισμένες χελώνες τρώνε μόνο τα λιγότερο τοξικά τμήματα των σαλαμάνδρων.
Τα φίδια, όπως αυτά του πειράματος στον Αμαζόνιο, τρίβουν ή σέρνουν το δηλητηριώδες θήραμα πριν το καταπιούν, πιθανότατα αφαιρώντας μέρος του δηλητηρίου από το δέρμα.
Το μήνυμα της εξέλιξης είναι σαφές:
ακόμη και τα ανθεκτικά είδη δεν «παίζουν» άσκοπα με το δηλητήριο – πρώτα περιορίζουν την έκθεση και μετά βασίζονται στα βιοχημικά τους εργαλεία.
Όταν το δηλητήριο γίνεται όπλο και σήμα προειδοποίησης
Πολλά ζώα δεν αρκούνται στο να αντέχουν τις τοξίνες – τις έχουν κάνει μέρος της στρατηγικής επιβίωσης:
Το σκαθάρι dogbane απελευθερώνει σταγόνες καρδιακών γλυκοσιδίων από το καβούκι του όταν απειλείται, μετατρέποντας το σώμα του σε ζωντανό χημικό όπλο.
Οι πολύχρωμοι τροπικοί βάτραχοι αξιοποιούν τις αλκαλοειδείς τοξίνες που συγκεντρώνουν μέσω της τροφής για να γίνουν θανάσιμα, αλλά και για να στείλουν ένα ξεκάθαρο οπτικό μήνυμα: «μην με αγγίζεις».
Γύρω από κάθε τέτοιο δηλητήριο συχνά χτίζεται μια ολόκληρη μικρο-κοινότητα ειδών: θηρευτές, θηράματα, παράσιτα και ανταγωνιστές που είτε το παράγουν, είτε το αντέχουν, είτε προσπαθούν να το αποφύγουν.
Η φύση ως ζωντανό εργαστήριο φαρμακολογίας
Όλος αυτός ο χημικός πόλεμος δεν είναι απλώς ένα εντυπωσιακό φυσικό φαινόμενο. Για την επιστήμη, αποτελεί:
- πηγή έμπνευσης για νέα αντιδηλητήρια και φάρμακα, βασισμένα στους μηχανισμούς ανθεκτικότητας των ζώων
- κλειδί για να κατανοήσουμε καλύτερα πώς αλληλεπιδρούν πρωτεΐνες, τοξίνες και κύτταρα
- παράθυρο σε βαθύτερες εξελικτικές διαδικασίες που διαμορφώνουν ολόκληρα οικοσυστήματα
Κάθε φίδι που επιβιώνει από έναν θανάσιμο βάτραχο, κάθε σκίουρος που «αφοπλίζει» το δηλητήριο του κροταλία, κάθε έντομο που ζει τρώγοντας δηλητηριώδη φυτά, είναι στην ουσία ένα ζωντανό πείραμα πολλών εκατομμυρίων ετών. Και όσο καλύτερα διαβάζουμε αυτές τις ιστορίες, τόσο περισσότερο πλησιάζουμε σε πρακτικές λύσεις για τις δικές μας μάχες με τα δηλητήρια.
Διαβάστε ακόμη
Για όλες τις υπόλοιπες ειδήσεις της επικαιρότητας μπορείτε να επισκεφτείτε το Πρώτο Θέμα
Σχολίασε εδώ
Για να σχολιάσεις, χρησιμοποίησε ένα ψευδώνυμο.