Американским древесным крысам природа предложила: научиться есть яд или вымереть. Грызуны выбрали первое, благодаря чему у них появились две дюжины генов, позволяющих им успешно переваривать сильные токсины.
Любитель ядов с пушистым хвостом
[v2] В пустыне Мохаве на юго-западе США живет небольшой зверек с пушистым хвостом, которого называют древесной крысой (Neotoma). Он строит на земле гнезда, похожие на кучи мусора, высотой около 70 сантиметров, для чего использует ветки деревьев, черепки от посуды, обрывки бумаги и прочий мусор, который нередко заимствует у двуногих соседей. Но это не самая выдающаяся особенность грызуна. Зверьки из Мохаве с удовольствием едят креозот. Точнее, листья креозотового куста или ларреи трехзубчатой (Larrea tridentata), содержащие эту токсичную древесную смолу, количество которой может составлять 24% от веса сухого листа.
[v1] Хотя креозот очень ядовит, древесные крысы питаются им круглый год. Правда, зимой на креозотовой диете грызуны сильно худеют. И набирают вес, когда летом в их меню появляются однолетние растения, листья юкки и разные травы.
Помойки возрастом в 18 тысяч лет
Группа биологов из университета штата Юта (University of Utah) под руководством Денис Даринг (Denise Dearing) решила узнать, что позволяет древесной крысе питаться откровенной отравой и при этом не только выживать, но и процветать в неуютной пустыне. Для этого ученым пришлось покопаться в построенных грызунами мусорных кучах. Ученые нашли древние крысиные «помойки», возраст которых составлял почти два десятка тысяч лет, и тщательно исследовали их состав.
Выяснилось, что древесная крыса принялась за креозот не просто так. Примерно 18 тыс. лет назад, во время последнего ледникового периода, Мохаве еще не превратилась в пустыню. И на ее территории рос чуть менее ядовитый можжевельник. Его пыльцу биологи нашли в «антикварных» кучах. Именно он составлял основу крысиного рациона, и из этого растения древесная крыса получала свою первую дозу отравы.
[v3]10 тыс. лет назад ледники отступили, а с ними и можжевельник, которому оказался не по нраву сухой и жаркий климат. И древесным крысам пришлось перейти на более ядовитый креозотовый куст, который «пришел» с юга. А их родственники из района Большого Бассейна, где климат несколько мягче и прохладнее, так и продолжили питаться можжевельником.
Биологи решили узнать, почему грызуны выжили на такой малосъедобной диете. Ученые предположили, что к моменту перехода на питание креозотовым кустом у некоторых животных уже имелись определенные мутации в генах, позволяющие их печени производить ферменты, понижающие токсическое действие креозота. Такие гены называют «генами детоксикации».
В поисках генетического противоядия
Для исследования биологи поймали восемь древесных крыс из Мохаве и Большого Бассейна в ловушки со смесью арахиса и овса. А для сравнения взяли несколько обычных лабораторных крыс.
Чтобы посмотреть, какие гены используются для детоксикации, биологи применили метод микромассивов. На стеклянной поверхности распределили крошечные фрагменты ДНК, полученные из печени животных – всего более 40 тыс. генов.
Во время исследований токсического действия различных наркотиков у лабораторных крыс уже нашли 224 гена детоксикации. Именно их и стали сравнивать с материалом, который получили от древесных крыс.
В первую очередь ученые определили, какие гены активизировались на разных диетах древесных крыс -- можжевеловой и креозотовой. Выяснилось, что крысы из Мохаве по-прежнему без проблем могут есть можжевельник.
Тогда ученые предложили всем крысам питаться только креозотовым кустом. Даже без добавок других растений крысам из пустыни удалось худо-бедно сохранить свой вес. А вот их собратья родом из Большого Бассейна сильно отощали, потому что не могли переработать достаточное количество креозота.
Креозотовая диета и позволила биологам отобрать 24 гена – кандидата на роль производителей антитоксических ферментов. «Раньше у млекопитающих мы могли просмотреть за один раз два или три гена, -- рассказывает Даринг, -- гораздо больше работ ученые провели на насекомых. Конечно, они вредители и едят много тех же растений, что и мы, но их метаболизм устроен несколько иначе».
Будут ли коровы есть креозот?
Теперь ученым предстоит выбрать из найденных генов те, которые отвечают именно за детоксикацию смолы креозотового дерева. «Большинство растений производят токсины, чтобы уцелеть, -- пояснила Даринг, -- и для многих позвоночных они очень опасны. Но животные как-то научились разрушать оборону своей пищи. Теперь мы можем понять, как это происходит». Биологи надеются, что их находка когда-нибудь поможет модифицировать домашних животных для того, чтобы они смогли выживать в том числе и в пустыне.
Результаты исследования опубликованы в апрельском номере журнала Molecular Ecologу.
