fbpx
ОСТАННІЙ ПОДКАСТ

Ми під'їдаємо крихти cookies за вами. Навіщо це нам?

Читати

Ми теж не любимо поп-ап. Але нам потрібна твоя підтримка!

Ми теж не любимо поп-ап. Але нам потрібна твоя підтримка!

Повідомлення успішно надіслано

Для пошуку
введіть назву запису

Як не змій, то понадкушую - Начитав Антон Семиженко

00:00
00:00
Біологія — 04.07.19
ТЕКСТ: Олександр Зіненко
Фото: Олександр Зіненко,
James Chiucchi
Ми любимо тексти без помилок. Якщо ви все ж таки щось знайшли, виділіть фрагмент і натисніть
Ctrl+Enter.
Як не змій, то понадкушую

Змій бояться усі: мавпи, коти, люди. Особливий страх викликає отрута змії. Проте ми запізнилися на тисячі років. Зараз більшість змій не несуть загрози життю людини, і лише деякі види здатні вбити значно більших за себе істот. Втім, деякі змії досі вдаються до різних біологічних хитрощів та влаштовують «гонку озброєнь» зі своїми жертвами – для того, щоб вижити самим. 

Вроджений страх

 

Змії здавна цікавили людей. Перші відомі нам культові зображення змій можна знайти у храмовому комплексі Ґьобеклі-Тепе у Туреччині, їхній вік – дванадцять тисяч років. Людей завжди зачаровувала незвична форма тіла цих істот, те, як вони пересуваються, холодний погляд, періодичне омолодження шляхом скидання старої шкіри. Але найголовнішою причиною нашої природженої поваги та водночас ненависті до змій є їхня отрута.  

 

Серед усіх видів змій тільки 20% є отруйними та небезпечним для людини, але і їх досить, щоб нагнати страху та створити образ могутнього створіння, здатного спричинити нестерпний біль, майже миттєво знесилити, зробити безпомічною і навіть вбити набагато сильнішу та більшу за себе істоту. Змій бояться не лише люди. Майже всі тварини з острахом реагують на них або предмети, що їх нагадують. Наші найближчі родичі – людиноподібні та інші мавпи (зокрема шимпанзе), – мають страх перед цими рептиліями1, навіть якщо були вирощені в неволі і ніколи зі справжніми зміями не стикались. Виявилося, що у мавп навіть є спеціальні нейрони2, що активуються при демонстрації зображень змій. Такий вроджений страх спричинений ризиком, який виникає під час зустрічі зі змією і був успадкований від наших спільних з мавпами предків першими людьми, що жили в багатій на отруйних рептилій Африці. Людина сприймає змій через призму страху, який часто буває ірраціональним. 

 

В багатьох культурах змії є уособленням зла, вони зображені на стінах найдавніших святилищ, трапляються в епосах та релігійних джерелах, а слідом за ними – і на предметах побуту та прикрасах. Але з точки зору науки зміїна отрута цікава і без культурної конотації. Це зброя, яка виникла як продукт еволюції, і дослідження того, як із безпечної і поширеної речовини еволюційні сили зробили смертельний токсин, є однією з найгарячіших тем в сучасній біології.

Орнамент у вигляді шкіри змії на розвалинах поселення Ариканда, Лікія (сучасна Туреччина)

Що було спочатку – отрута чи змія? 

 

Не всі змії отруйні, серед них є сліпуни – неотруйні примітивні змії; циліндричні та валикові змії, яких раніше об’єднували у групу примітивних; та, звісно, удави і пітони – найбільші неотруйні змії у світі. Навіть серед вищих змій отруйні не всі, а тільки кілька родин. 

