Проблеми кровососів: як це — бути вампіром?

Дженніфер Заспел не може пояснити, чому вирішила сунути великий палець у флакон з міллю. Просто захотілося. Вона ловила метеликів у липневу ніч на Далекому Сході в Росії і зловила калиптру (Calyptra), з коричневими завитками на крилах, нагадують висушене листя, в пластиковий складальний флакон. З 17 тропічних видів калиптры вісім були вампірами. Самці іноді відходять від своєї фруктової дієти, втикаючи свої міцні ротові щелепи у ссавців, таких як велика рогата худоба, тапіри і навіть слони і люди, щоб випити свіжої крові.

Але Заспел вважала, що знаходиться за межами території, на якій могла зіткнутися з видами вампірів. Вона зловила C. thalictri, широко відому в Швейцарії, Франції та Японії як суворий плодожор.

Перш ніж замотати флакон з метеликом, «я просто так засунула в нього великий палець, щоб подивитися, що вона буде робити», говорить Заспел. «Вона пронизала мій великий палець і почала мене жерти».

Ось вам і вісім вампірів. Заспел, ентомолог з громадського музею Мілуокі, досі спантеличена генетикою метеликів у двох російських місцях, які вона відвідала в 2006 році. Самці будуть кусати дослідника за палець, якщо їм запропонувати, але генетичні дослідження показують, що ці метелики входять в список доброзичливих видів. Принаймні повинні.

Хоботок Calyptra thalictri отримує кров з вченого. Довгий час вважалося, що цей метелик харчується виключно фруктами, тому що його хоботок краще пристосований для пробивання сливи, ніж великого пальця.

«Я б порівняла це з бджолиним укусом», говорить Заспел. На благо науки, один з колег Заспел добровільно задокументував досвід, зазначивши, що метелик їв цілих 20 хвилин. Такі укуси безумовно не проходять непоміченими. Ці метелики та інші вампіри ризикують своїм життям, поки харчуються.

Перебиватися періодичними червоними сніданками або намагатися вижити одній тільки кров'ю куди складніше, ніж показують в кіно. Відносно небагато тварин ведуть подібний спосіб життя: деякі комахи та інші членистоногі, деякі молюски, деякі риби, іноді птахи і, звичайно, три види кажанів.

Кров — не найпростіша їжа. Тварина, як правило, намагається поглинати якомога більше їжі. Але при таких героїчних обсягах кров може бути токсичною. При цьому однією кривавої їжі недостатньо, оскільки їй бракує деяких базових поживних речовин. При такому способі життя кишки володіють особливою фізіологією. Сучасні інструменти генетики і молекулярної біології розкривають приховану спеціалізацію, необхідну для живлення кров'ю, а разом з тим і жорстокі практики, які часом доходять до крайності, начебто передачі крові від метелика до до метелика. Хоча багато з цих біологічних адаптацій ніколи не зрівняються з силою безсмертних вампірів, в деякому сенсі їх можна вважати суперсили.

Велика тарілка

Щоб усвідомити ризики, на які йдуть справжні вампіри, уявіть собі тварину, вага якого більшого вашого 35 мільйонів разів. А тепер спробуйте його вкусити. Досить сильно, щоб пішла кров.

Очевидно, воно розлютується. «Вас легко може вбити носій», говорить молекулярний фізіолог комах Педро Олівейра з Федерального університету Ріо-де-Жанейро. Множник в 35 мільйонів прикладається для 2-миллиграммового комара, атакуючого 70-кілограмового людини.

Знайти такий гігантський джерело крові нелегко. «Якщо відправитися в ліс, між хребетними хазяїнами будуть сотні метрів відстані, а сотні метрів будуть як кілометри для нас», говорить Олівейра. Потім крихітному вампірові потрібно знайти капіляр, який можна прокусити, всього в декількох міліметрах під поверхнею шкіри. У випадку з людиною підійде лише близько 10% шкіри.

Професіонал в частині висмоктування крові, жук Rhodnius prolixus, має ферменти в кишечнику, утримують тирозин в їжі від кристалізації і проколювання тканин.

