Осы и лягушки продолжают эволюцию важной болевой молекулы в своем яде. Теперь мы знаем почему

( MENAFN- The Conversation ) В следующий раз, когда вы ударите палец ногой, уколетесь иглой или зажмете пальцы в крышке пианино, остановитесь и подумайте о чудесной способности нашего тела заживать такие повреждения.

Как только происходит повреждение, в нашем организме активируются различные молекулы и начинают выполнять свои функции. Они останавливают кровотечение, заделывают разрывы в коже, сигнализируют нашей иммунной системе о необходимости поддерживать рану в чистоте и запускают долгосрочный процесс восстановления.

Одна из таких молекул называется брадикинин. Он присутствует у всех позвоночных, включая млекопитающих, рептилий, птиц и рыб. Но он также обнаружен в ядах некоторых ос и токсичных выделениях кожи некоторых лягушек. Эти очевидные несоответствия в распространении и функциях брадикенина озадачивали ученых десятилетиями.

В новом исследовании, опубликованном в журнале Science, мои коллеги и я раскрываем, почему брадикинин есть в некоторых ядах и как он туда попал. Ответ проливает свет на ранее недооцененную особенность эволюции, которая показывает, что жизнь не так уж случайна.

Многофункциональная молекула

Брадикинин выполняет несколько функций у человека и других позвоночных.

Он активируется в месте повреждения, делая местные кровеносные сосуды проницаемыми, что позволяет другим полезным молекулам проникать к ране. Также он активирует местные сенсорные нервы, вызывая боль, что учит нас не повторять ошибку, и служит долгосрочным напоминанием о необходимости защитить эту область и дать ей зажить.

После многократного обнаружения больших количеств брадикенина в ядах различных ос (пчелы-одиночки, желтые оси, шершни и другие) я решил взяться за эту давно волнующую загадку.

Мы проанализировали гены, кодирующие эти брадикенины, чтобы понять, почему они есть в некоторых ядах и как туда попали. Это привело к удивительному открытию.

Эволюционные двойники

Когда мы видим двух людей, которые выглядят неотличимо, мы можем предположить, что это близнецы или хотя бы родственники (потому что наши гены играют важную роль в нашей внешности, и близкородственные люди имеют схожие гены).

То же самое верно и для молекул.

Когда ученые видят идентичные молекулы, это часто свидетельствует о общем происхождении. Но, как мы обнаружили, это не так для брадикенина.

Ядовые вещества ос и кожа лягушек с брадикенином не связаны с брадикенином позвоночных.

Вместо этого они являются эволюционными двойниками — выглядят одинаково, но имеют совершенно разное генетическое происхождение. Во многих случаях они полностью структурно идентичны, атом за атомом.

И ситуация становится еще более запутанной. Мы обнаружили, что брадикинин эволюционировал независимо как минимум четыре раза у ос и муравьев — и, вероятно, еще больше раз у лягушек.

Способ отпугивания хищников

Если в мире существует другой человек, который выглядит точно так же, как вы (но при этом генетически не связан с вами), это не кажется невозможным — ведь таких людей очень много.

Но если таких шесть или семь, вы можете начать задумываться, не скрывается ли за этим какая-то другая сила. Мы исследовали, что стоит за повторяющейся эволюцией двойников брадикенина у ос и лягушек.

Мы показали, что брадикинин в яде каждой оси точно имитирует брадикинин позвоночных хищников этого вида. Это говорит о том, что он эволюционировал в ответ на хищение.

При большом количестве через укус брадикинин в яде обманывает тело хищника, заставляя его думать, что оно получило повреждение, что вызывает активацию сенсорных нервов, боль и чувствительность.

Это очень полезно для осы — и одна из причин, почему некоторые укусы ощущаются как укол иглой.

Аналогично, брадикинин на коже лягушек также эволюционировал, чтобы отпугивать позвоночных хищников.

Жизнь не случайна

Независимая эволюция одного и того же признака у разных организмов называется конвергентной эволюцией. Брадикинин — один из все увеличивающегося числа примеров, когда ученые обнаруживают конвергентную эволюцию на уровне генов.

Эти примеры показывают важную — и ранее недооцененную — роль конвергенции в эволюции жизни.

Конвергентная эволюция говорит нам, что гены более гибки, а роль окружающей среды в их формировании больше, чем принято считать.

Она также показывает, что развитие жизни — это не случайный, непредсказуемый хаос вероятных исходов. Наоборот, оно происходит в упорядоченном, ограниченном, предсказуемом — возможно, даже неизбежном — направлении.