La sekretoj de veneno

Milito temas pri komunikado. Tion rimarkis homoj, kiuj militas per propagando kaj infiltrado en komunikaj retoj. Tiaj strategioj sonas modernaj, sed estas antikvaj. Jam dum centoj da milionoj da jaroj plantoj kaj bestoj uzas similan sabotadon por forpeli predantojn aŭ mortigi predojn. Tiel eĉ la plej eta besto povus mortigi elefanton.

Insulino kiel armilo
Unu el la plej danĝeraj helikoj kiuj ekzistas estas Conus geographus, kiu uzas insulinon kiel armilon*. En bestaj korpoj, insulino estas uzata kiel hormono, signalmolekulo kiu transportiĝas per la sango. La pankreato produktas insulinon kiam la koncentriteco de sukero (specife glukozo) en la sango estas tro alta. Ĉeloj sensas tiun insulinon en la sango per ricevantoj en siaj membranoj. Tiuj estas molekuloj kun tre specifa formo, en kiu la insulina molekulo taŭgas kiel ŝlosilo en seruro. Kiam la ricevantoj sensas insulinon, la ĉelo sorbas la sukeron kaj faras pli grandajn molekulojn el ĝi kiel glukogenon aŭ grason. La rezulto estas ke la koncentriteco de sukero en la sango malkreskas ĝis akceptebla nivelo. La heliko misuzas tiun komunikan sistemon injektante multege da insulino en fiŝon. Ĝi esence diras al la korpo de la fiŝo ke ĝi havas tro da sukero en la sango, eĉ se la vera koncentriteco estas tute bona. Tio kaŭzas ke la koncentriteco de sukero draste sinkas ĝis danĝeraj niveloj kaj ke la fiŝo svenas. Per infiltrado de la komunikada sistemo de la fiŝo, la multe malpli rapida heliko povas venki ĝin.

*Preskaŭ ĉiuj venenoj enhavas multege da malsamaj toksoj. En ĉi tiu artikolo mi priparolas nur specifajn ekzemplojn por ke la teksto restu komprenebla.

Conus-geographicus.jpg
Conus geographus

Oni povas demandi sin kiel la heliko povas veneni alian beston, sed ne si mem. Por kompreni tion, necesas kompreni ke insulino estas nur signalmolekulo. Ĝi ne partoprenas en la procezoj mem. La strukturo de la signalmolekulo ne gravas, se la ricevanto povas rekoni ĝin. Pli detale, insulino estas peptido, kio signifas ke ĝi estas ĉeno de pli etaj molekuloj, kiuj nomiĝas aminoacidoj. Kiam du specioj diskreskas pro evoluo, la ekzakta sekvenco de tiuj aminoacidoj povas ŝanĝiĝadi malrapide, ĝis unu specio ne plu rekonas la insulino de la alia kaj inverse. La heliko produktas du malsamajn variaĵojn de insulino. La unuan insulinon ĝi uzas en sia propra sango kaj estas malsimila al fiŝa insulino. La dua aspektas multe pli kiel fiŝa insulino kaj ne estas rekonata de la korpo de la heliko. Evoluaj premoj faris ke ĝi similu kiel eble plej al fiŝa insulino kaj samtempe estu kiel eble plej eta kaj facile produktebla. La rezulto estas danĝera molekulo kiu estas rekonata de la fiŝo kaj povas esti produktata en grandaj kvantoj kontraŭ relative malgranda kosto.

Kiam la insulina ricevanto (oranĝkolora) sensas insulinon, ĝi aktivigas aliajn proteinojn kiuj rilatas al la konsumado de glukozo. Grava efiko de tio estas ke la transportproteino GLUT4 (verda) translokiĝas al la ĉelmembrano kaj enlasas glukozon en la ĉelon.

Ĝeligi sangon
Alia sistemo kiun oni povas saboti estas la koaguliĝo de sango. En sana besto, la sango povas iomete ĝeliĝi kiam sangovaskuloj estas vundata. La ĝelo povas kovri la truon aŭ fendon kaj preventi ke la sango elfluu. La sistemo necesas, ĉar oni mortus de eĉ la plej sensignifa vundeto se ĝi ne funkcius. La komunikado kiu okazas en la korpo estas sufiĉe interese, ĉar ĝi okazu rapide. Ne estas tempo por produkti tro da molekuloj. Tial la signalmolekuloj, la koagulfaktoroj, jam estas en la sango en neaktiva stato. Kiam la sangovaskulo damaĝiĝas, aliaj signalmolekuloj de ekster la sangovaskulo povas eniri kaj aktivigi la unuan grupon de koagulfaktoroj. Tiuj aktivigas la sekvan grupon kaj tiel plu, plifortigante la signalon ĉiun paŝon. Finfine tiu kaskado kondukas al la ĥemiaj reagoj kiuj necesas por krei la ĝelon.

