Американский лесной хомяк питается ядовитыми кустарниками уже многие тысячелетия
Представитель грызунов рода Neotoma, еще его называют лесным хомяком, внешне напоминает обыкновенную крысу, только с пушистым хвостом и чуть меньше по размеру. Похоже, обладателю столь завидного хвоста, обитающему на юго-западе США в Могавской пустыне (от названия индейского племени Mojave), не так повезло, как его сородичам из других регионов. Природа не оставила ему никакого выбора – либо навсегда исчезнуть с лица земли, либо питаться чрезвычайно ядовитым растением – креозотом (Ларрея трёхзубчатая, лат. Larrea tridentata), рассказывает профессор биологии Дениз Диринг, ведущий автор доклада, опубликованного 7 апреля в журнале Molecular Ecology.
Еще 18 тыс. лет тому назад на бескрайних могавских равнинах произрастали можжевеловые деревья – любимое лакомство грызуна. Однако во время последнего ледникового периода по мере потепления, эта местность начала превращаться в пустыню, и менее токсичный можжевельник постепенно исчезал, уступая место креозоту, более приспособленному к сухому и жаркому климату.
Ни одно животное, обладающее инстинктом самосохранения, не притронется к креозотовому листу, не говоря уже о регулярном употреблении. В его листьях содержится столько же вредных веществ и канцерогенов, сколько в сигаретном дыме. К тому же, растение производит смолоподобное вещество, которым обрабатывают железнодорожные шпалы и электровольтные столбы.
Биологи из Университета штата Юта заинтересовались этим интересным явлением и теперь усиленно пытаются отыскать те самые «чудо-гены», благодаря детоксикационному действию которых хомяки могут в огромных количествах поглощать ядовитые растения и при этом оставаться целыми и невредимыми.
Для проведения опытов ученые отобрали восемь грызунов, отловленных на территории Могавской пустыни и Большого Бассейна (Great Basin), где несколько прохладнее. Крыс кормили сухим кормом, смешивая его попеременно то с листьями креозота, то - можжевельника. Затем биологи сканировали генетические коды грызунов в поиске так называемых «биотрансформационных генов». Это активные гены, которые производят в печени специальные ферменты, устраняющие пагубное влияние токсинов, содержащихся в креозоте и можжевельнике.
«У могавских хомячков мы обнаружили 24 гена, которые, возможно, и являются причиной столь удивительной способности неотомовых поедать листья креозотовых кустов», - говорит профессор Диринг.
Басня о двух ядах
Как известно, в целях самосохранения большинство растений производит токсины. Однако человек давным-давно решил для себя эту проблему, создав сельскохозяйственные технологии, способные выводить вредные вещества из съедобных растений. Подобно лесному хомяку мы также генетически адаптировались к некоторым изменениям в рационе питания. Например, у народов, в меню которых содержится большое количество крахмала (картофель, рис, злаковые), в организме есть дополнительные гены, отвечающие за крохмало-усвояемые ферменты.
Для травоядных животных употребление растений весьма опасно, и науке пока мало известно, как им удается обезвреживать защитные механизмы растений. Креозотовые кустарники настолько ядовитые, что, грызуны даже при наличии детоксикационных генов могут поедать лишь ограниченное количество растения. В зимний период, когда им приходится питаться исключительно креозотом, они изрядно теряют в весе. Однако затем быстро компенсируют эти потери весной, когда в изобилии есть много однолетних растений и трава.
Так как лесной хомяк – большой любитель собирать разную дребедень (пробки от бутылок, обломки битой посуды, хворост), сооружая из нее полуметровые наземные кучи, его еще прозвали вьючной крысой. До наших дней сохранилось много крысиных куч, в которых ученые нашли древние остатки можжевеловой и креозотовой пыльцы. Тщательно проанализировав этот антикварный материал, биологи пришли к выводу, что до потепления климата на юго-западе хомяки питались можжевельником.
«Это своеобразная басня о двух ядах или популяциях одной и той же особи, питающейся разными продуктами питания: креозотом и можжевельником», говорит Диринг. «Представьте себе, что ваш бутерброд намажут отравой, к которой вы не привыкли. Любопытно также наблюдать за поведением этих животных в условиях климатических изменений, когда они вынуждены приспосабливаться к другому рациону и, соответственно, токсинам».
В поиске «чудо-генов»
Чтобы сканировать гены подопытных хомячков, профессор Диринг вместе с коллегами использовала «микроматрицы» – маленькие силиконовые подложки, на которых было «посеяно» около 40 000 генных фрагментов. С помощью микроматричного анализа можно определить, какие гены у хомяков «экспрессируются» для выработки ферментов, преобразующих токсины креозота и можжевельника в водорастворимые и поэтому легко выводимые из организма животного. После каждой порции фуража, поочередно смешиваемого с листьями креозота и можжевельника, ученые с помощью микроматриц наблюдали, какие гены активировались в каждой из крысиных групп. До изобретения микроматричных технологий, способных сканировать генетический код животного, ученые могли одновременно изучать лишь несколько ферментов. Другое дело – насекомые. Им всегда уделялось особое внимание, так как они уничтожают огромное количество полезных для человека растений.
Итак, в ходе эксперимента с двумя группами хомяков из разных регионов, ученые обнаружили, что после порции фуража с можжевельником у грызунов практически не наблюдались отличия в генной экспрессии и способности поедать растение. Это говорит о том, что могавские хомяки только частично утратили способность детоксифицировать можжевельник. Обе группы потеряли в весе, демонстрируя этим, что могут употреблять всего лишь ограниченное количество можжевельника, несмотря на его малотоксичность.
Затем обе группы получили дозу корма с креозотом, что позволило ученым наконец-то найти 24 детокс-гена, которые больше активировались у крыс из пустыни Могаве. Благодаря этим генам животные могли больше поедать креозота и при этом не терять в весе в отличие от своих соседей из Большого Бассейна.
Теперь ученым остается тщательно изучить оставшиеся 24 гена и определить, какие из них играют решающую роль при обезвреживании креозота.
Дениз Диринг провела исследования совместно с Джаэлом Маленке, аспирантом факультета биологии при Университете штата Юта, США, и Элоди Магнану из Парижского государственного университета им. Пьера и Марии Кюри, Франция.