Беручи до уваги небезпеку і труднощі, з якими стикаються донори крові, «більшість із них намагаються мінімізувати кількість відвідувань», говорить Олівейра. Вони п'ють швидко і п'ють багато. Молодий жук-кровосос, здатний поширювати виснажливу хворобу Шагаса, всього за кілька хвилин випиває крові в 10 разів більше своєї ваги.

Прив'язати це до людської фізіології? Забудьте. Бувають люди, які навмисно п'ють кров, і це інша історія, але навіть невеликі обсяги за мірками вампірів — наприклад, кров, ковтнув в результаті носової кровотечі, — можуть викликати розлад шлунку, тобто діарею, говорить Томас Ганц з Медичної школи Девіда Геффена з Каліфорнійського університету в Лос-Анджелесі. Свіжу кров важко переварити кишечником людини, і дуже мало води з крові витягується і направляється в нирки. Ганц порівнює кров з розчинами, які люди п'ють для очищення травної системи, швидкої і неприємною, для колоноскопії.

При великих прийомах крові в їжу інгредієнти, які були б нешкідливими у великих кількостях, можуть бути токсичними. «Доза визначає отрута», говорить Олівейра.

Видалити з крові воду і отримаєте на 90% складається з білка речовина. Олівейра зіткнувся з небезпекою цього білка, коли досліджував генетику одного з американських жуков Rhodnius prolixus у своїй лабораторії. Цей каплевидний жук, з тулубом, звужується до голови, ховається в щілинах у приміщенні або зовні. Вночі самці і самки жука шукають людей, їх вихованців або інших ссавців, щоб криваво повечеряти. Цей жукнадзвичайно потайний і, на відміну від вампірів-метеликів, не будить свою жертву під час укусу. На відміну від комарів, укуси яких передають збудників через слину, цей жук передає паразитів хвороби Шагаса через екскременти, які залишає на носії.

З усіх амінокислот, виявлених в цій великій порції напою, тільки для тирозину є великий масив ферментів, готових його розбити в шлунку жука, показали вчені в 2014 році. Пошук ферментів, що розкладають тирозин в кишечнику, це «трохи дивно», говорить Олівейра. У ссавців печінка і нирки є єдиними органами з ферментами, які руйнують тирозин. Знову ж таки, більшість ссавців не наповнюють кишки одним тільки білком.

Коли дослідники відключили здатності до руйнування тирозину у жука, або генетичним шляхом, або хімічно блокуючи ферменти, жуки загинули після обіду. Про це Олівейра і колеги написали в Current Biology в 2016 році. Частина мертвих жуків показала, що кристали тирозину пробили кишечник і його вміст виплеснулося в порожнину тулуба. Це відкриття, зазначили вчені, одного разу може дати молекулярним біологам власне ліки, яке буде служити для вбивства вампірів.

Кровососание у членистоногих розвивалося незалежно кілька разів (до 21), але найчастіше вампірам доводилося вирішувати одні й ті ж проблеми з різними примхами біохімії. Однак проблема детоксикації тирозину може бути проблемою, яку багато родоводи вирішували надзвичайно схожим чином, вважає Олівейра.

Перші удари по зброї, що відключають загальну хімію, — це сполуки, які інгібують фермент HPPD. Фермент припиняє розщеплення тирозину, причому не тільки у вищезгаданих жуков. При тестуванні метод був безпечним для молочних жуків і борошняних черв'яків.

Дурна кров

Тирозин — лише одне з поживних речовин, які стають отруйними завдяки обсягами. В реальному світі здатність вампірів виділяти відходи набагато важливіше, ніж якась вигадана сила, що дозволяє піднімати вантажівки.

Нефролог Йонас Аксельссон з Каролінського інституту в Стокгольмі і його колеги вивчали функцію нирок у летючих мишей-вампірів в порівнянні з їх братніми видами, що живуть фруктами або нектаром. Раціон людини зазвичай містить від 50 до 120 грамів білка в день, але якщо харчуватися, як кажан-вампір, людський еквівалент становив би 6000 грамів білка на день для 70-кілограмового тіла. Така передозування білком означає, що ці кажани мають концентрацію білка в білково-метаболічних продуктах відходів, таких як сечовина, що миттєво призведе до ниркової недостатності у людей.