 

Чому ж є такі розбіжності між представниками ряду змій? Щоб зрозуміти це, потрібно звернутися до іншого запитання: «Що було спочатку – отрута чи змія?». Відповідь на нього, здавалося б, очевидна: отрута виникла тільки після того, як змії стали зміями, і тільки у деяких з них (гадюкових, аспідових та морських змій). Проте з’ясування родинних зв’язків змій та ящірок і дослідження отрут змій та слини інших плазунів призвело до несподіваного відкриття. Виявилося, що змії, по-перше, – лише одна з гілок родинного дерева ящірок. Тобто, наприклад, хамелеони є більш далекими родичами геконів, ніж змій, хоча на перший погляд так не здається. По-друге, всередині родинного дерева ящірок є родинна група Toxicofera, до якої, крім змій і отруйних ящірок – отрутозубів, – належать й інші ящірки:3 ігуани, агами, хамелеони, веретільниці, варани, а також порівняно маловідомі шинізаври та ксенозаври. У слині цих видів було знайдено ряд схожих спільних за походженням токсинів. Проте не всі ці тварини використовують свою токсичну слину чи мають спеціалізовані отруйні залози, а також засоби введення у жертву отрути. Саме тому кількість токсинів і їхня потужність невеликі. Але ті, хто все ж таки використовує отруту, за мільйони років еволюції розширили арсенал токсинів в ній, зробивши їх дієвішими і пристосувавши до певної здобичі.

 

 

Навіщо бути отруйною: захист, полювання чи травлення?

 

Чому, мавши отруту вже 200 мільйонів років тому, частина змій і ящірок втратила здатність її вводити, а частина, навпаки, розвинула майже досконалу систему, що дозволяє за частки секунди впорснути отруту глибоко в тіло жертви? Все залежить від раціону. Втратили отруту комахоїдні та рослиноїдні ящірки, втратили змії, що харчуються невеликим об’єктами, які немає сенсу знешкоджувати до заковтування, втратили ті, що душать свою здобич.

 

Наразі вчені вважають, що отрута виконує кілька функцій, головна з яких – знешкодження та знерухомлення здобичі. Змії заковтують здобич цілою. Це можливо завдяки особливій будові черепа, який складається з багатьох кісток, що не зростаються одна з одною, а залишаються рухливими впродовж усього життя. 

Череп африканської гадюки

Рухливий череп дозволяє проковтнути велику здобич, але робить сам укус механічно слабшим, нездатним нанести значну шкоду. Саме проковтування надвеликої здобичі – тривалий і складний процес. Потрібно, щоб жертва не пручалась, інакше це загрожує самій змії травмами. Показово, що неотруйні змії також мусять спочатку знерухомлювати небезпечну здобич. Вони роблять це, обвиваючи та душачи її, таким чином позбавляючи можливості дихати. Саме з необхідністю знерухомити здобич і пов’язана наявність токсинів, що спричиняють параліч шляхом блокування нервово-м’язової передачі імпульсів або призводять до втрати свідомості через падіння артеріального тиску. Ці токсини стали основою для попередників одних з найбільш дієвих лікарських засобів від високого тиску. 

 

Також серед додаткових переваг застосування отрути – нанесення на здобич ольфакторної (запахової) мітки, що дозволяє потім відстежити її. Більшість змій не утримують здобич після укусу – це небезпечно для самої змії. Отрута ж діє швидко, але не миттєво, і за кілька хвилин невеликий гризун чи ящірка може втекти. Але це їй не допоможе – за нею залишиться запаховий слід і, обмацуючи предмети та пробуючи повітря роздвоєним язиком, змія знайде жертву за запахом власної отрути.

 

Інша функція отрути – це полегшення перетравлення здобичі. Але прискорити травлення може отрута далеко не усіх змій (і не всім це потрібно). Деякі змії справді значною мірою руйнують тканини жертви своєю отрутою, але, наприклад,  тропічним зміям поспішати нікуди, висока температура і так прискорює цей процес. Зокрема був проведений експеримент з тропічними куфіями з Тайваню4. Його результати показали, що час до повного перетравлення здобичі, що попередньо була укушена, не відрізнявся від того, що знадобився змії для перетравлення здобичі, що була спожита без попереднього укусу. Важливіше значення має ця функція у змій, що харчуються здобиччю, яку важко перетравити, наприклад комахами чи скорпіонами, або у тих, що мешкають у помірному кліматі, де активність травлення знижується через низьку температуру середовища.

