Smacznego trującego!

Przed 18 700 laty lodowce, które opanowały sporą część półkuli północnej, zaczęły się cofać, by mniej więcej dziesięć tysięcy lat temu osiągnąć obszar, który zajmują obecnie. Zjawisko to umożliwiło rozwój i rozprzestrzenienie się cywilizacji, ale równocześnie okazało się destruktywne dla obszarów równikowych. Tak więc terytorium znajdujące się dziś w południowo-zachodniej części Stanów Zjednoczonych, wtedy charakteryzujące się bujną wegetacją, zaczęło się ocieplać, osuszać i pustynnieć. Tak bardzo, że obecnie znane jest jako pustynia Mojave.

Wiele gatunków zwierząt, pozbawionych pożywienia, zaczęło wymierać, podczas gdy inne, lepiej zaadoptowane do warunków pustynnych, wkraczały na ich terytoria. Jednym ze skazanych na wymarcie wydawał się być szczur drzewny, gatunek endemiczny z rodzaju Neotoma. Jedynym jego pokarmem był bowiem jałowiec przegrywający walkę ze zmieniającym się klimatem. Wydarzyło się jednak coś zupełnie nieoczekiwanego – zwierzę przerzuciło się na to, co mu pozostało, czyli krzewy kreozotowe (Larrea tridentata). I nie byłoby w tym pewnie nic dziwnego – w końcu nie zawsze można dogadzać podniebieniu – gdyby nie to, że zmiana ta wymagała poważnej modyfikacji genetycznej. Gdyż do tej pory rośliny te były dla jego organizmu silnie trujące.

Te krzewy z rodziny Zygophyllaceae są jednymi z najstarszych roślin na świecie; badania korzeni dowodzą, że niektóre z nich liczą nawet 10-12 000 lat. Dorastają do trzech metrów wysokości, zawsze zielone, są silnie rozprzestrzenione na pustyniach południowego zachodu Stanów Zjednoczonych i południa Meksyku. Z daleka wydają się być bardzo sympatyczne ze względu na to, że kwitną właściwie cały czas, przy bliższym kontakcie uderza jednak silny nieprzyjemny zapach charakterystyczny dla kreozotu, od którego pochodzi ich nazwa. Co więcej, ich liście pokryte są warstwą toksycznej żywicy, która może stanowić nawet 24% ich wagi i której rolą jest prawdopodobnie ochrona przed potencjalnymi konsumentami. Ze szczurami długo się udawało…

Natomiast sam kreozot (C24H16O4) jest olejem naturalnie produkowanym przez niektóre rośliny, duże jego ilości znajdują się w drewnie. Ma postać żółtej, rzadziej bezbarwnej oleistej cieczy o piekącym smaku i charakterystycznym zapachu. Jest palny, a ponieważ osadza się na kominach podczas spalania niedostatecznie wysuszonego drewna, jest jednocześnie najczęstszą przyczyną ich pożarów. Przez długi czas był używany zarówno do impregnacji drewna, jak i leczniczo (jako środek przeczyszczający, przeciwkaszlowy, dezynfekujący a nawet przeciwbólowy w stomatologii). Ostatecznie w większości krajów jego użycie –szczególnie w farmaceutyce i pomieszczeniach zamkniętych – zostało zakazane ze względu na potencjalne własności rakotwórcze.

Biolodzy z uniwersytetu w Utah mocno zaciekawieni adaptacją szczura drzewnego do tak niezwykłego pokarmu postanowili przyjrzeć się procesowi, który do tego doprowadził. Denise Dearing, która opublikowała rezultaty swoich badań w piśmie „Molecular Ecology”, porównała ewolucję genetyczną grup ośmiu przedstawicieli tego gatunku pochodzących z dwóch odrębnych obszarów, które żywiły się bądź jałowcem, bądź krzewami kreozotowymi. Na tej podstawie udało się jej zidentyfikować 24 geny, które mogą wyjaśnić jak zwierzęta te doprowadziły do tego, że spożycie kreozotu nie powoduje u nich poważnych skutków ubocznych. Zrozumienie tego, jak dzięki biotransformacji jeden gatunek mógł zaadaptować się do toksycznego pożywienia, może pomóc w znalezieniu enzymów prowadzących do urozmaicenia jadłospisu zwierząt hodowlanych.

Zatruta historia

Jak przypomina Denise Dearing, spożycie roślin przez człowieka jest bezpieczne ze względu na sposób ich hodowli, w trakcie której eliminowane są toksyny. Co więcej, ludzie stopniowo zaadaptowali się, jak nasze szczury, do pewnych modyfikacji diety. I tak na przykład z biegiem czasu nauczyliśmy się produkować enzymy, dzięki którym nasze organizmy są w stanie zasymilować skrobię, występującą w znacznych ilościach przede wszystkim w ziemniakach, ryżu, zbożach.

Zwierzęta są niezmiennie narażone na ryzyko związane z odżywianiem, ale przykład szczura drzewnego świadczy o tym, że oprócz unikania niebezpiecznych roślin (wiele z nich nauczyło się produkować toksyny właśnie po to, aby nie zostać zjedzonym) możliwa jest również adaptacja. Sposób, w jaki roślinożercy uczą się neutralizować te toksyny, pozostaje ciągle mało znany. Aż do czasu wynalezienia najnowszych metod analizy genetycznej możliwa była obserwacja jedynie jednego, dwóch lub najwyżej trzech enzymów jednocześnie. W tej dziedzinie większość badań została przeprowadzona na owadach żywiących się tymi samymi roślinami co człowiek.

W ostatnim doświadczeniu wzięły udział dwie grupy ośmiu szczurów – jedna pochodząca z pustyni Mojave i żywiąca się zazwyczaj krzewami kreozotowymi, a druga z Utah, która pozostała przy tradycyjnym jałowcu. Do pokarmu każdej z nich dodawano albo żywicę krzewów kreozotowych, albo igły jałowca. W tym czasie specjalny program do badań DNA analizował i porównywał wzorzec 40 000 genów wyłapując te z nich, które aktywowały się podczas trawienia. W wyniku doświadczeń stwierdzono, że podczas karmienia szczurów jałowcem aktywność genów u obu grup różniła się bardzo nieznacznie. Natomiast po podaniu kreozotu pojawiła się wyraźna różnica pozwalająca jednoznacznie wskazać 24 geny odpowiedzialne za walkę z toksynami; geny te były zdecydowanie bardziej aktywne u zwierząt z Mojave.

„Teraz, gdy znamy te 24 geny, musimy jeszcze zidentyfikować te z nich, które są najistotniejsze w procesie detoksykacji kreozotu” – mówi Denise Dearing. Bo obrona ta jest daleka od doskonałości... „Nawet dla szczurów liście krzewów kreozotowych są lekko toksyczne; adaptacja nie wydaje się jeszcze zakończona. Kiedy w zimie zwierzęta ograniczone są jedynie do tego pokarmu, tracą na wadze; odzyskują ją latem, kiedy mogą żywić się również trawami i jukami”.