Как змеи месяцами обходятся без еды, объяснили генетики
Эта потеря, вероятно, связана с экстремальным образом жизни этих животных, которые могут обходиться без пищи месяцами и обладают уникальной физиологией пищеварения.
Международная группа исследователей провела масштабный анализ геномов 112 видов рептилий, включая змей, ящериц, черепах, крокодилов и клювоголовых. Результаты работы, опубликованные в журнале Open Biology, показали, что система гормона грелина (GHRL) и фермента MBOAT4, который его активирует, полностью утрачена у всех исследованных змей (32 вида), а также у хамелеонов и жабовидных агам (род Phrynocephalus).
Гормон с двумя лицами
Грелин часто называют «гормоном голода», но его функции в организме сложнее. Он существует в двух формах: неацилированной (UnG) и ацилированной (AcG). Превращение первой во вторую катализирует фермент MBOAT4. У млекопитающих во время голодания уровень неацилированного грелина растёт, стимулируя окисление жирных кислот для получения энергии. После еды, напротив, повышается экспрессия MBOAT4 и уровень ацилированной формы, которая способствует накоплению жира.
В норме гены, кодирующие эту систему, есть у всех четвероногих — от земноводных до птиц и млекопитающих. Однако у змей картина оказалась иной. В их геномах исследователи не нашли работоспособных копий GHRL. У питонов и удавов сохранились лишь рудиментарные последовательности с мутациями, делающими ген нефункциональным. Например, у большинства изученных змей обнаружена мутация, которая обрезает белковую цепочку грелина уже после 14‑й аминокислоты. Анализ РНК желудка питона подтвердил, что ген не экспрессируется.
«Ген GHRL подвергся эрозии во всех линиях змей. Мы подтвердили его потерю у 32 видов, а также независимые случаи утраты у хамелеонов и жабовидных агам», — отмечают авторы исследования.
Судьба фермента MBOAT4 оказалась схожей у змей. У большинства из них (гадюк, ужеобразных, аспидов) найти его следы не удалось. У питонов и удавов обнаружены лишь сильно эродированные фрагменты гена с консервативными разрушительными мутациями, которые вряд ли могут производить функциональный белок.
Энергосберегающий режим
Почему природа «отключила» столь важную систему именно у этих групп рептилий? Учёные связывают это с их уникальной стратегией питания. Змеи, хамелеоны и жабовидные агамы — классические «засадные» хищники («сидячие охотники / sit-and-wait»). Они проводят долгие часы в неподвижности, поджидая добычу, а их обмен веществ в состоянии покоя предельно замедлен.
Особенно показательны в этом отношении змеи. Некоторые виды могут голодать более года, а после поимки крупной добычи их метаболизм ускоряется многократно, запуская процесс, известный как специфическое динамическое действие пищи (SDA). Этот всплеск энергозатрат у холоднокровных змей гораздо выше, чем у теплокровных животных, и полностью обеспечивается аэробным метаболизмом.
Учитывая, что у млекопитающих неацилированный грелин стимулирует окисление жиров в мышцах во время голода, его потеря у змей выглядит логичной. В периоды длительного покоя им не нужно дополнительно «сжигать» запасы — напротив, их стратегия направлена на максимальную экономию энергии.
«Утрата GHRL, вероятно, отражает снижение потребности в стимуляции окисления жирных кислот в локомоторных мышцах во время голодания», — предполагают исследователи.
Любопытно, что схожая потеря грелина ранее была обнаружена у монотрем (утконос и ехидна) и воробьинообразных птиц. В первом случае это связано с утратой желудка как органа, во втором — с циклами отложения жира. У змей же, хамелеонов и жабовидных агам потеря генов, скорее всего, стала результатом адаптации к жизни в режиме «пир — голод», где ключевую роль играет не стимуляция аппетита, а эффективное управление скудными ресурсами в периоды вынужденных пауз между трапезами.