 

І нарешті, отрута – це захист від ворогів. Втім, і тут не все так однозначно, навіть теоретично. Справа в тому, що синтез отрути – ресурсозатратний процес, і щоб «зекономити» на ньому, багато змій лише удають отруйних родичів, наприклад повторюють забарвлення іншого виду (мімікрія Бейтса). Отруйні змії теж не поспішають використовувати свою зброю для захисту, намагаючись спочатку відлякати супротивника. Деякі з них сичать, кобри надувають капюшон, гримучі змії шумлять за допомогою брязкальця на хвості, ефи видають звуки від тертя лусок. Ідеальна отрута не тільки допомагає в полюванні, а й захищає від ворогів. Вона не обов’язково повинна вбивати ворога, скоріше відлякувати його, спричиняючи сильний біль чи подразнення, або миттєво знешкоджувати тварин-супротивників чи людину, що у рази перевищують розміри найбільшої можливої здобичі, яку змія може з’їсти. 

Малоазійська гадюка – сучасний мешканець розвалин Лікійських міст

Слинна чи підшлункова залоза? 

 

Отрута – надзвичайно складна суміш різноманітних ферментів, токсинів білкової природи та допоміжних речовин. Існує кілька десятків груп токсинів, що мають спільне походження і часто схожу дію, і аж до сотні індивідуальних токсинів, які дослідники ізолюють з отрути різних видів змій.

 

Отруйні залози змій – великі мішкоподібні утворення, що розташовані позаду голови (у жаб’ячих гадюк вони найбільші – до 10 см довжиною і продовжуються на передню частину тулуба). Це типова залоза зовнішньої секреції (така як слинна, слізна, або залоза травної системи), що покрита зовнішньою оболонкою і стискається м’язами, які закривають щелепи, таким чином одночасно створюючи надлишковий тиск і виштовхуючи отруту через довгий канал до трубчастого каналу – отруйного зуба. Отруйна залоза має два відділи – задній, де синтезуються та зберігаються білкові складові, і передній, значно менший за розмірами. Деякі дослідження показали, що у ньому можуть накопичуватись допоміжні речовини, що роблять токсини дієвішими, і тому отрута, введена під час укусу, діє сильніше, ніж очищена отрута або отрута, отримана з задньої частини залози. Така собі двокомпонентна хімічна зброя. Втім, це недостатньо вивчена тема, і дослідження кінця ХХ сторіччя досі не мають продовження. 

 

Зазвичай запасу отрути вистачає на кілька укусів поспіль (для деяких змій – на десятки), але змія врешті-решт виснажується і вводить менше і менше отрути. Багато змій регулюють кількість отрути при укусі і навіть можуть не вводити отруту під час укусу – це так звані «сухі» укуси. В природі отруйні залози майже ніколи не спустошуються, а от в серпентаріях зміям між окремими сеансами забору отрути дають відпочити протягом тижня. 

 

Історично вважалося, що попередниками отруйних залоз були слинні, які набули нової функції та почали виробляти нові речовини, що утворилися у процесі еволюції. Але насправді, якщо подивитись на профіль транскрипції (переліку всіх генів, що працюють у тканині) отруйних залоз кобри, виявляється, що найближчим до неї буде профіль транскрипції підшлункової залози5. Тобто можливо за місцем розташування отруйні залози і наближені до слинних, але за набором білків, що синтезуються, більш схожі до підшлункової залози, яка забезпечує травлення і має в складі секрету багато активних ферментів. Ніхто поки не перевіряв, але, можливо, якщо впорснути в тіло тварини секрет підшлункової залози, ефект буде схожим на укус змії.