Але миші-вампіри в порядку. Їх нирки таких же розмірів, що і нирки інших летючих мишей. Миші-вампіри відводять більше простору довгим канальцям, які займаються реабсорбированием корисних речовин з щойно приготованою сечі, зазначає він.

Велика частина білка в крові — гемоглобін, железосодержащая диво-молекула, яка переносить кисень по тілу і допомагає хребетним рости великими і товстими. Однак швидке переварювання такої кількості гемоглобіну може вивільнити потенційно отруйну дозу заліза в кровотік. Здорова людина може ощасливити свого лікаря концентрацією заліза в крові близько 127 мікрограмів на 100 мілілітрів. Однак концентрації в 200 разів вище, по всій видимості, не шкодять миногообразным рибам в їх личинковому вигляді. Личинки забирають залізо в процесі поїдання всього, що знаходять. Коли морські міноги (Petromyzon marinus) дозрівають, у них з'являються безжальні ряди зубів, якими вони спливають і висмоктують кров з інших риб. При цьому концентрації заліза в крові падають приблизно до 10-кратного рівня здорового для людини змісту.

Але ще страшніше кровосисних морських міног виділення, які не дозволяють крові жертви згортатися

Спочатку мінога прилипає до шкіри, що нагадує «зволожену присоску на обличчі», говорить фахівець з миногам, біолог Маргарет Докер з Університету Манітоби у Вінніпезі, Канада. У рамках експерименту вона дозволила кровососів срібною миноге (Ichthyomyzon unicuspis) вкусити її за вилицю. Вони водяться в озерах і струмках Північної Америки. Тільки половина з 38 світових видів міног смокчуть кров.

Міноги добре захоплюють жертву. Деякі не відчіпляються навіть при русі вгору по водоспадах або греблям. Вкрай рідко буває так, що риба встигає скинути міногу перш, ніж та вчепиться зубами на своїй мові або оральному диску і надасть свої антикоагулянти.

Міноги могли стати паразитами на самому початку історії хребетних, і тому їм довелося тривалий час виробляти свої вампирические нахили. Деякі скам'янілості девонського періоду, яким 360 мільйонів років, з'явилися задовго до розквіту динозаврів, демонструють оральний диск з 14 рівномірно розподіленими зубами, на вигляд вже готовими смоктати кров.

Дослідження фізіології сучасних кровососів отримали потужний джерело нових даних в 2013 році, коли міжнародна група вчених розшифрувала книгу з генетичними інструкціями морський міноги. Докер сподівається розкрити більше фішок з детоксикацією у міног, начебто супероксиддисмутази, яка збільшується разом із зростанням концентрації заліза в печінці у дорослих міног. На цьому етапі клітини печінки схожі на людські, коли страждають від гемохроматозу. Ще одна причина вивчати справжніх вампірів, якщо їх недостатньо, це можливість розкрити нові таємниці метаболічних захворюваньлюдини.

Недостатньо!

В крові може бути катастрофічно багато одних речей і катастрофічно мало інших. «Вампірам не так просто впоратися з цим», говорить мікробіолог Ріо Ріта з Університету Західної Вірджинії в Моргантауне.

Вона пояснює, що в крові недостатньо вітамінів B. Тваринам потрібні ці речовини як живильні речовини для широкого спектру основних процесів тіла, таких як регуляція генів, сигналізація клітин і розбивка амінокислот. При цьому тварини не можуть робити власних запасів. Будь-які мухи-вампіри Ріо оминають цю проблему вельми хитромудро.

«Я полюбила мух цеце з тих пір, як вперше дізналася про них», - говорить вона. На південь від Сахари в Африці у мух «реально крута біологія», каже вона, і це не їх здатність поширювати паразитів, які занурюють людей в смертельний сон.

