Новая Гвинея – дом для одних из самых ядовитых птиц в мире. Почему они содержат яд и как умудряются его выдерживать – до сих пор предмет научных споров и загадок.
Случайное открытие, изменившее орнитологию
Летом 1989 года Джек Дамбакер, молодой орнитолог-стажер, отправился в свою первую экспедицию в пышные тропические леса Папуа-Новой Гвинеи. Однажды липким днем он заметил в своих сетях необычную птицу с ярким черно-оранжевым оперением. Но когда Дамбакер попытался ее освободить, дроздовая мухоловка (hooded pitohui) его оцарапала.
Когда Дамбакер рассказал об этом местным проводникам, те понимающе кивнули, сообщив, что жители деревень избегают этих «мусорных птиц» и едят их, только если «освежуют и специально приготовят». Любопытство взяло верх, и тогдашний аспирант Чикагского университета провел следующий год, собирая образцы питоху и ища химика на родине, который мог бы определить источник странных ощущений.
В 1992 году Дамбакер и его коллеги объявили ошеломляющие результаты: дроздовые мухоловки содержат батрахотоксин. Этот токсин смертоноснее цианида и является одним из самых летальных веществ в животном царстве. Тот же самый яд обнаруживают у некоторых ядовитых лягушек-древолазов за полмира оттуда.
Не одни такие: ядовитое братство
С тех пор было выявлено еще как минимум дюжина ядовитых видов птиц (из более чем 10 500 известных науке). Некоторые члены этой избранной группы, такие как европейский перепел, североамериканский воротничковый рябчик и европейские удоды, обитают за пределами Новой Гвинеи и содержат другие токсины. Однако большинство из них несут батрахотоксин и являются эндемиками второго по величине острова в мире, включая как минимум пять других видов питоху и синешапочную ифриту.
Но и 35 лет спустя после случайного открытия Дамбакера, многое о ядовитых птицах Новой Гвинеи остается загадкой. «Мы очень многого не знаем – от экологии птиц до того, как они используют батрахотоксин для защиты и откуда они его получают», – говорит Дамбакер, ныне куратор птиц и млекопитающих Калифорнийской академии наук.
Он последний раз посещал остров в 2011 году, и теперь другая команда ученых – под руководством эколога Кнуда Йонссона из Шведского музея естественной истории и эволюционного биолога Касуна Бодаватты из Копенгагенского университета – продолжает исследования Дамбакера. Они уже добились успехов, идентифицировав в 2023 году два новых вида ядовитых птиц – первое такое открытие почти за два десятилетия. Ученые планируют ежегодно посещать Папуа-Новую Гвинею до 2028 года.
Ключевой вопрос, на который они надеются ответить: откуда берется токсин, который, как полагают, защищает птиц от хищников и паразитов?
«Ты – то, что ты ешь»: в поисках источника яда
Одна из теорий происхождения этого яда – диета птиц.
«Предполагается, что они едят этих жуков рода Choresine и так получают свой токсин, – говорит Йонссон. – Но на самом деле мы не знаем».
Дамбакер, который в 2004 году первым описал присутствие батрахотоксина как у птиц, так и у жуков, не верит, что токсин зарождается в этих крошечных, размером с рисовое зернышко, насекомых.
«Большинство данных указывает на то, что жуки не могут производить такие стероидные алкалоиды, – говорит он. – Поэтому очень возможно, что жуки получают его из какого-то другого источника, например, почвенных клещей или даже растений».
Чтобы отследить происхождение батрахотоксина, исследователи планируют собирать ядовитых птиц и сравнивать содержимое их желудков с насекомыми, пойманными в близлежащие ловушки. «Идея в том, чтобы попытаться выявить потенциальные объекты добычи, содержащие токсин, – объясняет Йонссон. – Это очень похоже на поиски иголки в стоге сена, но это самый первый шаг, который мы можем предпринять».
Они также сотрудничают с Кристин Бемельманнс, химиком из Саарландского университета в Германии, чтобы точно определить батрахотоксин и молекулярно схожие токсины в уже собранных образцах.
Тесты показали, что ядовитые птицы содержат смесь токсичных производных – лаборатория Бемельманнс на данный момент идентифицировала шесть – концентрация которых может варьироваться у разных особей и видов.