 

Все ж таки функція отруйної залози трохи відрізняється від підшлункової. З чого ж складаються і звідки беруться компоненти отрути змій? Серед кандидатів на токсини будуть насамперед ферменти, що мають високу руйнівну активність і секретуються назовні, у просвіт кишківника – травні ферменти, наприклад серінові протеінази отрут гадюкових змій. А якщо до секрету типової травної залози додати нормальні ферменти, які відповідають за розвиток, скажімо, запальної реакції в тканинах, але посилити їхню дію у багато разів? І такі є: наприклад, фосфоліпаза А2, що запускає каскадну реакцію тканинного запалення. Цей фермент є майже у всіх тканинах тіла хребетних і необхідний для нормальної роботи організму, але змії отримали багато копій цього гену, які шляхом мутацій та відбору набули нових властивостей і отримали нову функцію – отруєння жертви. Дуплікація-неофункціоналізація генів6 – один з головних шляхів отримання живими організмами нових біохімічних інструментів. А є і нові білки, які розвинулись лише у змій і, крім токсичних, інших функцій не мають або вони не відомі. Одним зі специфічних токсинів, що знайдений лише в отрутах змій, є токсин трьох пальців, амінокислотний ланцюг якого утворює три довгі «пальці», коли складається у просторі.

 

Карликовий гремучник

Гонка озброєнь

 

Токсини різняться не лише за походженням, але й за дією. Їх можна поділити за цим критерієм на кілька груп. У кобр та їх родичів – мамб, крайтів, тайпанів, аспідів та всіх отруйних змій Австралії – основу отрути складають постсинаптичні  нейротоксини, згадані раніше токсини трьох пальців. Вони блокують нервово-м’язову передачу імпульсу. Жертва помирає від паралічу дихальної мускулатури, прояви на місці укусу помірні, укуси майже не болісні, хоча є винятки. 

 

Отрути гадюкових змій через протеїнази – серінові та металопротеїнази –  впливають на згортання крові, прискорюючи його або навпаки сповільнюючи, спричиняють розпад еритроцитів, вихід плазми крові у тканини через підвищення проникності судин, крововиливи, набряки, розчинення тканин та некрози. Місцева дія цієї отрути сильна. Традиційно такі отрути називають гемотоксичними.

 

Накопичення знань про склад і дію отрути змій призвели до розуміння, що така класифікація є неповною і не завжди відповідає дійсності. Серед аспідових змій знайшлися види, отрута яких має сильну місцеву дію, можливу внаслідок активності фосфоліпази – спільного і найбільш поширеного компоненту отрути всіх змій, який призводить до місцевого запалення. Кілька копій гену фосфоліпази А2 у гримучих змій, які належать до родини гадюкових, еволюціонували і призвели до появи потужного нейротоксину7. Крім цього, виявилось, що отрути окремих видів бувають цитотоксичні, тобто спричиняють загибель клітин тканин, та кардіотоксичні, що впливають на роботу серця.  

 

Еволюційні шляхи передбачити непросто. Так, більшість змій використовують токсини, які походять з кількох родин білків, що набувають нових отруйних властивостей. Але це не заважає зміям постійно шукати нові токсини, тим більше, що жертви також еволюціонують. Земляні білки – родичі наших ховрахів з Південної Америки – мають стійкість до отрути гримучих змій, медовий борсук з Африки стійкий до укусів кобр та місцевих гадюк. Нечутливими до отрути місцевих змій є деякі види їжаків, мангустів, опосумів. Експерименти з земляними білками та гремучниками8 в Каліфорнії, зокрема, показали, що місцеві білки стійкі до гремучників, які живуть з ними, але безсилі до отрути змій того самого виду, що живуть в іншій місцині поруч. Це підтверджує гіпотезу про «гонку озброєнь» між хижаком і жертвою. Змії підтримують надзвичайне різноманіття отрути в межах одного виду9, що ускладнює утворення механізмів захисту у жертв.