File:Coagulation full.svg
Ĉi tiu skemo servas nur por montri la kompleksecon de la komunikada sistemo. Ĉiu nomo en la skemo estas signalmolekulo kaj la sagoj montras kiel ili interagas inter si. Malsamaj venenoj povas ataki malsamajn paŝojn en la skemo por influi la koaguliĝon de sango.

Multaj serpentoj povas stimuli la koaguliĝon en la predo per sia veneno. Ili uzas signalojn kiujn la korpo de la predo rekonas, sed igas ilin multe pli intensaj. Pro la granda kvanto de signalmolekuloj envolvitaj en la signalkaskado, malsamaj serpentoj povas infiltri en malsamaj paŝoj. Unu el tiuj estas koagulfaktoro X (elparolata kiel ”koagulfaktoro dek”). La serpento Tropidechis carinatus produktas du tre similaj versioj de koagulfaktoro X, kiuj verŝajne estas la rezulto de genduobliĝo. La unua simple protektas la serpenton kiam ĝi vundiĝas, same kiel en aliaj vertebruloj. La dua tamen, estas nur produktata en la veneno de la serpento kaj funkcias kiel armilo. Malkiel la alia molekulo, ĝi ĉiam estas aktiva. Tio signifas ke kiam ĝi eniras la sangon, ĝi tuj kaŭzas ekstreman reagon. Por la serpento tio ne estas problemo, ĉar la molekulo restas en la veneno. Sed kiam ĝi mordas predon, la tuta volumeno de sango en la korpo ĝeliĝas kaj ne plu povas flui. La muskoloj (inkluzive de la koro) kaj la cerbo ne plu ricevas oksigenon, post kio la predo kolapsas. La sistemo kiu devus savi ĝin de vundetoj iĝis ĝia morto.

Tropidechis carinatus

La Meduzo inter la insektoj
La plej grava sistemo pri kiu mi ankoraŭ ne parolis devas esti la nervaro. Mi konservis ĝin ĝis la fino, ĉar ĝi estas vere stranga. Oni facile imagas ke la regulado de sukerkoncentritecoj kaj la resaniĝado de vundetoj okazus per saboteblaj ĥemiaj reagoj, sed nervoj devas esti pli ol tio. Neŭronoj (nervaj ĉeloj) kaŭzas ĉiujn el niaj spertoj, sentoj kaj pensoj, do ili devas esti malsamaj ĉu ne? Mi konfesas ke la cerbo estas kompleksa kaj ne tute komprenata, sed tio estas pro la eksterkutime granda kvanto de neŭronoj. Individua neŭrono estas sufiĉe simpla kaj povas esti sabotata same kiel ĉiuj aliaj ĉeloj. La komunika reto de la nerva sistemo havas tri malsamajn elementojn, kiuj ĉiuj povas esti atakataj de toksoj. Estas la sensiloj, ekzemple dolorsensiloj, la motoraj neŭronoj kiuj influas la muskolojn, kaj ĉiuj neŭronoj kiuj ligas la du.

La muskoloj kaj la neŭronoj kiuj regas ilin estas oftaj viktimoj de venenoj. Per ŝalti aŭ malŝalti la neŭronojn oni povas kaŭzi paralizon aŭ spasmojn. Tiel besto povas senmovigi predon aŭ predanton. Kiam la veneno estas sufiĉe forta, la plej granda risko fakte ne estas senmoveco, sed ke la koro aŭ la spirado ne plu funkcias.

Mi ne emas legi pri homa suferado por skribi ĉi tiun artikolon kaj mi imagas ke vi havas la saman senton. Tial mi elektis ekzemplon pri insektaj larvoj anstataŭe. Temas pri la vespo Habrobracon hebetor. La vespo estas nur 2,5 mm granda kaj havas parazitan vivstilon. Ino povas venenigi larvojn de pli grandaj papilioj kaj tiel paralizi ilin. Post tio, ŝi metas ovojn sur aŭ ĉe la larvo. La larvo estas senmova dum pluraj semajnoj, kio igas ĝin perfekta nutraĵo por la larvoj de la vespo. Ili elsuĉas ĝiajn sukojn sen ĝeniĝi de ĝiaj moviĝoj.

