Dühös madár • Sergey Glagolev • Tudományos-népszerű feladatok a "Elemeken" • Biológia

Dühös madár

feladat

Fiatal kutató, aki a madarak a paradicsom Új-Guinea, kijutni a hálózatok „idegen” madár. Miután megkapta karcolását a csőréből és a karmaiból, elkezdte szopni az ujját. Hirtelen égő érzést érez, és hamarosan az ajka és a nyelv zsibbadt. A kísérlet megismétlése után meggyőződött róla, hogy az ajkak és a nyelv zsibbadása a madár tollaival való érintkezésből ered.

Nehezen sikerült meggyőzni egy biokémikus kollégák, hogy elemezzék a kémiai összetétele toll. Azt találtuk, hogy a mérget tartalmazó toll azonos méreg békák, nyílméreg békák Dél-Amerikából. Ez a méreg nem található más állatoknál.

1. hogyan (Eltekintve az alkalmi konvergencia) lehet jelenlétével magyarázható azonos méreg ezek a távoli rokonok, mint a békák és a madarak?

2. Milyen előnyökkel járDe a ragadozók elleni védelem, a madarak képes mérgező?


segít

És a madarak és békák méreg tartalom egyének különböző populációk, sőt az egyik populáció változhat nagyon széles határok között.


döntés

Körülbelül egy történetet, hogy le van írva a feltétel valóban megtörtént (lásd a Discovery video :. első tudományosan is igazolt mérgező Bird). Fiatal kutató diák volt Dumbaher Jack (Jack Dumbacher), és a szerepe a „dühös madár” játszott Kapucnis Pitohui vagy tarajos pitohu – Pitohui dichrous (Ábra.1).

Ábra. 1. Bicolor Jitter. Fotók en.wikipedia.org

A madárkendőkben talált méreg a batrachotoxin egyik fajtájává vált (2. Ábra) – egy lúgos békák (Phyllobates), a dendrobatid család tagjai korábban izolált alkaloidja.

Ábra. 2. És – batratotoxin; B – homobatrokotoxin a bébi és a tolltól a porig

Ez a meglehetősen szokatlan alkaloid szteroidokra utal. Az ideg- és izomsejtek potenciálisan függő nátriumcsatornáihoz kötődik, és számos hatással van rájuk. A toxin csökkenti küszöbértéküket (így még a nyugalmi potenciálon is megnyílik – talán a kezdeti égő érzés társul ehhez). A csatornák vezetőképessége és szelektivitása szintén csökken. De a legfontosabb dolog az, hogy ha mérgezésre van szükség, a csatornák visszafordíthatatlanul nyitva vannak, és elveszítik a zárt vagy inaktivált állapotba való bejutást. Ennek eredményeképpen az idegsejtek axonjai gyorsan elveszítik azon képességüket, hogy idegi impulzusokat generálnak és vezetnek (itt az ajkak és a nyelv zsibbadása már előfordul). Nagyobb méreghús esetén a teljes vázizomzat bénulása, kamrai fibrilláció és más halálos következmények alakulnak ki.

Hogyan jelenhet meg egy azonos alkaloid a békákban és a madarakban?

Valójában semmi sem valószínû, hogy a molekuláris konvergencia révén hasonló vagy akár azonos komplex molekulák molekuláris konvergenciája megszerzésére van lehetõség (lásd például K. Roelants és munkatársai, 2010. Azonos bõrtoxinok a Convergent vagy Marc Dauplais és mtsai. , 1997. Az állati toxinok konvergens fejlődéséről). De a probléma-megállapításban azt javasolják, hogy ne tekintsük ezt az opciót.

A következő lehetséges magyarázat a vízszintes géntranszfer, a HGP (a békától a madarakig, vagy például valamilyen baktériumtól mindkettőig). Bár a HGP gyakoribb a prokarióták körében, az eukariótákban nem ritka. Nyilvánvaló, hogy pontosan a HGP (a cianobaktériumoktól és más baktériumtörzsektől), hogy a dinoflagellák megszerezték szaxitoxinjukat (lásd R. Orr és mások, 2013. A Saxitoxin Bioszintézis evolúciója és eloszlása ​​a Dinoflagellates-ben). Ez a méreg kissé hasonló a batrachotoxin hatásmechanizmusában (a szaxitoxin blokkolja a potenciálisan függő nátriumcsatornákat). És ez annak ellenére is, hogy a szaxitoxin szintéziséhez körülbelül tucat különböző génre van szükség!

