Kolombiya Amazon'undan toplanan 10 kraliyet yer yılanı, zorlu bir durumla karşılaştı. Esaret altında günlerce aç kalan yılanlara, oldukça çekici olmayan bir av sunuldu: Üç çizgili zehirli ok kurbağası (Ameerega trivittata).
Bu kurbağaların derisi, temel hücresel proteinlere müdahale eden histriyonikotoksinler, pumiliotoksinler ve dekahidrokinolinler gibi ölümcül toksinler içeriyor.
Kraliyet yer yılanlarının (Erythrolamprus reginae) altısı aç kalmayı tercih ederken, diğer dördü cesurca saldırıya geçti. Ancak avlarını yutmadan önce, kurbağaları zemine sürterek "temizlediler". Kaliforniya Üniversitesi'nden biyolog Valeria Ramírez Castañeda ve ekibinin belirttiği gibi bu davranış, bazı kuşların avlarındaki toksinleri temizleme biçimine benziyor.
Bu dört yılandan üçü, öğünlerini hayatta kalarak tamamladı. Bu durum, vücutlarının kalan toksinlerle başa çıkabilecek kapasiteye sahip olduğunu gösteriyor.
Canlılar, yüz milyonlarca yıldır birbirlerini öldürmek için ölümcül moleküller kullanıyor. İlk olarak mikroorganizmalar rakiplerini zayıflatmak veya işgal ettikleri konakçı hücrelere saldırmak için kimyasallar kullandı. Ardından hayvanlar avlarını öldürmek veya yırtıcılardan korunmak için, bitkiler ise otçullardan korunmak için bu stratejiyi benimsedi.
Buna karşılık, birçok hayvan bu toksinlerden kurtulma yolları geliştirdi. Hatta bazen bunları rakiplerine karşı kullanmak üzere depoladılar.
Bilim insanları, bu yaratıcı antitoksin savunmalarını çözmeye başlıyor ve bu sayede insanlardaki zehirlenmelere karşı daha iyi tedaviler belirlemeyi umuyorlar. Evrimsel biyolog Rebecca Tarvin'e göre, bu savunmalar biyolojik toplulukları sessizce şekillendiren bir gücü anlamamıza yardımcı oluyor.
Biyolojik Savaş
Türler çeşitli yollarla zehirli hale geliyor. Bazıları toksinleri kendileri üretiyor: Örneğin bufonid kurbağaları, sodyum-potasyum pompasının hücre dışına iyon iletimini durduran kardiyak glikozitler üretir. Bu iletim, hücre hacmini korumak, kasları çalıştırmak ve sinir iletimini sağlamak için kritiktir.
Diğer hayvanlar, toksin üreten bakterileri vücutlarında barındırır; kirpi balıklarında görülen bu durum, tetrodotoksin içeren etlerinin ölümcül olmasına neden olur.
Birçoğu ise toksinleri besin yoluyla alır; örnek olarak, toksin içeren böcekler ve akarlarla beslenen zehirli kurbağalar verilebilir. Bu kurbağalar arasında, yer yılanlarına yem olan tür de bulunuyor.
Bazı hayvanlar zehirli hale gelirken, kendilerini zehirlemekten kaçınmak için vücutlarını yeniden yapılandırdılar. Yediklerinin veya kendilerini yiyenlerin başına da aynı şey geldi.
Bu adaptasyonların en iyi incelenen örneği, normalde toksinler tarafından devre dışı bırakılan proteinlerdeki değişikliklerdir. Örneğin, glikozitçe zengin sütleğen bitkileriyle büyüyen ve beslenen böcekler, glikozitin bağlanamadığı sodyum-potasyum pompaları geliştirmiştir.
Ancak hayati bir molekülü değiştirmek, bir canlı için karmaşıklık yaratabilir. Almanya'daki Hamburg Üniversitesi'nden moleküler biyolog Susanne Dobler'in araştırmaları, bir böceğin pompasının glikozite ne kadar dirençli olursa, o kadar az verimli hale geldiğini gösteriyor. Bu durum, özellikle sinir hücrelerinde kritik bir sorundur.
Böcek bu sorunun etrafından dolaşmanın bir yolunu bulmuş gibi görünüyor. Dobler ve ekibinin 2023'te yaptığı bir çalışma, böceğin ürettiği üç farklı pompa versiyonu arasındaki toksin direncini inceledi. En işlevsel olanın, yani beyindeki pompanın, aynı zamanda en toksin duyarlı olan olduğu ortaya çıktı. Dobler'e göre, sütleğen böceği beynini glikozitlerden korumak için başka yollar geliştirmiş olmalı.
Dobler, hücre zarlarında bulunan ve atıkları hücre dışına atan ABCB taşıyıcı proteinlerinin bu süreçte rol oynadığı hipotezini test ediyor. Bazı şahin güvelerinin, kardiyak glikozitleri hücrelerden uzaklaştırmak için sinir dokuları etrafındaki ABCB taşıyıcı proteinlerini kullandığını bulmuş. Belki de sütleğen böceği de benzer bir şey yapıyor.
