13.04.2015

Как моллюски научились охотиться на рыб

Морские моллюски конусы обладают удивительным навыком: эти неторопливые донные жители умеют охотиться на небольших рыб. Для этого у них есть довольно сложное приспособление — гарпун, способный поражать добычу сильнодействующим ядом. Но до недавнего времени у ученых не было ясного представления о том, как конусы обзавелись таким оружием. В новом исследовании ученые восстановили эволюционную историю приспособления моллюсков конусов к охоте на рыб. Это редкий пример реконструкции молекулярных изменений, которые привели к возникновению новых видов с необычной специализацией.

Иногда в ходе эволюции происходят процессы, которые сложно представить себе растянутыми во времени. Забавный пример — это расположение глаз камбалы, плоской рыбы, которая ведет придонный образ жизни и чьи глаза находятся на одной стороне тела. Долгое время не было известно о промежуточной эволюционной форме между «обычными» рыбами (у которых глаза находятся по разные стороны) и камбалообразными. Но несколько лет назад ученые обнаружили ископаемые остатки предков современной камбалы, у которых глаза располагаются несимметрично. Так что, как бы трудно ни было это себе представить, но один из глаз камбалы постепенно переполз на другую сторону, так что рыба смогла комфортно вести свою жизнь на боку у самого дна (благодаря этому рыба может замечательно маскироваться, притворяясь частью субстрата).

Еще интереснее изучать процессы приспособления организмов друг к другу, особенно постоянные гонки вооружений «хищник–жертва» и «паразит–жертва», в которых всем участникам приходится подстраиваться, чтобы не остаться голодными или, наоборот, не быть съеденными. При этом часто происходит так, что хищник или паразит максимально «затачивается» под определенную жертву, которая, в свою очередь, изобретает способы противостоять угрозе.

А недавно ученым удалось проследить первые эволюционные шаги обучения одного из самых невероятных охотников в живой природе — моллюска конуса (рис. 1), который охотится на рыб (см. видео). Как такое медлительное создание могло научиться охотиться? И, что еще интереснее, какие эволюционные изменения сделали его способным к такой охоте?

Большинство конусов охотится на сравнительно легкую добычу — червей, которые, как и конусы, передвигаются по дну, поэтому их проще поймать. Тем не менее в какой-то момент эволюционной истории часть моллюсков перешла на рыб и стала на них специализироваться. Ученые начали раскручивать историю приспособления конусов к охоте на рыб, внимательно изучая филогенетическое древо этих моллюсков, построенное на основании сходства определенных митохондриальных маркеров конусов и отражающее степень родства различных видов. Ученые обратили внимание на интересную группу моллюсков, которые, хотя и были охотниками на червей, стояли ближе к охотникам на рыб, чем к другим охотникам на червей. Не находятся ли эти моллюски в процессе обучения охоте на рыб?

Сначала нужно разобраться, что необходимо моллюску, чтобы стать хорошим охотником на рыб.

Во-первых, это яды, парализующие рыбу, — иначе у конуса просто не будет шанса догнать жертву. Яды конусов представляют собой пептиды, которые могут иметь различные механизмы действия. К примеру, яд Conus geographus похож по структуре на инсулин рыб, и когда рыба попадает в большое облако этого вещества, она впадает в гликемический шок. Еще у конусов есть пара ядов, действующих на позвоночных и блокирующих спад нервных импульсов. Один из них — δ-конотоксин — подавляет инактивацию натриевых каналов, а другой — δ-конотоксин — подавляет активацию калиевых каналов (см.: Conotoxin). При совместном действии этих ядов оба механизма сбрасывания потенциала действия нейронов у рыбы отключаются, и ее парализует.

Во-вторых, у моллюсков, охотящихся на рыб, обычно есть гарпун — видоизменение радулы («терки», которая находится на языке моллюска и нужна для измельчения пищи). Этим гарпуном моллюск может протыкать добычу и заодно эффективно доставлять в нее яд (если просто выбрасывать яд в воду, то нужно использовать либо больше яда, либо более эффективный яд).

У необычных моллюсков, которые относились к охотникам на червей, но при этом были генетически ближе к охотникам на рыб, не было гарпунов, однако ученые обнаружили у них один из компонентов яда, который действует на рыб, — δ-конотоксин. Поскольку у этих моллюсков не было второго компонента яда, нужного, чтобы полностью блокировать сбрасывание нервного импульса позвоночных, эти моллюски не должны были быть способны эффективно парализовать рыб. Тем не менее ученые решили представителям одного из видов этих моллюсков — Conus tessulatus — дать возможность показать в эксперименте, каковы их способности к охоте на рыб.

Моллюсков посадили в один аквариум с их обычными жертвами — червями, а также с небольшими рыбками. Моллюски предпочитали охотиться на червей, но, к радости ученых, пытались и атаковать рыб (рис. 2). Атаки были довольно неуклюжими, потому что моллюски не могли ни проткнуть рыбу гарпуном, ни полностью парализовать ее. Тем не менее ученые с гордостью сообщили, что один из их подопечных смог выпустить яд рыбе прямо в жабры, после чего у нее начались спазмы, и моллюску удалось ее проглотить.

Яды δ-конотоксины, способные парализовать позвоночных, по-видимому появились у моллюсков раньше δ-конотоксинов, поскольку δ-конотоксины у всех их обладателей довольно сходны, а гены δ-конотоксинов у разных групп моллюсков произошли от различных генов. Разные группы моллюсков нашли разные способы сделать свое оружие максимально эффективным, после того как получили его первый компонент — δ-конотоксины. Авторы предложили следующий сценарий, по которому моллюски освоили охоту на рыб. Сначала у охотников на червей появился один из токсинов, действующий на позвоночных. Этот токсин оказался полезным, чтобы защищать свою добычу от рыб, которые пытались ее украсть. Потом оказалось, что при определенном везении сама рыба может стать добычей, и разные моллюски «изобрели» разные дополнительные токсины, чтобы усовершенствовать свои яды. Затем многие из них обзавелись гарпунами, которые помогли фиксировать жертву и вводить яд прямо в нее, чтобы он лучше подействовал.

Все эти процессы произошли у большинства охотников на рыб очень давно, а те виды, которые охотятся на червей, но при этом обладают одним из необходимых токсинов для охоты на рыб, — это, вероятно, нечто вроде живых ископаемых, которые по каким-то причинам остановились в своем обучении охоте. Зато благодаря им мы узнали, как моллюск может обрести способность, удивительную для такого медлительного существа, — стать охотником на рыб.

Подготовлено по материалам: J. W. Aman, J. S. Imperial, B. Ueberheide, M. Zhang, M. Aguilar, & D. Taylor. Insights into the origins of fish hunting in venomous cone snails from studies of Conus tessulatus // PNAS. DOI: 10.1073/pnas.1424435112.

Юлия Кондратенко

Источники:

1. elementy.ru