De nyilvánvalóan nincsenek "batrachotoxin szintézisére" szolgáló gének a madarakban és a békákban, mert nincs szintézis. Mérgezést kapnak kívülről, kivéve, hogy kissé módosítják, és nem szintetizálják magukat.

Ez a megoldás segítséget nyújt. Mind a madarak, mind a dendrobatid fajok közül a toxicitás nagymértékben változik (jóllehet egyértelműen hasznos a ragadozók ellen).A békák rajongói tudják, hogy a fogságban való tartós tartással részben elveszítik mérgezésüket. És ha a béka kiszabadult a tojásból, és egy terráriumban nőtt fel – ez egyáltalán nem mérgező. A fogságban hiányzik valamilyen "tényező", ami a természetben van, és szükséges a méreg jelenlétéhez.

Elvileg a madarak tollairól és a békák bőréről származó méreg nagy mennyisége azt jelezheti, hogy a mérgező közvetlenül a teremre kerül a külső környezetbe. Például szimbiotikus baktériumokat szintetizálhat (feltételezhető, hogy fogságban nem esnek a béka bőrére, vagy "nem megfelelő" körülmények között nem szaporodhatnak). Vagy az állat lehet méreggel elkenve valamilyen külső forrásból. Ez a viselkedés széles körben elterjedt a madarak között: a leghíresebb alternatívái a hangyák vagy a hatalom. A madár hangyákkal vagy "fürdõkkel" dörzsöli a tollakat. Néha a hangyák helyett a madarak mérges hernyókat vagy centipedeseket használnak.

Azonban a békákban ez a viselkedés nem tűnik leírhatónak. Ráadásul a batratotoxin nem csak a madarak tollaiban és a békák bőrében van. Tartalma (bár sokkal kisebb koncentrációban van) és a legtöbb belső szervben.A békákban ez a meglehetősen lipofil mérgek könnyen behatolhatnak a bőrbe; a madarak számára ez az út kevésbé valószínű. Bár részben a batrachotoxin is behatolhat az ép bőrön keresztül, nem ismert, hogy milyen sebességgel.

Tehát a méreg legvalószínűbb módja az élelmiszer. Mivel a leveles békák csak szinte kizárólag ízeltlábúakat fogyasztanak, méreg forrása lehet. Hosszú ideig nem ismert, hogy milyen típusú élelmiszerek tárgya batrachotoxint tartalmaz. Csak akkor, amikor Dumbakher átvette, egy elfogadható hipotézis jelent meg. Képes volt megtanulni a helyiekből, hogy ugyanazt a szót használják a mérgező madarakra és az egyik fajta bogárra, amely kapcsolatban áll az égetéssel és a zsibbadással. És a "népi tudomány" nem csalódott – a bogarak Choresine pulchra (3. ábra), mint kiderült, valójában tartalmaznak batrachotoxnot, és valójában része a pito diéta.

Ábra. 3. bogár Choresine pulchra – A batrachotoxin lehetséges forrása a mérgező madarak számára. Fénykép J. Dumbacher és munkatársai, 2004. Melyrid bogarak (Choresine): A batrachotoxin alkaloidák vélelmezett forrása a méreg-békákban és a toxikus pasztellmadarakban

A Melyridae család, amelybe ezek a bogarak tartoznak, széles körben elterjedt az Újvilágban; így nagyon valószínű, hogy a listolaz békák kapják a fő méreg a fajok ezek a bogarak.

A ragadozóktól való védelem mellett a borítók mérete védelmet nyújt a paraziták ellen. Úgy tűnik, ez a düh fő szerepe. A batrachotoxin mérgező lehet a tetveknél, az orron vagy más ízeltlábúaknál is. Elméletileg a felnőtt madár bőrétől és tollaitól a tojásokig és a fészekanyagtól is juthat az inkubáció idején, majd a csirkék testéhez. Tehát az utódok védelme a parazitáktól és a ragadozóktól a méreg másik lehetséges funkciója.

