إن سم كاتربيلر ذو فرو قطني يحمل لكمة مؤلمة. يظهر بحث جديد الآن أنه جاء من مصدر غير متوقع

هل تعلم أن السم – مادة سامة يحقنها حيوان في حيوان آخر – قد تطورت حوالي 100 مرة؟

في مختبرنا بجامعة كوينزلاند ، قمت أنا وزملائي بدراسة جميع أنواع الحيوانات السامة. أحد أسباب قيامنا بذلك هو إيجاد جزيئات جديدة يمكن استخدامها في الأدوية ، أو كمبيدات حشرية صديقة للبيئة.

استخدم العلماء سموم الأفاعي والعناكب والعقارب في سياقات طبية مختلفة ، بما في ذلك لخفض ضغط الدم والحماية من السكتة الدماغية وتسمية الأورام أثناء الجراحة.

هناك العديد من المجموعات الأخرى من الحيوانات السامة ، مثل الحشرات القاتلة والذباب السارق ، والتي تم إهمالها إلى حد كبير – ومع ذلك قد يكون سمها مفيدًا للبشر.

في بحث نُشر اليوم في مجلة Proceedings of the National Academy of Sciences ، قام فريقنا بالتحقيق في السم من مجموعة من اليرقات تسمى اليسروع ASP ، والتي تشتهر بقدرتها على إحداث ألم رهيب. يُطلق عليهم أيضًا اسم اليرقات القطنية لأنها تمتلك شعرًا طويلًا وناعمًا يطلق عليه اسم “الشعر المستعار السام”.

لقد فوجئنا بالعثور على السموم المؤلمة الرئيسية في يرقات الأساريع تنتمي إلى عائلة من الجزيئات التي توجد عادة في البكتيريا المسببة للأمراض. اكتشفنا أن الجين الذي يرمز لهذا النوع من السموم قفز من البكتيريا إلى أسلاف العث والفراشات منذ ملايين السنين ، في ظاهرة تسمى نقل الجينات الأفقي.

طر كالفراشة ألدغ كالنحلة

مجموعة الحشرات Lepidoptera ، والتي عادة ما نفكر فيها على أنها فراشات وعث ، هي حيواناتي السامة المفضلة. ومن المثير للاهتمام ، أن أشكال اليرقات (اليرقات) دائمًا ما تكون مسلحة بالسم ، وليس البالغين. نعتقد أن السبب في ذلك هو أن اليرقات عاجزة بشكل خاص ضد الحيوانات المفترسة ، وبالتالي فهي بحاجة إلى دفاعات خاصة.

وهذا أيضًا سبب تطور السم عدة مرات داخل حرشفية الأجنحة. على عكس معظم المفصليات ، التي تستخدم السم في الصيد ، تعد اليرقات من بين قلة مختارة (بما في ذلك النحل) التي تستخدمها فقط للدفاع عن نفسها من الحيوانات المفترسة.

ومع ذلك ، فإن سم بعض مجموعات كاتربيلر ، بما في ذلك اليرقات الأسطوانية ، لم يتم فحصه أبدًا بالطرق الحديثة.

التطور عن طريق نقل الجينات الأفقي

وصف الأشخاص الذين تعرضوا للسع من قبل يرقات الأساريع الشعور بأنه يشبه “لمس الفحم المشتعل” أو “التعرض للضرب بمضرب بيسبول”. شرعنا في العثور على ما يحتويه هذا السم وكيف يمكن أن يسبب مثل هذا الألم المذهل.

لم يتم العثور على اليسروع Asp في أستراليا ، لذلك اضطررت للسفر إلى فلوريدا لجمعها من أشجار البلوط والدردار. على الرغم من أنني لم أستطع العودة مع أفراد أحياء (بسبب تهديد الأنواع الغازية) ، إلا أنني بمساعدة بعض الباحثين الأمريكيين تمكنت من إعادة بعض السم واليرقات المحفوظة إلى المختبر لتحليلها.

استخدمنا مجموعة متنوعة من تقنيات التصوير والجزيئات لتكوين صورة عن مكان صنع السم ، وما أنواع السموم التي يحتويها ، وكيف تسبب هذه السموم الألم.

المثير للدهشة ، عندما نظرنا إلى هياكل السموم المسببة للألم الرئيسية ، وجدنا أنها تنتمي إلى مجموعة سموم تنتجها البكتيريا عادة ، بما في ذلك البكتيريا المسببة للأمراض مثل بكتريا قولونية والسالمونيلا. تعمل سموم اليرقات هذه عن طريق إحداث ثقوب في الخلايا – وهي نفس الآلية التي تستخدمها السموم البكتيرية لإلحاق الضرر بالبشر.

عندما قمنا بتحليل شجرة عائلة السموم بالتفصيل ، وجدنا الجين الذي يرمز لهذا النوع من السموم قد “قفز” من بكتيريا إلى أسلاف الفراشات والعث منذ مئات الملايين من السنين.

تسمى أحداث التنقل هذه بالنقل الأفقي للجينات لتمييزها عن النقل الرأسي للجينات من الآباء إلى الأبناء. هذه الأحداث نادرة جدا.

في حالة يرقات الأساريع ، فإن الحمض النووي للبكتيريا المصابة لا يضطر فقط إلى ملامسة اليرقة الأسلاف ، ولكن أيضًا يتم دمجه في الحمض النووي الخاص به ، داخل الخلايا التي ستصبح حيوانات منوية أو بيضًا (ويتم نقله إلى لاحقة أجيال).

لا نعرف سوى أمثلة قليلة على النقل الأفقي للجينات لسموم السم.

تسخير موارد الطبيعة

تظهر دراستنا أن التطور والحياة أغرب وأكثر تعقيدًا مما نفترض عادة. علاوة على ذلك ، يمكن لمشاريع مثل هذه أن تساعدنا أيضًا في اكتشاف طرق جديدة يمكن أن تفيد بها السموم البشرية والبيئة.

على سبيل المثال ، يتم بالفعل فحص السموم التي تصنع ثقوبًا في أغشية الخلايا لقدرتها على توصيل الأدوية المنقذة للحياة إلى داخل الخلايا.

تطبيق محتمل آخر هو في هندسة السموم التي يمكن أن تثقب ثقوبًا في الخلايا لقتل الخلايا السرطانية بشكل انتقائي ، مع ترك الخلايا الطبيعية سليمة. تعتمد قدرتنا على تطوير مثل هذه التقنيات الجديدة على اكتشاف وفهم الموارد الجزيئية الموجودة في الطبيعة.

اقرأ المزيد: هل تساءلت يومًا من سيفوز في معركة بين العقرب والرتيلاء؟ يشرح عالم السم