Про моллюсков рода Conus

Григорий Идельсон
«Квантик» №12, 2024

Художник Мария Усеинова

Как понять, что эволюция каких-то живых существ изобрела что-то особенно удачное? Иногда можно сделать такие выводы, если посмотреть на количество видов в группе, пользующейся изобретением, и её ближайших родственников, у которых такого приспособления нет. Например, наземная часть отряда парнокопытных (теперь к парнокопытным относят ещё и китообразных, которые от них происходят) составляет 239 ныне живущих видов. Из них жвачных 207 видов, то есть 87%. Из такого сравнения можно сделать вывод, что то, что отличает жвачных от всех остальных — четырёхкамерный желудок, особенно качественно приспособленный для переваривания целлюлозы, — успешное изобретение.

К аналогичным выводам можно прийти, если посмотреть на моллюсков семейства Conidae. Это хищные моллюски. Семейство состоит из нескольких родов, каждый по десятку видов. Но один род — Conus — содержит более 900 видов. Понятно, что речь идёт об удачном изобретении.

В чём оно состоит, гадать не приходится. Моллюски рода Conus ядовиты. Некоторые из них питаются червяками, некоторые — маленькими рыбками, а некоторые — довольно большими, размером с самого моллюска.

У обычной улитки есть такой зубастый язык — по-учёному он называется радула. Она скребёт им поверхность листа. Но у многих конусов один из зубов видоизменён в длинный хобот. На конце этого хобота — жёсткая заострённая структура, похожая на гарпун. Она полая, и в ней содержится 10 микролитров яда. Если близко к моллюску подплывает рыба, он высовывает свой хобот, нащупывает им рыбу и впрыскивает яд. Яд должен подействовать и обездвижить рыбу настолько быстро, чтобы она не успела уплыть: сам моллюск сидит на месте или медленно ползает по дну.

В верхнем ряду изображена охотничья тактика конуса с гарпуном, в нижнем — без гарпуна. Из статьи Q. Guo et al., 2024. Diversity and Evolutionary Analysis of Venom Insulin Derived from Cone Snails

Моллюск сидит в раковине, проглотить рыбу размером с себя он не может. Поэтому после того, как рыба парализована, он высовывает из себя большой выдвижной желудок и надевает его на жертву. И так, вне своего тела, погружённого в раковину, он её переваривает. Некоторые виды не выпускают гарпун, а только выдвигают желудок, окутывают им жертву и выпускают яд в воду. Яд тогда всасывается через жабры или через рот рыбы.

Слева: моллюск рода Conus дотягивается хоботом до рыбки. Справа: он надевает выдвижной желудок на уже парализованную жертву. Из статьи B. M. Olivera et al., 2015. Prey-Capture Strategies of Fish-Hunting Cone Snails: Behavior, Neurobiology and Evolution

Другой моллюск рода Conus сидит зарытый в песок, только полосатый хобот выставлен наружу. Когда удаётся нащупать хоботом проплывающую жертву и парализовать её, он выкапывается из песка и надевает на жертву свой выдвижной желудок. Из статьи B. M. Olivera et al., 2015. Prey-Capture Strategies of Fish-Hunting Cone Snails: Behavior, Neurobiology and Evolution

Conus geographicus

Яд многих видов рода Conus опасен для человека. Один из видов, Conus geographicus, иногда называют cigarette snail — «сигаретная улитка». Это чёрный юмор, имеется в виду, что если он тебя ужалит, как раз успеешь выкурить сигарету. Но это преувеличение: в действительности смертельные случаи, связанные с конусом, крайне редки — за 30 лет описано во всем мире около 30 смертельных случаев. Часто это туристы-ныряльщики, соблазнившиеся красивыми яркими раковинами.

Сделать универсальный яд без противоядия, способный мгновенно парализовать самую разнообразную добычу, — непростая биохимическая задача. Решение задачи совершенно сногсшибательное. Яд каждого вида конусов содержит несколько сот небольших белков, состоящих чаще всего примерно из 30 аминокислот. Такие белки называются конотоксинами.

Структура ω-конотоксина MVIIA, одного из сотен компонентов яда одного из сотен видов моллюсков рода Conus

Один из конотоксинов изображен на рисунке справа. Он замечателен тем, что единственный из всех используется в качестве лекарства — очень сильного обезболивающего, вводимого прямо в спинной мозг. Он блокирует один из кальциевых каналов и тем самым препятствует передаче сигнала из одной нервной клетки в другую.

Все молекулы конотоксина содержат элементы прочности («золотые» трубочки на схеме). Аминокислоты, образующие элементы прочности, очень консервативны: они одинаковы в разных молекулах конотоксинов.

Но аминокислоты, которые составляют петли между элементами прочности — а именно они определяют специфичность конотоксина — очень разнообразны. Мутации в участках гена, кодирующих эти петли, происходят намного чаще, чем в обычных генах, и даже чаще, чем в тех частях гена конотоксина, которые не кодируют зрелый белок. Какой-то механизм заставляет конус делать там ускоренный перебор вариантов, после чего селекцией закрепляются организмы с токсинами, способствующими охотничьей тактике. В течение многих поколений даже совсем небольшое преимущество может закрепиться в результате селекции.

Нечто похожее, хотя и с другим механизмом, происходит у нас при «созревании антител»,¹ когда в результате усиленных мутаций в строго определенных районах гена образуются клетки, производящие антитела, которые связывают чужеродную молекулу более прочно. Такие клетки подвергаются селекции внутри организма. Разумеется, и механизмы образования мутаций, и временные рамки селекции совсем не похожи: эволюция лимфоцитов происходит внутри организма и занимает несколько недель, а эволюция целых организмов конуса занимает миллионы лет.

Множество вариантов конотоксинов не ограничивается генетическим разнообразием. Конотоксины очень часто содержат необычные аминокислоты. Генетический код умеет кодировать только 20 «обычных» аминокислот, поэтому если надо, чтобы в белке оказалась какая-то другая аминокислота — для этого нужны специальные ферменты, которые узнавали бы уже готовый белок и изменяли бы в нём нужную аминокислоту. Такое тоже встречается и в обычной жизни, но в конотоксинах таких изменений больше, и они разнообразнее, чем где бы то ни было.

Недавно обнаружили, что, помимо нейротоксинов, яд конусов содержит и другие вещества, также способствующие быстрому действию яда. Одно из таких веществ — инсулин. Инсулин — это гормон, который отвечает за количество глюкозы в крови. Есть болезнь — диабет I типа, — при которой инсулин не вырабатывается, и у человека слишком много сахара в крови. Такие люди должны постоянно вводить себе в кровь инсулин. Но если ввести человеку слишком много инсулина, у него совсем исчезнет сахар из крови, и он может потерять сознание. Что-то похожее происходит у рыб. И оказывается, в яде многих конусов содержится белок, похожий на инсулин. Если этот инсулин попадает в рыбу, она теряет сознание.

¹ О механизме «созревания антител» см. статью М. Молчановой «Сусуму Тонегава. Такие разные защитники» в «Квантике» №8 за 2024 год.