 

Степова гадюка

Від сироватки до антидотів

 

Змії кусають людей по всьому світу. Втім, змії помірної зони або ті, що живуть в країнах, де медичне забезпечення добре розвинене, не створюють значної загрози. За весь час спостережень у Європі відмічені поодинокі випадки загибелі людей від отрути місцевих змій, а в Сполучених Штатах чи навіть Австралії кількість жертв змій мінімальна через наявність сироваток та кваліфікованої допомоги постраждалим. Набагато гіршою ситуація виглядає в трьох тропічних регіонах світу з найбільшим населенням – в Південній Америці, Африці та Південній Азії, де, за оцінками Всесвітньої організації охорони здоров’я (ВООЗ), щорічно від укусів змій страждають мільйони людей, а гинуть – до ста тисяч. Проблема цих регіонів не лише у зміях, а ще й у великій щільності сільського населення з поганим доступом до медичних послуг та неспроможністю держави замовити і закупити необхідні протиотрути. Люди з бідних верств населення цих регіонів, нерідко залишаючись скаліченими після невдалого лікування, втрачають свій і без того невеликий заробіток. Щороку до 400 тисяч людей10 виживають, але втрачають кінцівки після укусів змій. Це відбувається тому, що зволікання і пізнє звернення за допомогою після укусів гадюкових змій призводить до розвитку некрозів та супутніх ускладнень11. Саме через це ВООЗ додала зміїні укуси до списку забутих тропічних хвороб12 – захворювань, причину, перебіг і наслідки яких спричиняє бідність. Нещодавно благодійний фонд Wellcome Trust, що займається проблемами здоров’я, виділив додаткові 100 мільйонів доларів13 на розробку сучасних дешевших сироваток.

 

Перші сироватки почали розробляти майже 150 років тому, і за цей час технологія їхнього виготовлення майже не змінилась. Отруту змій вводять тваринам, зазвичай коням, потім з плазми крові імунізованих тварин отримують антитіла, які вводять людині, що отримала укус. Це технологія ХІХ сторіччя, і не диво, що вона має купу обмежень у застосуванні та низку побічних ефектів. Сироватки повинні зберігатись за низької температури, термін їхнього зберігання – десятки місяців, ефективними вони є лише від укусів тих видів, отруту яких вводили тваринам-донорам антитіл. Крім цього, склад отрути змій одного виду може варіюватися від популяції до популяції, і сироватки у такому випадку не діють навіть проти отрути представників того самого виду, але з іншої частини ареалу. Врешті-решт, сама сироватка – сильний алерген, і наслідком її введення може бути алергічна анафілактична реакціяАнафілактична реакція – потужна алергічна реакція, що має швидкий початок і перебіг, та може мати летальний наслідок., яка може бути небезпечнішою, ніж дія самої отрути змії.

Гадюка звичайна

Оскільки не всі укуси вимагають введення сироваток, а самі сироватки можуть спричинити дуже сильні алергічні реакції, в Україні, де місцеві отруйні змії не є критично небезпечними, діють протоколи лікування, згідно з якими сироватку вводитимуть, тільки якщо пацієнт знаходиться у тяжкому стані. Легші випадки отруєнь добре лікуються підтримувальним симптоматичним лікуванням, і за декілька днів настає одужання.

 

Останніми роками сироватки проти місцевих видів – гадюк степової, звичайної та Нікольського – перестали закуповувати за кордоном, тоді як в Україні вони не виробляються. Цього року Міністерство охорони здоров’я відзвітувало, що Україні була безкоштовно надана полівалентна сироватка, яка була виготовлена для Єгипту. На сайті Міністерства охорони здоров’я14 є її опис, з якого видно, що розроблена вона була лише для Єгипетських видів змій – кобр та африканських видів гадюк. Тобто тепер тераріумісти України, що тримають ці види, мають захист від їхніх укусів, а от з місцевими видами ситуація на краще не змінилась. За даними з Львівської області, деякі лікарні використовують цю екзотичну сироватку і під час лікування укусів звичайної гадюки, і начебто ускладнень не спостерігають. Але попри те, що отрути наших та африканських змій можуть бути схожі, ефективність такого лікування потрібно перевіряти. Цим лікарі не займалися. 

