Amenințarea veninoasă a Scorpionilor la adresa mamiferelor este un pas evolutiv relativ nou

Prashant Sharma afișează un scorpion într-un recipient. Fotografie trimisă

În ciuda reputației lor de fosile vii, scorpionii au rămas abili din punct de vedere evolutiv – în special în dezvoltarea veninului pentru a evita creșterea prădătorilor de mamifere. O nouă analiză genetică a producției de toxine de scorpion dezvăluie pași evolutivi recenti și poate fi de fapt o binefacere pentru cercetătorii care studiază beneficiile veninului de scorpion asupra sănătății umane.

O echipă internațională de cercetători condusă de biologii de la Universitatea din Wisconsin-Madison a asamblat cel mai mare arbore evolutiv de scorpioni de până acum, arătând șapte cazuri independente în care creaturile distinctive cu opt picioare au dezvoltat compuși veninos toxici pentru mamifere.

„Ultimele schimbări majore ale formei corpului lor, morfologiei lor, au avut loc acum aproximativ 430 de milioane de ani, când au părăsit apa și s-au mutat pe pământ”, spune Carlos Santibáñez-López, fost cercetător postdoctoral la UW-Madison și autor principal al studiului. nou studiu publicat astăzi în revista Systematic Biology. „Dar știm acum că au evoluat în moduri foarte importante mult mai recent.”

Cu ajutorul colaboratorilor din întreaga lume, Santibáñez-López a colectat specimene reprezentând 100 de specii de scorpioni și a extras din glandele lor veninoase mostre de ARN, o bandă de instrucțiuni transcrise din ADN pentru a spune celulelor ce proteine ​​(cum ar fi veninul) să producă. Prin colectarea ARN-ului la scurt timp după ce scorpionii au ucis o masă de insecte, Santibáñez-López, s-a putut concentra asupra genelor care produc toxine în mod activ, în timp ce scorpionul își reumplea furnizarea de venin.

O femelă de scorpion Tityus costatus din Brazilia produce toxine care pot ucide oamenii, dar componentele veninului mortal de scorpion sunt, de asemenea, studiate pentru proprietățile antimicrobiene și antitumorale. Fotografie de Carlos Santibáñez-López

Construind un arbore genealogic bazat pe diferențele de venin, cercetătorii au putut vedea că, în timp ce scorpionii s-au împărțit în două familii majore cu aproximativ 300 de milioane de ani în urmă – Buthidae și Iuridae, care ar da naștere celor 22 de familii de scorpioni moderni – acea diviziune a venit mult timp. înainte ca orice scorpion să dezvolte toxine veninoase care vizează mamiferele. Și din motive întemeiate. Nu existau mamifere despre care să vorbim.

Cu 70 de milioane de ani în urmă, în zorii erei mamiferelor, a erei cenozoice, animale noi, cum ar fi scorpii – și mai târziu liliecii, rozătoarele, mangustele și bursucii – și-ar dezvolta gustul pentru scorpioni. Dar scorpionii aveau câteva trucuri în sus cozile curbate.

„Am descoperit că, atunci când acești scorpioni toxici se îndepărtează de rudele lor, se corelează cu aspectul mamiferelor care îi pradă”, spune Santibáñez-López, acum profesor la Universitatea de Stat din Western Connecticut. „Sugerează că atunci când au apărut mamiferele care mănâncă acești scorpioni, scorpionii au început să dezvolte aceste arme pentru a se apăra.”

Nu a stricat faptul că veninul pe care scorpionii l-au folosit pentru a dezactiva insectele pe care le-au mâncat nu era atât de departe, chimic vorbind, de toxinele care ar lucra asupra prădătorilor lor în creștere.

„Setul de instrumente era acolo”, spune Prashant Sharma, coautor al studiului și profesor de biologie integrativă UW-Madison. „Ei aveau un bazin disponibil de gene din care să se extragă care produceau toxine care puteau viza sistemele nervoase ale insectelor. Nu a fost nevoie de multe schimbări pentru a adapta acele gene pentru a produce toxine care vizează funcții specifice în celulele nervoase ale mamiferelor.”

Carlos Santibáñez-López ținând în mână un scorpion cu gheare mari în Tanger, Maroc. Fotografie trimisă

Amploarea noilor date genomice este de așa natură încât cercetătorii pot urmări etapele de dezvoltare pe măsură ce scorpionii au devenit mai periculoși pentru mamifere.

„Credem că am prins, prin acest set mare de date, dovezi pentru această achiziție treptată de apărare”, spune Sharma, a cărui activitate este susținută de Fundația Națională pentru Știință. „Ei trec de la scorpioni care au o toxină specifică insectelor care este folosită pentru capturarea prăzii, la ceva care la un moment dat a avut aspecte toxice atât pentru insecte, cât și pentru mamifere, până la toxine specifice mamiferelor folosite ca un efect de descurajare, în esență, ca o modalitate de a ține prădătorii la distanță.”

Chiar înainte să se întâmple asta, scorpionii diveriseră într-o gamă largă de specii pe o mare parte a planetei. Dar, conform noii analize genomice, toxinele specifice mamiferelor au evoluat independent doar în cinci ramuri separate ale familiei Buthidae.

Distincțiile sunt suficient de puternice încât pot ajuta la reorganizarea unei mari dimensiuni a taxonomiei scorpionilor. Ele pot contribui, de asemenea, la avansarea cercetării în plină dezvoltare privind aplicațiile medicale umane ale compușilor veninului de scorpion.

Oamenii de știință au identificat toxine de scorpion cu potențial farmaceutic, cum ar fi proprietăți antimicrobiene, antiinflamatorii și antitumorale. Veninul de scorpion care este atras de celulele tumorale poate fi încărcat cu o proteină strălucitoare și folosit ca „vopsea tumorală”, ghidând chirurgii în timp ce îndepărtează masele canceroase de la pacienți.

Captura este că majoritatea cercetătorilor se limitează la a studia doar câteva specii de scorpioni care le sunt la îndemână. Noul studiu, bazat pe diferențele de compuși toxici dintre speciile de scorpioni, ar putea deschide o lume a chimiei veninului pentru cercetarea clinică.

„Acum, acele laboratoare vor avea această bibliotecă rulantă a tuturor genelor care sunt exprimate în 100 de specii diferite și pot studia organismele pe baza a ceea ce au disponibil în glandele lor veninoase, mai degrabă decât doar pentru că se întâmplă să fie afară în acest moment. ”, spune Sharma. „Sperăm că acest lucru va accelera acest tip de biologie translațională și căutarea de aplicații biomedicale.”

Această cercetare a fost susținută de granturi de la Fundația Națională pentru Știință (IOS-1552610, 2013/50297-0 și DOB-1343578) și Consiliul de expediții al Societății Naționale Geografice.

###

– Chris Barncard, barncard@wisc.edu

Leave a Comment

Your email address will not be published.