Хомячки-мутанты охотятся на скорпионов

Ученые выяснили, почему скорпионовые хомячки, постоянно охотящиеся на скорпионов, совершенно не чувствительны к яду этих паукообразных. Оказывается, одна мутация, произошедшая много лет назад, позволила этим зверькам использовать нейротоксин в качестве анестетика. Это открытие может привести к созданию обезболивающих препаратов нового поколения.

Фото:

Следует заметить, что эти пушистые и забавные зверьки, которые обитают на юго-западе США и на севере Мексики, совершенно не вписываются в классическое представление о хомячках — добродушных пушистых увальнях и строгих вегетарианцах. Скорпионовые (или же, как их еще называют, кузнечиковые) хомячки (три вида из рода Onychomys) — суровые и закаленные бойцы, которые каждую ночь вступают в смертельные схватки с ящерицами, другими грызунами, а также ядовитыми насекомыми и пауками, из которых всегда выходят победителями. Иначе им просто не выжить — ведь эти грызуны питаются в основном животной пищей (как шутят мексиканцы, скорпионовый хомячок будет есть семена и зелень только в том случае, если до рассвета так и не найдет того, кого можно убить).

Такое пищевое поведение, а так же суровые условия обитания (скорпионовые хомячки живут в пустыне) наложили отпечаток на характер этих зверьков. Кузнечиковый хомячок весьма агрессивен, поэтому плотных поселений эти грызуны не образуют — иначе они бы все передрались друг с другом сразу же после того, как вырыли бы норы. Эти небольшие (до 13 см в длину с учетом хвоста) животные храбро атакуют даже такую добычу, которая в два-три раза крупнее их — причем эта черта присуща им с самого раннего детства.

Эти зверьки так же не останавливаются перед нападением на такую опасную добычу, как пустынные скорпионы, от яда которых могут погибнуть даже такие крупные животные, как лошадь или корова (не говоря уж о человеке). Более того, в пик засушливого сезона эти опасные паукообразные составляют практически 90 процентов рациона хомячков. И вот что удивительно — было замечено, что при схватке со скорпионом любой хомячок постоянно "пропускал" удары ядовитого хвостового жала, однако, похоже, токсические вещества одного из самых древних сухопутных обитателей на него не действовали! Поединок всегда заканчивался победой грызуна, а потомок древних ракоскорпионов становился для него сытным ужином.

Напомню, что у большинства скорпионов в качестве ядовитых веществ присутствуют нейротоксины, которые в первую очередь парализуют центры нервной системы, отвечающие за движение и дыхание (смерть от укуса скорпиона всегда наступает в результате паралича дыхательных мышц). Принцип действия такого нейротоксина коротко можно описать так — воздействуя на периферические нейроны, он приводит к тому, что нервная клетка посылает в мозг частые болевые импульсы, которые расстраивают всю работу мозговых нервных центров. Поскольку нервная система у всех животных устроена в общем-то одинаково, и нейротоксины воздействуют на нее одним и тем же способом, возникает вопрос — почему же этот механизм не работает в случае скорпионовых хомячков?

Не так давно ученые из Университете Хьюстона (США) выяснили, что, оказывается, у этих животных много лет назад произошла мутация гена, который отвечает за проведение болевого импульса от периферических нейронов к мозгу. То есть, получается, что яд скорпиона действует на хомячка только как местное обезболивающее — при введении токсина мозг зверька не получает никакой информации о том, что это уже произошло. Но как подобная блокада реализуется на уровне самой клетки?

Этим вопросом вплотную занялась группа биохимиков, которой руководила профессор Эшли Роу из Техасского университета в Остине (США) Сначала ученые просто сравнили действие яда представителей одного и того же вида скорпионов на кузнечиковых хомячков и на обычных мышей. Для этого животным вводили небольшие порции выделенных нейротоксинов, и при этом наблюдали за жертвами этого "отравления". В итоге им удалось подтвердить результаты исследований генетиков из Хьюстона — мышам инъекции нейротоксинов доставляли куда больше дискомфорта, чем хомячкам.

В следующем эксперименте исследователи вводили хомячкам после нейротоксина обычный формалин, инъекция которого тоже способна вызвать болевые ощущения. Однако хомячки этого словно бы не заметили — после порции скорпионьего яда зверьки совершенно не ощущали боли от формалинового укола. Это опять-таки подтвердило предположение хьюстонских ученых о том, что нейротоксины действуют на хомячков как местное обезболивающее.

Проведя более детальные исследования среза тканей животных, ученые расшифровали полностью весь механизм такой странной на первый взгляд реакции нейронов скорпионовых хомячков на действие яда. Дело в том, что их нервные клетки (как и нейроны других животных), обладают двумя типами каналов для пропуска ионов натрия на мембране — один из них обеспечивает инициацию болевого импульса в самой клетке, а второй — передачу этого импульса в мозг. Так вот, нейротоксины скорпиона возбуждали только инициирующие каналы, при этом совершенно не воздействуя на те, которые распространяют сигнал. Таким образом, после попадания яда в организм ни один болевой сигнал просто не доходил до мозга.

Исследовав белки, которые составляют стенки этих каналов, ученые выяснили, что ряд из них отличается от таковых у мышей всего на одну аминокислоту. Значит, именно эта замена и была результатом той самой мутации, которую обнаружили хьюстонские генетики. В результате белки натриевых каналов хомячков получили способность связывать нейротоксин, после чего нервная клетка вообще теряла способность не только чувствовать болевой импульс, но и проводить его в мозг. Именно так и происходит то самое обезболивание с помощью самого же яда, которое дает возможность зверькам не обращать внимание на дальнейшие атаки скорпиона.

Авторы работы, которая была опубликована в журнале Science, пишут также о том, что такой же механизм обезболивания известен и у голых землекопов (Heterocephalus glaber) — любопытных подземных обитателей африканских пустынь. Именно он дает возможность этим неутомимым "проходчикам" не чувствовать боль от ожогов различными кислотами. Не исключено так же, что такой механизм обезболивания вообще широко распространен в мире животных — просто о нем пока что еще очень мало известно.

Исследователи из группы Эшли Роу считают, что их открытие поможет создать не только куда более эффективную сыворотку против укусов скорпионов, но и целый ряд обезболивающих нового поколения. Это будут вещества, которые, проникнув в натриевый канал нейрона, свяжут нейротоксин (или другое вещество, возбуждающее болевой импульс) и тем самым не дадут болевому сигналу пройти в мозг. Такие препараты можно будет использовать при поражениях пострадавших от термических и химических ожогах, высокая смертность от которых обеспечивается именно постоянной подачей болевого сигнала в мозг, что приводит к шоковому состоянию…

Читайте все самое интересное в рубрике "Наука и техника"