Giftudvinding fra slange til anti-gift forberedelse. (Rithwik-fotografering/Moment/Getty Images) Kunne mennesker nogensinde udvikle gift? Det er højst usandsynligt, at folk vil være med klapperslanger og næbdyr blandt de giftige dyr, men ny forskning afslører, at mennesker har værktøjssættet til at producere gift - det har alle krybdyr og pattedyr faktisk.
Denne samling af fleksible gener, især forbundet med spytkirtlerne hos mennesker, forklarer, hvordan gift har udviklet sig uafhængigt af ikke-giftige forfædre mere end 100 gange i dyreriget.
'I bund og grund har vi alle byggestenene på plads,' sagde studiemedforfatter Agneesh Barua, en doktorand i evolutionær genetik ved Okinawa Institute of Science and Technology i Japan. 'Nu er det op til udvikling at tage os derhen.'
Relaterede: Hvorfor ser kambriske væsner så mærkelige ud?
Oral gift er almindelig i hele dyreriget, til stede i væsner så forskellige som edderkopper , slanger og langsomme loriser , den eneste kendte giftige art af primater. Biologer vidste, at orale giftkirtler er modificerede spytkirtler, men den nye forskning afslører den molekylære mekanik bag ændringen.
'Det bliver et rigtigt vartegn på området,' sagde Bryan Fry, en biokemiker og giftekspert ved University of Queensland i Australien, som ikke var involveret i forskningen. 'De har gjort et helt sensationelt stykke arbejde med nogle ekstraordinært komplekse undersøgelser.'
Et fleksibelt våben
Gift er det ultimative eksempel på naturens fleksibilitet. Mange af giftstofferne i gift er fælles på tværs af meget forskellige dyr; nogle komponenter af tusindben gift findes for eksempel også i slangegift, sagde Ronald Jenner, en giftforsker ved Natural History Museum i London, som ikke var involveret i forskningen.
Den nye undersøgelse fokuserer ikke på selve toksiner, da de udvikler sig hurtigt og er en kompleks blanding af forbindelser, fortalte Barua WordsSideKick.com.
I stedet er Barua og studiemedforfatter Alexander Mikheyev, en evolutionær biolog ved Australian National University, der fokuserer på 'husholdnings'-gener, de gener, der er forbundet med gift, men som ikke selv er ansvarlige for at skabe toksinerne. Disse regulatoriske gener danner grundlaget for hele giftsystemet.
Forskerne startede med genomet af Taiwan habu ( Trimeresurus mucrosquamatus ), en brun hugorm, der er godt undersøgt, til dels fordi det er en invasiv art i Okinawa.
'Da vi kender funktionen af alle de gener, der var til stede i dyret, kunne vi bare se, hvilke gener giftgenerne er forbundet med,' sagde Barua.
Holdet fandt en konstellation af gener, der er almindelige i flere kropsvæv på tværs af alle fostervand. (Amnioter er dyr, der befrugter deres æg internt eller lægger æg på land; de omfatter krybdyr, fugle og nogle pattedyr.)
Mange af disse gener er involveret i at folde proteiner, sagde Barua, hvilket giver mening, fordi giftige dyr skal fremstille en stor mængde toksiner, som er lavet af proteiner.
'Et væv som dette skal virkelig sørge for, at det protein, det producerer, er af høj kvalitet,' sagde han.
Ikke overraskende findes de samme slags regulerende husholdningsgener i overflod i den menneskelige spytkirtel, som også producerer en vigtig gryderet af proteiner - som findes i spyt - i store mængder. Dette genetiske grundlag er det, der muliggør den brede vifte af uafhængigt udviklede gifte på tværs af dyreriget.
Forskere undersøgte genomet af Taiwan habu, en giftig brun hugorm. (Alexander Mikheyev)
Relaterede: Er du genetisk mere lig din mor eller din far?
Fra ikke-giftig til giftig
Med andre ord, alle pattedyr eller krybdyr har genetiske stillads, hvorpå et oralt giftsystem er bygget. Og mennesker (sammen med mus ) producerer også allerede et nøgleprotein, der bruges i mange giftsystemer. Kallikreins, som er proteiner, der fordøjer andre proteiner, udskilles i spyt; de er også en vigtig del af mange gifte.