 

Над якіснішим очищенням, тривалим зберіганням та ефективною дією сироваток і далі працюють. На горизонті замайорів абсолютно новий підхід до лікування укусів. Склад отрути та структура токсинів багатьох видів вже добре відомі, а в арсеналі медиків з’явились синтетичні речовини, які можуть прицільно блокувати токсини змій. Нещодавно була виявлена речовина Вареспладиб, що пройшла навіть випробування на людях. Вона мала б допомагати при лікуванні гострого коронарного синдрому, але виявилася неефективною, хоча і нешкідливою. Метью Левін з університету Каліфорнії15 з’ясував, що вона повністю блокує дію фосфоліпази, що є одним з головних токсинів змій, і може захистити піддослідних тварин від смертельної дози отрути. Ця речовина не має таких побічних ефектів, як сироватка, є простішою у виготовленні і зберіганні. Вона могла б застосовуватись і від укусів наших гадюк, особливо гадюки Нікольського, у якої фосфоліпаза складає до 65% сухої маси отрути і спричиняє основні ефекти отруєння.

Гадюка Нікольського

Різноманіття змій в Україні невелике, але потрібно знати, що робити у випадку укусу та для його профілактики. Головне правило, яке дозволяє уникнути більшості укусів – триматись подалі від змій. Статистика показує, що змії кусають, коли люди намагаються або вбити, або зловити їх. Страждають від укусів переважно молоді люди чоловічої статі. Часто змії кусають на відпочинку або під час роботи в лісі чи степу, коли людина не помічає плазуна. Тому там, де є гадюки, треба бути обережним, захищати себе відповідним взуттям та одягом, не ходити по високій траві та у заростях кущів, дивитись під ноги, не збирати дрова навпомацки тощо. Якщо ви побачили змію – відійдіть, відстань у 1-2 метри вже безпечна. Якщо ж змія все-таки вкусила, не треба панікувати. Місце укусу необхідно промити, укушену кінцівку іммобілізувати, щоб отрута повільніше розповсюджувалась тілом. Не можна займатися самолікуванням, особливо використовувати народні рецепти:  накладати джгут, пити алкогольні напої, розрізати, проколювати, а тим більше припікати місце укусу, відсмоктувати отруту. Головне – доправити людину до лікарні якомога скоріше. До того моменту треба давати вдосталь пити, звільнити кінцівку від одягу та прикрас (якщо почнеться набряк, може статись перетискання кровоносних судин), можна прийняти ліки від алергії (антигістамінні) у рекомендованій в інструкції дозі.

Укуси наших гадюк не смертельні для дорослої здорової людини, але їх важко переносять літні люди та діти. Крім цього, не можна виключити розвиток сильної алергічної реакції, тому у будь-якому випадку потрібна термінова госпіталізація.

Але отрута змій – не лише загроза здоров’ю. Вони мають широкий арсенал біологічно активних речовин, які, якщо застосовувати їх в належних концентраціях і прицільно, є потенційними ліками від багатьох хвороб. Ліки, що виробляють з отрути кобр, можуть позбавити болю. До того ж, від них не виникає залежності. Цитотоксини інших змій потенційно можуть бути ліками від раку. Фактори, що впливають на згортання крові з отрут гадюкових змій, можуть бути ліками при захворюваннях крові або застосовуватись у засобах невідкладної допомоги (вчені навіть проводили експерименти з протромбіновими факторами з отрути еф, якими були просякнуті засоби першої допомоги при пораненнях,  – вони зупиняють кровотечу за лічені секунди). Не тільки отрути ящірок та змій цікаві для медицини. Можна дивитися ширше і взяти як приклад родичів змій – варанів. З плазми крові комодського варана було виділено речовину, яка зупиняє розвиток плівок мікроорганізмів16, що в наш час мультирезистетнтних бактерій надзвичайно актуально. Навряд чи людство повністю позбудеться ірраціонального страху перед зміями, але принаймні є надія на зміну раціонального ставлення до них як до одного з чудес природи, джерела знань про закони живого, істот, які можуть не тільки вбивати, але й зцілювати людей. 

ТЕКСТ: Олександр Зіненко
Фото: Олександр Зіненко,
James Chiucchi
Статті