Дроздовая мухоловка (hooded pitohui) – одна из нескольких ядовитых птиц, зарегистрированных в Папуа-Новой Гвинее. Хотя ядовитые птицы были зарегистрированы в Северной Америке и Европе, большинство известных науке обитают в этом регионе Южной части Тихого океана.
Загадка иммунитета: как птицы не травят сами себя?
Еще одна давняя загадка – как птицы защищают себя от смертельного токсина, который они носят.
Батрахотоксин связывается с натриевыми ионными каналами в нервных, мышечных и сердечных клетках, вызывая онемение, судороги, паралич и даже смерть. «Он садится на эти каналы и держит их открытыми, так что нервы просто продолжают дергаться», – говорит Йонссон.
Стоит отметить, что ядовитые птицы содержат гораздо меньше токсина, чем, например, ужасный листолаз (золотая ядовитая лягушка), которая несет достаточно батрахотоксина, чтобы убить 10 взрослых мужчин. Дроздовая мухоловка – самый токсичный вид птиц – не смертельна при прикосновении или употреблении в пищу.
Давняя теория, объясняющая, как птицы «не убивают сами себя», заключается в том, что они, подобно ядовитым лягушкам-древолазам, имеют мутации в своих натриевых каналах, которые препятствуют связыванию токсина, говорит Дэниел Майнор, биофизик из Калифорнийского университета в Сан-Франциско.
Такая же особенность обнаружена у рыбы фугу, синекольчатого осьминога и других ядовитых животных, которые остаются невосприимчивыми к собственным ядам.
Действительно, когда Йонссон и его сотрудники сравнили геномы шести видов ядовитых птиц с их неядовитыми сородичами из тех же семейств, они обнаружили, что у ядовитых птиц есть множественные мутации в гене, кодирующем определенный натриевый канал.
Однако, когда команда Майнора провела электрофизиологические тесты на генах, клонированных у южной изменчивой дроздовой мухоловки (southern variable pitohui), они «были обескуражены», обнаружив, что натриевые каналы остались чувствительными к батрахотоксину – несмотря на мутации!
Теперь Майнор считает, что устойчивость птиц кроется в еще не идентифицированном белке, который действует как «губка для токсинов», связывая батрахотоксин и изолируя его. На эту мысль его натолкнула работа над сакситоксином.
«Наша лаборатория показала, что саксифилин, белок, естественно встречающийся у ядовитых лягушек-древолазов, может захватывать и связывать сакситоксин с высокой аффинностью, – объясняет он. – Так что, возможно, то же самое происходит и с батрахотоксином».
Йонссон и Бодаватта считают, что эти два механизма могут быть взаимодополняющими. «Птицам в любом случае необходимо транспортировать батрахотоксин из кишечника в кожу, – говорит Бодаватта. – Значит, у них должен быть транспортный белок, который это обеспечивает».
Их больше, чем мы думаем?
Ученые стремятся узнать, существуют ли еще неизвестные ядовитые птицы.
Йонссон считает это весьма вероятным. «Ядовитые птицы Новой Гвинеи принадлежат к надсемейству Corvides, которое насчитывает около 700 видов по всему миру, – говорит он. – В Новой Гвинее обитает 140 из них, и его команда до сих пор изучила лишь пятую часть».
Начиная с ноября этого года, его команда будет собирать «как можно больше образцов Corvides» из разных частей острова и проверять их на батрахотоксин. Они также планируют секвенировать геном как минимум одной особи каждого вида для выявления мутаций натриевых каналов.
Более полный геномный набор данных также позволит ученым идентифицировать возможные белки-«губки для токсинов», добавляет Бодаватта.
В более широком смысле, исследователи хотят изучить «суперкрутую и безумную конвергентную эволюцию», которая позволила развить эту особую устойчивость к токсинам как у лягушек, так и у птиц, а также у неродственных видов птиц в Новой Гвинее и других частях мира, говорит Бодаватта.
«Понимание конвергентных адаптаций путем естественного отбора является центральной задачей эволюционной биологии», – добавляет Йонссон.
Чем больше ученые узнают о том, что существует, тем больше вопросов они смогут задать о том, почему это существует.
«Возможно, через два-три года мы сможем поделиться новыми открытиями, – говорит Бодаватта. – Это только начало».
А вы слышали о ядовитых птицах? Как думаете, какие еще удивительные адаптации скрывает природа? Делитесь своим мнением в комментариях!