Det er fordi kallikreiner er meget stabile proteiner, sagde Fry, og de stopper ikke bare med at virke, når de udsættes for mutation. Det er således nemt at få gavnlige mutationer af kallikreiner, der gør gift mere smertefuldt og mere dødbringende (en effekt af kallikreiner er et brat blodtryksfald).
'Det er ikke tilfældigt, at kallikrein er den mest udskilte type komponent i gifte i hele dyreriget, for i enhver form er det et meget aktivt enzym, og det vil begynde at lave noget rodet,' sagde Fry.
Kallikreiner er således et naturligt udgangspunkt for teoretisk giftige mennesker.
Hvis Barua efter dramaet i 2020 jokede, 'folk skal være giftige for at overleve, kunne vi potentielt begynde at se stigende doser af kallikreins.'
Men det er ikke så sandsynligt – ikke medmindre menneskers i øjeblikket succesrige strategier med at skaffe sig mad og vælge kammerater alligevel begynder at falde fra hinanden. Venom udvikler sig oftest som enten en forsvarsmetode eller som en måde at dæmpe bytte på, fortalte Jenner WordsSideKick.com. Præcis hvilken slags gift, der udvikler sig, afhænger i høj grad af, hvordan dyret lever.
Evolution kan i det væsentlige skræddersy gift til et dyrs behov via naturlig selektion, sagde Fry.
Der er for eksempel nogle ørkenslanger, der har forskellig gift på trods af at de er den samme art, bare på grund af hvor de bor, sagde han: På ørkengulvet, hvor slangerne for det meste jager mus, virker giften mest på cirkulært system , fordi det ikke er svært for en slange at spore en døende mus et kort stykke på flad jord. I nærliggende klippebjerge, hvor slangerne for det meste jager firben , er giften en potent nervegift, for hvis byttet ikke umiddelbart immobiliseres, kan det let slynge ind i en sprække og forsvinde for altid.
Nogle få pattedyr har gift. Vampyrflagermus, som har et giftigt spyt, der forhindrer blodpropper, bruger deres kemiske våben til at fodre fra sår mere effektivt. Giftige spidsmus og spidsmus-lignende solenodoner (små, gravende pattedyr) kan overgå deres vægtklasse ved at bruge deres gift til at undertrykke større bytte, end de ellers kunne dræbe.
Spæmus bruger også nogle gange deres gift til at lamme bytte (typisk insekter og andre hvirvelløse dyr) til opbevaring og senere mellemmåltider. I mellemtiden bruger næbdyr, som ikke har et giftigt bid, men som har en giftig spore på bagbenene, for det meste deres gift i kampe med andre næbdyr om venner eller territorium, sagde Jenner.
Mennesker har selvfølgelig opfundet værktøjer, våben og sociale strukturer, der udfører de fleste af disse job uden behov for giftige hugtænder. Og gift er også dyrt, sagde Fry. At bygge og folde alle disse proteiner kræver energi. Af den grund går gift let tabt, når det ikke bliver brugt.
Der er arter af havslanger, sagde Fry, som har rudimentære giftkirtler, men som ikke længere er giftige, fordi de skiftede fra at spise fisk til at fodre med fiskeæg, som ikke kræver et giftigt bid.
Den nye forskning giver måske ikke mange forhåbninger om nye superkræfter for mennesker, men at forstå genetikken bag kontrollen med gift kan være nøglen til medicin, tilføjede Fry.
Hvis en cobra'er hjernen skulle begynde at udtrykke de gener, som dens giftkirtler udtrykte, ville slangen straks dø af selvtoksicitet. At lære, hvordan gener styrer ekspression i forskellige væv, kan være nyttigt for at forstå sygdomme som f.eks Kræft , hvilket forårsager sygdom og død i høj grad, fordi væv begynder at vokse ude af kontrol og udskille produkter på steder i kroppen, hvor de ikke burde.
'Vigtigheden af dette papir går ud over blot dette studieområde, fordi det giver en startplatform for alle den slags interessante spørgsmål,' sagde Fry.
Forskningen blev offentliggjort online mandag (29. marts) i tidsskriftet Proceedings of the National Academy of Sciences .
Relaterede mysterier:
Hvad hvis temperaturen bestemmer en babys køn?
Hvad hvis mennesker havde fotosyntetisk hud?
Hvad hvis alle mennesker på Jorden havde albinisme?
Denne artikel blev oprindeligt udgivet af Live Science . Læs original artikel her .