Bracon hebetor.jpg
Habrobracon hebetor

Estas multaj meĥanismoj per kiuj veneno povas paralizi viktimon, sed oni pensas ke la veneno de la vespo atakas la ligon inter la motora neŭrono kaj la muskola ĉelo. Kiam elektra signalo atingas la finon de neŭrono, ĝi devas esti tradukata al ĥemia signalo por transiri al la sekva neŭrono aŭ muskola ĉelo. Tio okazas per neŭrotransigiloj, signalmolekuloj kiuj estas rekonataj de ricevantoj sur la sekva ĉelo. La neŭrotransigiloj estas konservataj en etaj vezikoj, kiuj troviĝas je la fino de la neŭrono. Kiam la elektra signalo atingas la finon de la neŭrono, ĉenreakcio faras ke la vezikoj kunfandiĝas kun la ĉelmembrano, liberigante la neŭrotransigilojn. Tiel ili povas atingi la membranon de la sekva ĉelo kaj liĝiĝi al ĝiaj ricevantoj. La veneno de la vespo sabotas tiun procezon, blokante la ellasadon de neŭrotransigiloj inter motoraj neŭronoj kaj muskolĉeloj. Tiel la signalo ne povas pluiri al la muskolo, paralizante la larvon. La naturo klare ne ĉiam ludas laŭ la reguloj

File:Synapse-Neurotransmitter Release.png
Ĉi tiu bildo montras skeme kaj ne laŭskale kiel la neŭrotransigiloj liberiĝas. Ili troviĝas en etaj vezikoj, kiuj povas kunfandiĝi kun la ĉelmembrano kiam ili ricevas elektran signalon. Tiel la ĉelo tradukas la signalon al ĥemiaĵo, kiu povas flui al la sekva ĉelo.

Ĉu veneno vere tiom malbonas?
Veneno estas fascina temo kaj instruas multe pri kiel la korpo funkcias. Sed eble eĉ pli gravas ĝiaj aplikoj. Oni povas studi kun du malsamaj aliroj. Se oni vidas ĝin kiel venenon, oni povas uzi ĝin por disvolvi kontraŭvenenojn. Tio estas grava laboro, ĉar mordoj de serpentoj kaj aliaj bestoj estas ofta kaŭzo de morto, specife en tropikaj lokoj kun multaj specioj kaj/aŭ malbona infrastrukturo. Aldone, venenoj povas esti tre specifaj, kio signifas ke oni povas reguligi pestojn sen damaĝi la ekosistemon. Alternativa aliro estas ke oni vidas venenojn kiel eblajn medikamentojn. Ni vidis tiun paradoksan aliron en la kazo de la heliko Conus geographus. Insulino, kiu estas uzata de homoj kun sukera diabeto por malpliigi la simptomoj, estas uzata kiel armilo de la heliko. Ankaŭ la malo povas okazi. Foje oni analizas molekulon en veneno kiu atakas la saman sistemon en la korpo kiel iu malsano. En kelkaj kazoj tia molekulo povas nuligi la efikojn de la malsano. Tiaj molekuloj povas esti la bazo por nova medicino, ĉar kial oni mem dezajnus molekulon se evoluo faris la plejparton de la laboro? Se estas io kion ni povas lerni de venenoj estas ke molekuloj ne havas moralon. La plej grava faktoro kiu influas la danĝerecon de molekulo estas kion oni faras per ĝi.

Jen kelkaj sciencaj artikoloj pri la specioj kiujn mi menciis en ĉi tiu artikolo:
Ghimire, M. N., & Phillips, T. W. (2010). Suitability of Different Lepidopteran Host Species for Development of Bracon hebetor (Hymenoptera: Braconidae). Environmental Entomology, 39(2), 449–458. https://doi.org/10.1603/EN09213

REZA, M. A., LE, T. N. M., SWARUP, S., & KINI, R. M. (2006). Molecular evolution caught in action: gene duplication and evolution of molecular isoforms of prothrombin activators in Pseudonaja textilis (brown snake). Journal of Thrombosis and Haemostasis, 4(6), 1346–1353. https://doi.org/10.1111/J.1538-7836.2006.01969.X

Safavi-Hemami, H., Gajewiak, J., Karanth, S., Robinson, S. D., Ueberheide, B., Douglass, A. D., Schlegel, A., Imperial, J. S., Watkins, M., Bandyopadhyay, P. K., Yandell, M., Li, Q., Purcell, A. W., Norton, R. S., Ellgaard, L., & Olivera, B. M. (2015). Specialized insulin is used for chemical warfare by fish-hunting cone snails. Proceedings of the National Academy of Sciences, 112(6), 1743–1748. https://doi.org/10.1073/PNAS.1423857112

Licencoj por la bildoj:
Koaguliĝo – Joe D: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Coagulation_full.svg
Tropidechis carinatus – Donald Fischer: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Tropcarin3.jpg
Neŭrotransigiloj – Rcchang16: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Synapse-Neurotransmitter_Release.png

Respondi

Entajpu viajn informojn sube aŭ alklaku piktogramon por ensaluti:

WordPress.com Logo

Vi komentas per via konto de WordPress.com. Elsaluti /  Ŝanĝi )

Google photo

Vi komentas per via konto de Google. Elsaluti /  Ŝanĝi )

Twitter picture

Vi komentas per via konto de Twitter. Elsaluti /  Ŝanĝi )

Facebook photo

Vi komentas per via konto de Facebook. Elsaluti /  Ŝanĝi )

Connecting to %s