A méreg használatához a békáknak és a madaraknak ellenállniuk kellett. Az ioncsatornák olyan jellemzőkkel rendelkeznek, amelyek megakadályozzák a méreg kötődését. Ez megadhatja a madaraknak egy másik bónuszt – az a képesség, hogy kiterjesszék az élelmezési tárgyak körét a mérgező rovarok miatt, amelyek a versenytársak számára nem elérhetők.

Azt is feltételezhetjük, hogy a madár alkalmasabbá teszi a tollazat toxicitását. A batratotoxin maga nem illékony. De ismeretes, hogy amikor a víz érintkezésbe kerül a pito-val, a szemek vizet kezdnek, az orrból áramlik és torokfájást okoz. Úgy tűnik, ez azért van, mert a nyálkahártyákon lévő apró szemcsék és tollak bejutnak. Talán egy madár használhat egy toxint a kis áldozatok immobilizálásához (például ugyanabban a "fürdőzésben" a törpökben).


utószó

Dumbacher megnyitása természetesen szenzáció volt, és lehetővé tette, hogy egy cikket tegyen közzé tudomány. De nem azért, mert senki nem talált mérgező madarakat. Ettől kezdve széles körben ismertettek számos példát a madarak elkerülhetetlenségéről. Az ókor óta ismeretes, hogy a méltóságos hús … mérgező fürj (lásd Coturnizmus). Azonban csak a migrációs időszak alatt. Ebben a pillanatban a madarak, látszólag, szokatlan növényeket (magokat?) Ettek, és mérgeznek fel. Furcsa módon még mindig nem ismert, hogy mi ez a növény, és mi a mérgező kezdet. A lándzsák enni a bogarakat és felhalmozni a kantharidint olyan mennyiségben, hogy húsa mérgezővé válik. És ilyen esetek, nyilvánvalóan sokat. Az 1940-es években a brit ornitológus, H. Cott észrevette, hogy a szarvasok szívesen ettek a teknősbékahúsból, de ne érintsék meg őket a mellette fekvő királyhalász húsát (lásd P. Weldon, 2000). Ennek eredményeként széles (bár nem elég mély) tanulmányt végzett a madarak élelmezésére a különböző állatfajok számára, és arra a következtetésre jutott, hogy a baromfihús rossz ízlelő tulajdonságai korrelálnak az élénk színekkel.

Dumbacher kutatása általában megerősítette ezt a következtetést. Batrachotoxin (bár nagyon különböző mennyiségben) ötféle pitohoch fajban és kékszemű efrit kovaldiban (lásd Blue-capped ifrit) található. Mindegyik fajnak van egy kontrasztos, jól jelzett színe.A galamb piros tipikusan figyelmeztető, apoemás. Ezeknek a madaraknak a folytatásával Dumbakher azt javasolta, hogy a mullerista mimikrikus jelleg jellemzi őket (4.

Ábra. 4. A mugó madárfajta alfajainak eloszlása ​​és fenotípusai, P. kirhocephalus. Image J. Dumbacher & R. Fleischer, 2001. Filogenetikai bizonyítékok a színminták konvergenciájának mérgező pitohuisban: mülleriai mimika a madarakban?

Az illékony huncutáró hosszú rémült ornitológusokkal rendelkezik, óriási fenotípusos változékonysággal és alfajok "különös" eloszlásával. A DNS-elemzés kimutatta, hogy ez valószínűleg egyetlen faj. Ezenkívül egyes alfajok egymástól függetlenül narancssárga színűek voltak. Kiderült, hogy ezek pontosan azok a alfajok, amelyeknek az élőhelyét egy másik narancs-fekete toxikus faj – a bicolor zselé – élőhelyével megszakítják.

Mint minden "pitoh" – nem véletlenül kezdte ezt a nevet idézőjelekben. Kiderült, hogy ezek a madarak, amelyek korábban egyazon nemzetséghez tartoztak, valójában különböző nemzetségekhez tartoznak, sőt különböző családokba is (5.

Ábra. 5. Phylogenetic tree, amely mérgező (legalább egy bizonyos mennyiségű batrachotoxin) fajot tartalmaz, korábban a nemzetséghez Pitohui. A K. cikkbőlJønsson et al., 2008. A toxikus Pitohui-madarak polifilikus eredete

E tekintetben felmerült a kérdés: hányszor fordult elő a mérgezés a madarak ebben a csoportjában? Dumbaher és munkatársaival együtt azt javasolta, hogy „hajlandóság virulencia” (képes felhalmozni toxinok toxikus gerinctelen felhalmozni őket titkos farkcsíkcsonti mirigy és elterjedése a toll) – Közös forrással tulajdonság közel 700 madárfaj. Ha igen, a szerzők a cikk, a toxicitás lehet sokkal gyakoribb ebben a csoportban, mint gondolnánk.

