Одна маленькая лягушка и 10 000 мышей
В колумбийских лесах на деревьях живёт лягушка — листолаз ужасный (Phyllobates terribilis). Эта маленькая, симпатичная амфибия накапливает в своём организме сильнейший яд, который делает её одним из самых смертоносных животных на земле. В среднем в организме одной особи листолаза ужасного содержится лишь около одного миллиграмма токсина, но его достаточно, чтобы убить 10 000 мышей или двух африканских слонов.
Яд этот из группы стероидных алкалоидов и называется батрахотоксин — он обладает нейротоксическим и кардиотоксическим действием. Существует несколько производных батрахотоксина с практически одинаковыми свойствами. Название токсина произошло от греческого слова βάτραχος, что означает «лягушка». Ведь в течение долгого периода эти яды среди позвоночных обнаруживали только у лягушек рода Phyllobates, к которому и относится листолаз ужасный. Токсичность этих лягушек так велика, что южноамериканские индейцы со склонов Анд в Колумбии натирали наконечники своих стрел их ядом. Использовали несколько способов нанесения токсина на наконечник, но даже простое прикосновение к коже лягушки делало стрелу смертельной. Чтобы случайно не дотронуться до ядовитой лягушки голой рукой, индейцы обрабатывали стрелы в перчатках из листьев.
Спустя время батрахотоксин нашли у воробьиных птиц с острова Новая Гвинея. Коренные жители острова на протяжении столетий замечали неприятный вкус некоторых пернатых и знали, что их мясо вызывает сильное отравление. И лишь тридцать лет назад выяснилась причина этого: у некоторых видов птиц был найден батрахотоксин.
Однако ни одна из групп позвоночных не может синтезировать яды, значит, позвоночные получают их из пищи. Выходит, что и лягушки, и птицы накапливают столь опасный яд исключительно благодаря своему рациону питания. Это показали в своём небольшом эксперименте американские исследователи из Института науки о биоразнообразии и устойчивом развитии Калифорнийской академии наук и Смитсоновского института. Они вырастили лягушку-дротика (так называли листолаза ужасного жители Колумбии) в неволе, и она оказалась неядовитой*.
* Dumbacher J. P., Wako A., Derrickson S. R., Samuelson A., Spande T. F., Daly J. W. Melyrid beetles (Choresine): a putative source for the batrachotoxin alkaloids found in poison-dart frogs and toxic passerine birds. Proc Natl Acad Sci USA. 2004; 101(45):15857—15860. doi:10.1073/pnas.0407197101.
В дикой природе основные поставщики батрахотоксина — маленькие жуки Choresine из семейства Melyridae. Содержащиеся в них огромные концентрации токсичного вещества можно рассматривать как вероятную причину отравления птиц Новой Гвинеи, питающихся этими жуками (конечно же, наряду с множеством других мелких членистоногих). Семейство Melyridae космополитично, и родственники Choresine, обитающие в колумбийских дождевых лесах Южной Америки, служат источником батрахотоксинов также у ядовитых лягушек Phyllobates.
На чём же основано действие батрахотоксина и его производных? Довольно давно учёные обратили внимание, что вещество, выделяемое лягушками рода Phyllobates, вызывает онемение при контакте с кожей, которое может быть связано с проблемой передачи нервного импульса. Яд представляет собой небольшую молекулу, легко проникает через кожу и, как выяснилось, способен оказывать токсическое действие через натриевые каналы клеток возбудимых тканей — в первую очередь, нервной и мышечной. Причём взаимодействие батрахотоксина с натриевым каналом имеет свою особенность.
Многие высокотоксичные малые молекулы, вырабатываемые разными видами растений и животных, связываются в среднем с одним из шести специфических рецепторных участков (сайтов) натриевых каналов и парализуют при этом хищников и добычу. Изучение батрахотоксина показало, что для него существует свой рецепторный участок с двумя подучастками (IIB1 и IIB2). Геометрия двойного сайта связывания и расстояние между его подучастками создают идеальную структуру для прочного и устойчивого связывания молекул батрахотоксина и, как следствие, приводят к необратимой активации натриевых каналов. Уникальные двойные рецепторные участки и лежат в основе исключительно мощных и многогранных эффектов яда, так как непосредственно влияют на поток ионов через открытые токсином каналы, тогда как другие яды натриевых каналов только модулируют ионные токи через них.