Za deset zmija pred istraživačima se našao ozbiljan izazov. Sakupljene iz kolumbijske Amazone, nekoliko dana nisu ništa jele u zatočeništvu, a onda su dobile izrazito neukusan obrok: tropruge otrovne žabe (Ameerega trivittata). Koža tih žaba sadrži smrtonosne toksine poput histrionicotoksina, pumiliotoksina i dekahidrokinolinа koji narušavaju rad ključnih ćelijskih proteina.
Šest kraljevskih prizemnih zmija (Erythrolamprus reginae) radije je odabralo glad. Preostale četiri su ipak odlučile krenuti u lov. Ali prije nego što su progutale plijen, vukle su žabe po tlu, slično kao što neke ptice trljaju plijen da skinu toksine, primijetila je biologinja Valeria Ramírez Castañeda sa Univerziteta Berkeley, sa svojim kolegama koji su vodili eksperiment.
Tri od četiri zmije preživjele su obrok, što sugeriše da njihove tjelesne odbrane mogu podnijeti određenu količinu prisutnog otrova.
Živa bića koriste smrtonosne molekule za međusobno ubijanje već stotinama miliona godina. Prvo su to radili mikrobi, koristeći hemikalije da uklone konkurenciju ili napadnu ćelije domaćina; zatim životinje, da ubiju plijen ili otjeraju predatore; te biljke, da se brane od biljojeda.
Kao odgovor, mnoge životinje su evoluirale načine da prežive prisustvo ovih toksina, a neke ih čak skladište i koriste protiv svojih neprijatelja.
Naučnici sada počinju otkrivati ove kreativne antitoksinske odbrane, s nadom da će to dovesti do boljeg liječenja trovanja kod ljudi. Još važnije, uče o sili koja je tiho oblikovala biološke zajednice, kaže evolucijska biologinja Rebecca Tarvin sa Univerziteta Berkeley, koja je nadzirala eksperiment sa zmijama i pisala o ovim strategijama u Annual Review of Ecology, Evolution, and Systematics.
„Samo miligram jedne jedinе supstance može promijeniti sve interakcije u ekosistemu“, kaže Tarvin.
Biološki rat
Vrste postaju otrovne na različite načine. Neke same proizvode toksine: na primjer, žabe krastače proizvode molekule tzv. srčanih glikozida koji zaustavljaju rad proteina natrij-kalij pumpe. Ta pumpa je ključna za održavanje zapremine ćelije, kontrakcije mišića i provođenje nervnih impulsa.
Druge životinje imaju bakterije koje proizvode toksine, kao što je slučaj s napuhačom, čije je meso prepuno smrtonosnog tetrodotoksina.
A mnoge dobijaju svoje toksine kroz hranu, poput otrovnih žaba koje se hrane otrovnim insektima i grinjama, uključujući i onu vrstu kojom su zmije hranjene.
Kada su životinje evoluirale da postanu otrovne, istovremeno su promijenile vlastitu biologiju kako se ne bi otrovale. Isto se desilo i organizmima koji ih jedu ili koje one jedu.
Najpoznatije prilagodbe uključuju promjene proteina koje toksini obično deaktiviraju, pa oni više ne mogu vezati otrov. Na primjer, insekti koji se hrane mliječikom razvili su natrij-kalij pumpe koje glikozidi ne mogu blokirati.
Ali izmjena tako vitalne molekule ima posljedice, kaže molekularna biologinja Susanne Dobler sa Univerziteta u Hamburgu. U njenom istraživanju na velikoj mliječikovoj bubi otkrila je da što je pumpa otpornija na glikozide, to je manje efikasna, posebno problematično u nervnim ćelijama.
Ipak, čini se da je buba evoluirala zaobilazno rješenje. U studiji iz 2023, Dobler i njen tim otkrili su da su tri verzije pumpe različito osjetljive: ona u mozgu je najefikasnija, ali i najosjetljivija. To znači da buba koristi druge mehanizme za zaštitu mozga, vjerovatno ABCB transportere, proteine koji izbacuju toksine iz ćelija.
Dobler također istražuje teoriju da mnogi insekti imaju takve transportere u crijevima, što sprečava ulazak toksina u tijelo. To objašnjava zašto se jarko crvena lukova buba, koja se hrani otrovnom đurđevkom, čini potpuno neuznemirenom otrovima, jednostavno ih izlučuje, a izmet odbija mrave.
Kod kraljevskih prizemnih zmija ključnu ulogu vjerovatno ima jetra. Eksperimenti pokazuju da nešto u ekstraktu zmijske jetre neutralizira toksine otrovnih žaba. Tim smatra da zmije imaju enzime koji pretvaraju otrovne molekule u bezopasne, slično kao što ljudske jetre obrađuju alkohol i nikotin.
Neke žabe imaju „proteine-spužve“ u krvi koji vežu toksine i onemogućavaju im da se spoje s metama, možda zmije koriste sličnu taktiku.
Kalifornijske tekunice, pak, imaju proteine u krvi koji blokiraju pojedine toksine iz zmijskog otrova, čak prilagođene lokalnim populacijama otrovnica. No, nijedna od ovih odbrana nije savršena. Evolucijska utrka traje stalno. Zmije stvore jači otrov, tekunice razviju bolju otpornost, i tako u krug.
Zbog toga čak i otporne životinje često prvo pokušavaju izbjeći toksine. Zmije vuku svoje otrovne žabe. Kornjače jedu samo bezopasne dijelove otrovnih daždevnjaka. Gusjenice monarha ispuštaju mliječni sok iz biljke prije nego što počnu jesti list.
Korištenje otrova u vlastitu korist
Mnoge životinje ne samo da podnose toksine, one ih skladište i koriste za vlastitu odbranu. Sjajni pjegavi tvrdokrilac (dogbane beetle) prebaci srčane glikozide na svoja leđa kroz ABCB transportere i izlučuje kapljice otrova kad je ugrožen.
Neke vrste postaju potpuno zavisne od otrovnih biljaka. Najpoznatiji primjer je veza između leptira monarha i mliječika.
U studiji iz 2021. naučnici su identifikovali četiri životinje koje su evoluirale otpornost dovoljno jaku da mogu jesti monarhe. Jedna od njih je ptica black-headed grosbeak, koja se hrani monarskim leptirima u meksičkim šumama gdje oni prezimljuju.
Kako kaže naučnik Noah Whiteman: „Zamislite, toksin koji je nastao u biljci na prerijama Ontarija utječe na biologiju ptice hiljadama kilometara dalje.“
„Nevjerovatno je,“ kaže on, „kako jedan mali molekul može putovati kroz ekosisteme i oblikovati evoluciju.“