Az olajmirigy részvételére vonatkozó hipotézist később nem erősítették meg. Azt találtuk, hogy batrachotoxin aktívan felhalmozódik egyedi organellumok – multigranulyarnyh szervek – a bőr a madár, majd belép a tollak az összetétel lipidcseppecskék a sejtekben az epidermisz (lásd G. Menon & J. Dumbacher, 2014. A „toxin köpeny”, mint védelmi korlát. Ez egy trópusi madár peremvédelmi gátló szervezete.

Most Dumbahera laboratóriumok aktívan vizsgálja a mechanizmus a felhalmozási méreg a bőrön, valamint a szekvenált genom pitohu, hogy tanulmányozza a jellemzőit a nátrium-csatorna – a rezisztencia alapján batrachotoxin.

Vissza a méreg forrásaihoz. Például a békák és a madarak megkapják a bogaraktól. És hibák – csinálják magukat szintetizálni? Ez nem ismert pontosan.Szinte minden bizonnyal a források – a fitoszterolok – bogarakat az általuk betakarított növényekből nyerik. Hogy és hol a batrachotoxin szintetizálódik, még mindig a tudomány rejtélye. Feltételezhető, hogy szimbiotikus baktériumok szerepet játszhatnak a szintézisében. És ez a feltevés messze nem indokolatlan, ha más állati mérgek történeteire emlékezünk. Természetesen egyes állatok képesek jó toxinokat szintetizálni – például egy kobra vagy egy taipán. De a nem-fehérje jellegű állatok legerősebb mérgét (és közülük a batratotoxin szinte bajnok), ahogyan gyakran kiderült, más mérnökök – a baktériumok – létrehozták.

Az általunk már említett szaxitoxint úgynevezett "tiszteletére" a kéthéjú kagylók. Saxidomus. Miután megette ezt a héjat, az ember súlyos (esetenként halálos) szaxitoxinmérgezést szenvedhet. Aztán kiderült, hogy a méreg felhalmozódik a puhatestűek szöveteiben a vörös dagályok idején – toxikus dinoflagellátumok kitörése. És ahogy most már tudjuk, a dinoflagellák nem találtak ki önmagukat – a géneket, amelyekre szükségük volt a méreg szintéziséhez, "ellopták" a baktériumoktól.

Hasonló képet mutat a tetrodotoxin (TTH), az egyik leghíresebb mérgező, a puffer hal "védjegye".Először úgy gondolták, hogy csak a puffer hal volt. Aztán elszigetelték a nyugat-amerikaitól származó kaviár és bőr. Aztán eltűnt: a TTX-t más halak, varangyok, polipok, tengeri csillagok, csigák, rákok, nemertinsek, sörték és planáriusok találták meg … Kiderült, hogy a TTX különböző típusú baktériumokat termel. És minden állat megkapja az ételt vagy szimbiotikus baktériumokat és parazitákat. És csak egy nyugat-amerikai Triton maradt csodálatos elszigetelten – talán még megtanulta a TTC szintetizálását önállóan. És egy másik állatcsoport – az a fajta kígyó Thamnophis – TTX-t kapnak a tritonoktól … Mellesleg igaz, hogy sok baktérium nem termel saját mérgeket – vírusok segítik őket (lásd például … Egyedi eset a hármas szimbiózisban: a vírus segít a baktériumoknak megvédeni a levéltetűket az ellenségektől, "Elements", 29.08. 2009). Itt úgy tűnik, senki sem segíti a vírusokat.

Meglepő módon, a TTX-nek szánt nagyszámú művekkel sem a különböző baktériumok TTX szintézisének útja, sem a szintézis szakaszainak felelős génje eddig nem ismert. Nem világos, hogy a baktériumok, különösen az alsó üledékekben élőek, szükségük van erre a toxinra … Mint mindig, a legtöbb kérdésre adott válasz ismeretlen: csak rejtvények vannak mindenhol!


Like this post? Please share to your friends:
Vélemény, hozzászólás?

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