Ученые из Израиля обнаружили, что хроническое потребление высоких доз алкоголя не влияет на выживаемость восточных шершней. Насекомых поили спиртовым раствором сахарозы, который содержал до 80 процентов этанола, в течение недели, и это не снизило их продолжительность жизни. Способность шершней быстро метаболизировать этанол исследователи связали с наличием у них нескольких копий гена алкогольдегидрогеназы. Результаты опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Многие животные регулярно потребляют этанол в низких концентрациях, поскольку он содержится в нектарах и фруктах. В результате у некоторых животных возникает влечение к алкоголю. На этом основана гипотеза «пьяной обезьяны», согласно которой человеческое пристрастие к алкоголю связано с любовью древних гоминид к таким фруктам. Однако даже на животных, приспособленных к этому, этанол в концентрациях выше четырех процентов действует неблагоприятно. В лучшем случае употребление этанола приведет к нарушениям поведения, а в худшем — к смерти.
София Бушебти (Sofia Bouchebti) и ее коллеги из Тель-Авивского университета исследовали, как восточные шершни (Vespa orientalis), регулярно потребляющие этанол в естественной среде, метаболизируют его. В течение недели они давали насекомым раствор сахарозы, который либо не содержал спирта, либо содержал его в разной концентрации — от 1 до 80 процентов. Одновременно они поили такими растворами медоносных пчел, чтобы сравнить реакции.
Даже самые высокие концентрации этанола не влияли на выживаемость шершней, их строительное и агрессивное поведение. Продолжительность жизни шершней, которые неделю питались раствором сахарозы, содержащим 80 процентов спирта, была такой же, как у тех, кто питался водным раствором сахарозы. Шершням, казалось, было все равно, что пить — они не отдавали предпочтения ни раствору сахарозы, ни спиртовому раствору, когда им предлагали выбрать. В то же время медоносные пчелы погибали в течение суток, когда пили 80-процентный спиртовый раствор сахарозы.
Чтобы выяснить, насколько быстро и эффективно шершни метаболизируют этанол, ученые поили их изотопно-меченым раствором этанола. Таким же раствором поили медоносных пчел. Шершни усваивали этанол быстрее, причем скорость различалась в зависимости от касты: самый высокий уровень метаболизма демонстрировали рабочие особи. После семи дней такой диеты ученые измерили уровень меченого углерода в тканях насекомых. Меченые атомы были во всех исследуемых тканях: в мозге, мышцах и в наибольшем количестве в жировом теле, которое у насекомых служит аналогом печени млекопитающих.
Ученые предположили, что устойчивость шершней к алкоголю может объясняться дупликацией генов, которые кодируют ферменты, участвующие в метаболизме этанола. Поскольку геном V. orientalis полностью не секвенирован, они проанализировали геномы других представителей рода Vespa и обнаружили у них от двух до четырех копий гена алкогольдегидрогеназы (NADP+). По две копии гена исследователи обнаружили у представителей близкого рода Dolichovespula, причем у всех видов они находились на одной и той же хромосоме. Это предполагает, что дупликация произошла в предковой линии. В имеющемся транскриптоме V. orientalis ученые нашли два транскрипта алкогольдегидрогеназы.
Эта работа представляет собой первый отчет о животном, которое способно эффективно и безопасно утилизировать высокие дозы этанола, которые не встречаются в естественной среде. В природе концентрация этанола в нектаре может достигать четырех процентов, а в спелых фруктах — восьми. Максимальная концентрация этанола, достижимая при естественной ферментации, составляет 20 процентов, поскольку при более высоких дрожжи не выживают. Возможно, высокая переносимость этанола шершнями связана с их совместной эволюцией с дрожжами, которые могут жить и размножаться в пищеварительной системе социальных ос, к которым относятся шершни.
Ранее ученые выяснили, что среди млекопитающих наибольшей устойчивостью к алкоголю могут похвастаться приматы и летучие мыши — активность их алкогольдегидрогеназы 7 оказалась выше, чем у других видов.