Dobler ayrıca birçok böceğin, toksik maddelerin vücuda girmesini engelleyen bağırsak zarlarında ABCB taşıyıcıları olduğuna dair bir hipotezi de test ediyor. Bu, glikozitçe zengin inci çiçeği ile beslenen parlak kırmızı soğan böceğinin, toksinlerden etkilenmeyip bunları dışkılamasını açıklayabilir. Dobler'in 2023'te bildirdiğine göre, ortaya çıkan dışkı yırtıcı karıncaları uzaklaştırma faydası sağlıyor.
Kraliyet yer yılanları için ise karaciğer anahtar gibi görünüyor. Hücre kültürü deneylerinden elde edilen veriler, yılan karaciğeri özündeki bir şeyin üç çizgili zehirli ok kurbağalarının toksinlerine karşı koruma sağladığını gösteriyor.
Ekip, yılanların ölümcül maddeleri alkol ve nikotinin insan vücudunda olduğu gibi toksik olmayan formlara dönüştüren enzimlere sahip olduğunu varsayıyor. Yılan karaciğerinde ayrıca toksinlere yapışıp hedeflerine bağlanmalarını engelleyen, onları sünger gibi emen proteinler de bulunabilir.
Bilim insanları, bazı zehirli kurbağaların kanında, onların ölümcül saxitoksinlere ve diyetlerinden aldıkları alkaloid toksinlere direnmesine olanak tanıyan bu tür "toksin süngeri" proteinleri keşfettiler.
Kaliforniya yer sincapları, damar duvarlarını tahrip eden, kanın pıhtılaşmasını engelleyen ve daha fazlasını yapan bir dizi toksinden oluşan çıngıraklı yılan zehrine karşı kendilerini savunmak için benzer bir hile kullanıyor gibi görünüyor. Yer sincabı kanı, yılanların kendi zehir bezlerinden kaçan zehre karşı korunmak için kullandıkları proteinlere benzer şekilde bazı toksinleri bloke eden proteinler içeriyor.
Zehirlerin bileşimi yılan popülasyonları arasında farklılık gösteriyor ve evrimsel biyolog Matthew Holding, yer sincaplarının antivenom karışımının yerel yılanlara uyacak şekilde ayarlandığına dair kanıtlara sahip.
Holding'e göre, bu tür savunmalar kusursuz değil. Çıngıraklı yılanlar, sincapların savunmalarını aşmak için sürekli olarak yeni zehirler geliştiriyor ve hatta bir çıngıraklı yılan kendi zehrinin yeterli miktarda enjekte edilmesi halinde ölecektir.
Bu nedenle, dirençli olanlar bile, ilk savunma adımı olarak toksinlerden kaçınmaya çalışır. Kraliyet yer yılanlarının sürünme davranışı ve bazı kaplumbağaların, zehirli semenderlerin yalnızca karın derisini ve iç organlarını, ölümcül sırt derisini tüketmemesi gibi alışkanlıkları da bu kaçınma stratejisinin bir parçasıdır.
Hatta kardiyak glikozitlere dirençli olan, sütleğen bitkilerinin damarlarını keserek zehirli sıvıyı boşalttıktan sonra bitkiye tapan, monark tırtılları gibi böcekler bile bu stratejiyi kullanır.
Toksinleri Faydaya Dönüştürmek
Birçok hayvan, tükettikleri zehirli kimyasalları güvenli bir şekilde depolayıp kendi amaçları için kullanmanın yollarını da bulur. Örneğin, parlak köpeküzümü böceği, ana bitkilerinden kardiyak glikozitler alır ve muhtemelen ABCB taşıyıcıları aracılığıyla bunları sırtına taşıyarak kendini savunur.
Dobler, "Bu böcekleri bir şekilde rahatsız ettiğinizde, sırt yüzeylerinde, yani dış kabuklarında küçük damlacıkların belirdiğini görebilirsiniz" diyor.
Bu tür bir zehir işbirliği yoluyla, bazı böcekler hayatta kalmak için ana bitkilerine bağımlı hale gelir. Monark kelebeği ile sütleğen bitkisi arasındaki ilişki bunun en önemli örneklerinden biridir ve bu tür iç içe geçmiş bağlantıların ne kadar uzun uzanabileceğini de gösterir.
2021 yılında yapılan bir çalışmada, evrimsel biyolog ve genetikçi Noah Whiteman ve meslektaşı, monarklara yem olmalarını sağlayan kardiyak glikozitlere tolerans geliştirmiş dört hayvan belirledi. Bunlardan biri, kelebeklerin kışlamak için güneye uçtuğu Meksika'nın dağlık bölgelerindeki çam ormanlarında monarklarla beslenen kara başlı tanariler kuşu.
Whiteman'a göre, Ontario ovasındaki bir sütleğen bitkisinde sentezlenen bir toksinin, binlerce mil uzakta bir ormanda güvenle beslenmek için bir kuşun biyolojisini şekillendirdiğini düşünün.
Whiteman, "Bu küçük molekülün kat ettiği yol ve evrim üzerindeki etkisi inanılmaz" diyor.