Мухи цеце нагадують звичайних товстих домашніх мух, але сильно відрізняються. Замість того, щоб подібно звичайному комасі відкладати багато маленьких яєць і сподіватися, що комусь із нащадків пощастить, самка мухи цеце виношує одне потомство за раз. У ній з'являється одне яйце і по мірі зростання витягає їжу з «молочних залоз всередині матері. Можна побачити, як воно стає все більш вимоглива і вимогливішою. Іноді мати дає потомство, яке більше її за розмірами. І тоді у потомства до цього моменту буде лише лялькова стадія, що відокремлює їх від статевозрілості. «Якби я народила 12-річного», говорить Ріо.

Коли мама-муха дає своїй дитині високий старт в житті, вона передає йому інфекцію, яка знадобиться для включення кривавої дієти раціон. Кожна личинка з'являється з власними стержнеобразными бактеріями Wigglesworthia. Ці бактерії поїдають вітаміни B і процвітають всередині спеціального органу, який росте всередині мухи. Версія цього органу у мухи цеце — бактериома — схожа на «маленький пончик навколо травного тракту», говорить Ріо.

Взаємодія між мухою і мікробами приваблює еволюційних біологів, оскільки гени бактерій і господаря змінюються протягом поколінь, іноді руйнуючи або створюючи дивні функції, в залежності від дій одного з партнерів.

Знежирені кажани

Ще одним недоліком крові є її низький вміст жиру, принаймні з точки зору летючої миші-вампіра. Невелика летку ссавець може переносити лише 20-30% власної ваги у вигляді вантажу, тому невеликий знежирений перекус не зможе наситити миша надовго. Звичайна кажан-вампір (Desmodusrotundus) не зможе пережити трьох днів, не попивши крові, говорить еволюційний біолог Джеральд Уілкінсон з Університету штату Меріленд в Коледж-парку. Це одна з сил, що підштовхує цих мишей до створення соціальних мереж кровообігу.

Ці гострозубе ссавці входять в один з трьох видів кажанів-кровососів, і всі вони водяться в теплих широтах західної півкулі. Перший дикий D. rotundus, якого вивчав Уілкінсон, зустрівся йому на ранчо в Коста-Ріці, де «часто злітав і сідав на круп коня», говорить він. У миші був м'ясистий невеликий ніс, «як у свині», здатний відчувати тепло — це допомагає визначити, де тепла кров ближче всього протікає на поверхні тіла. В цілому дістати кров «було не самим тривіальним справою для мишей». Зазвичай миша проводить півгодини в пошуках місця, розчісуючи волосся коня, якщо необхідно, выкусывает крихітний шматочок плоті і лиже рану, при цьому мочась. Кінь навіть не прокидається. Повернутися до рани наступної ночі набагато простіше, ніж знайти нове місце. Уілкінсон зрозумів, що летюча миша живиться однієї і тієї ж конем, незважаючи на те, що кінь переходить на інше пасовисько.

За словами Уілкінсона, слина кажана володіє вражаючими антикоагулянтні властивості. «Мене кусали кілька разів, і кров було важко зупинити», говорить він. «Люди, яких кусали, прокидалися в калюжі крові — і часто кров йде довго після відходу кажана».

У порівнянні з летючими мишами інших видів, звичайна кажан-вампір має чи не суперсилою: замість того, щоб літати, вона просто бігає по землі.

Коли голодна кажан не може знайти їжу на ніч, досвідчений кровосос може взяти трохи крові у більш щасливого мисливця. Вони мають мордочки одну навпроти одної, і «поки одна тварина нерухомо, інше лиже», говорить Уілкінсон.

У своїх перших експериментах з полоненими кажанами він виявив тварин, готових періодично ділитися кров'ю з голодними мишами без будь-яких родинного зв'язку. Протягом десятиліть вчені обговорювали, чи справедливо вважати летючих мишей-вампірів прикладами природних альтруїстів. Навіть у неволі вампір допомагає голодуючому сородичу.

Так, бути вампіром важко. Тому вампіри допомагають один одному.