Наземные улитки ни в коем случае не мягкие, они чрезвычайно устойчивы к стрессам окружающей среды. Например, они могут связывать и обезвреживать большое количество токсичных металлов. Эволюционный трюк - одна из причин, по которой моллюски такие выносливые. Это выяснила австрийско-испанская исследовательская группа. Об этом сообщает журнал "BMC Biology" в очередном номере.
Улитки родом из моря. Они лишь незначительно изменили свою форму в процессе своего формирования 600 миллионов лет назад в кембрии, но их образ жизни изменился очень сильно. Около половины из примерно 43 000 его видов превратились из морских существ в наземных существ. Они смогли успешно выжить на суше благодаря многочисленным приспособлениям. Один из них можно охарактеризовать как «особый эволюционный трюк», объясняет Рейнхард Даллингер, профессор экофизиологии Университета Инсбрука.
Металлы: жизненно важные и токсичные одновременно
Адаптация к суше привела к тому, что улиткам приходится иметь дело с повышенными и переменными концентрациями металлов. «Металлы являются естественными компонентами земной коры. С каждым ливнем количество ионов металлов в почве увеличивается как на дрожжах. Однако, в отличие от своих морских родственников, у наземных улиток больше не было достаточно воды, чтобы вымывать из тела нежелательные металлы. Их организм адаптировался и развил внутриклеточные механизмы, чтобы справляться с повышенными и переменными нагрузками металлов», - объясняет Даллинджер.
Улиткам необходим микроэлемент медь для центральных метаболических процессов. Например, их дыхательный белок гемоцианин содержит медь, а не железо, как у человека. Таким образом, кровь улитки не красная, а светло-голубая. Животные могут удерживать и запасать в своих клетках медь, столь необходимую для их метаболизма. В то же время они могут связывать и обезвреживать излишки других токсичных металлов, не влияя на жизненно важный для животных метаболизм меди.
Белки связывают металлы
Моллюски достигают этого за счет особых эндогенных белков - так называемых «металлотионеинов». Белки этого класса содержат особенно большое количество аминокислот с атомами серы, способных связывать металлы.«У большинства животных металлотионеины относительно неспецифически связывают медь, кадмий и цинк одновременно. Это связано с тем, что связывание между атомами серы и некоторыми ионами металлов в этих белках не очень избирательно», - объясняет Даллинджер. Напротив, наземным улиткам удалось компенсировать эту низкую химическую специфичность в ходе эволюции посредством ряда эволюционных процессов таким образом, что появились металлоспецифические варианты белков.
Дупликация генов обеспечивает раздельное связывание меди и кадмия
Отправной точкой для этого развития был эволюционный процесс, известный как дупликация генов. Первоначально это привело к идентичной копии уже существующего гена металлотионеина. Последующая эволюционная модификация двух белковых цепей привела к тому, что одна из изоформ окончательно приняла пространственную конфигурацию, в которой только ионы меди могут быть связаны в тригональной координации, тогда как вторая изоформа может связывать только кадмий в тетрагональной координации.
Улитки могут связывать и детоксицировать большое количество токсичных металлов в своих железах средней кишки, не нарушая метаболизм жизненно важной меди. Это обстоятельство делает этих животных особенно устойчивыми к загрязнению тяжелыми металлами. Результат австрийско-испанской группы дает новое представление о том, как эволюционные механизмы могут привести к выражению специфичности металлов в этих белках.