Hvorfor er nogle dyr giftige?
Dyr som slanger og insekter bruger gift til angreb og forsvar. Den evne har de udviklet gennem millioner af år, og udviklingen fortsætter – blandt andet på grund af mennesker.
slange gift prærie dyr giftig venom hvorfor evolution udvikling

Her ses den giftige prærieklapperslange med dens karakteristiske rangle. (Foto: Crotalus viridis © Andrew DuBois (Flickr)).

Slanger, edderkopper, gopler og skorpioner er blot få, men ikke desto mindre ubehagelige eksempler på giftige dyr.

Deres gift giver op til flere overlevelsesmæssige fordele og kan både bruges til at nedlægge aftensmaden eller til beskyttelse mod større rovdyr.

Men hvordan er disse dyr egentlig blevet giftige?

Evolutionen af 100.000 giftige dyr

Betegnelsen 'giftige dyr' dækker over mere end 100.000 forskellige arter af blandt andet krybdyr, insekter, bløddyr og pattedyr. Dette betyder dog ikke, at alle giftige dyr kommer fra én fælles stamfader.

Når evnen til at producere gift opstår hos en art, er det som regel resultatet af tilfældige mutationer, der giver arten en række fordele. Typisk opstår nye egenskaber som en reaktion på ændrede omgivelser – for eksempel ændringer i klima eller mangel på byttedyr eller ressourcer.

Sådan beskytter dyr sig mod gift
  • Modstandsdygtighed kan opstå i bytte- eller rovdyr ved, at de molekyler i dyrets krop, som angribes af toksiner, ændrer sig via mutation.
  • For eksempel kan a-neurotoksiner fra slangegift binde til en receptor på nerveceller, hvilket normalt lammer byttet.
  • Men det kan de ikke i visse dyr (for eksempel desmerdyr), da de har mutationer i receptoren, der gør desmerdyret modstandsdygtigt. Der er også eksempler på dyr, blandt andet pungrotter, honninggrævlinger og jordegern, som aktivt har udviklet stoffer, der kan neutralisere toksiner.

Derved 'selekteres' der for individer med de nye mutationer, som er bedre rustet til at klare de nuværende udfordringer i naturen.

Selektion af fordelagtige mutationer er grundstenen i darwinistisk evolutionsteori. Ændrede omstændigheder medfører 'selektionspres'.

Det er derfor, at evolutionsmæssigt fjernt beslægtede dyr kan udvikle samme type egenskab – fordi de har skulle klare sig i lignende omgivelser.

Dette fænomen, kaldet 'konvergent evolution', kan vi blandt andet se i tilstedeværelsen af gift i mange fjernt beslægtede dyr.

Et eksempel er bier og slanger, som begge er i stand til at sprøjte hver deres helt unikke gift ind i et bytte eller offer enten ved angreb eller som forsvar.

Hvis du gerne vil vide mere om, hvordan slangers gift virker, kan du læse meget mere om det i artiklen 'Slangearters gift er unikke cocktails af dræberproteiner'.

Nu skal vi helt tilbage til de giftige dyrs ældste evolutionære slægtninge.

Gamle gener får ny og giftig funktion

Polypdyr – eksempelvis gopler – er de ældste giftige dyr, vi kender, og vi skal 600 millioner år tilbage for at finde dem. Til sammenligning har edderkopper og skorpioner eksisteret i omkring 400 millioner år, hvorimod slanger 'kun' har omtrent 54 millioner år på bagen.

Trods dette er slangers gift den mest undersøgte, blandt andet på grund af de medicinske konsekvenser som følger af slangebid, der hvert år resulterer i mere end 100.000 dødsfald på verdensplan.

Gift menes at være opstået ved en proces, hvor gener, der koder for relativt harmløse proteiner, er blevet kopieret, hvorefter disse genkopier har ændret sig til at blive produceret i en dertil udviklet giftkirtel. Det er altså det samme gen, men dets opgave i dyret er pludselig en anden.

Når en genkopi på den måde får en ny funktion, kaldes det neofunktionalisering. Et eksempel er de såkaldte toksiske serinproteaser, som slanger har gener for, og som får blodet til at størkne, så slangen kan undgå at forbløde, hvis den bliver såret.

Hos nogle slangearter (for eksempel den costaricanske bushmaster, som du kan læse meget mere om i artiklen 'Slanger, der får dit blod til at stivne') har serinproteaserne undergået neofunktionalisering, således at slangerne, udover de almindelige serinproteaser i deres blod, også har serinproteaser i deres gift.

Når giften indsprøjtes i byttedyret, vil serinproteaserne opbruge størkningsfaktorer i byttets blod, så blodet ikke kan størkne efter et bid eller andet sår. Dette forårsager paradoksalt nok i sidste ende, at byttedyret forbløder (se figuren herunder).

Et våbenkapløb i naturen

Hvis en sådan ny funktion fra et gammelt gen giver slangen en fordel, vil den positivt selekteres i naturen, hvilket er en form for tilpasning til økosystemet. Dette kaldes også adaption.

serinproteaser_er_et_eksempel_paa_proteiner_som_er_involverede_i_stoerkningsprocessen_for_blod_naar_slangen_faar_et_saar

Serinproteaser er proteiner, som er involverede i at få blod til at størkne. Efter en mutation bliver serinproteaser produceret i slangens spyt og senere som gift fra en giftkirtel. Når et byttedyr får giften i blodet, kan dens blod ikke længere størkne, og det forbløder. Det kaldes også konsumptionskoagulopati. (Illustration: Albert Fuglsang-Madsen).

Gift virker nemlig ikke bare 'én gang for alle'. Byttedyr eller rovdyr kan over tid udvikle modstandsdygtighed mod gift, og derfor kan giftdyrene ikke bare læne sig tilbage og stoppe deres adaption.

Byttedyr bliver for eksempel bedre til at undgå mødet med de giftige dyr, eksempelvis gennem camouflage eller hurtige reflekser.

Men også mutationer i de målmolekyler hos byttedyret, som giftens toksiner angriber – for eksempel receptorerne i vores nervesystem – kan gøre byttet modstandsdygtigt igennem naturlig selektion.

Bytte eller rovdyr indgår altså i en evig armlægningskonkurrence eller militært kapløb, om man vil, hvor der oprustes gennem små justeringer på individniveau, der kan udvælge de dyr, der er bedst egnet til at overleve giftangreb til at bringe arten videre.

Hvorfor er alle dyr ikke lige giftige?

Måske har du hørt udtrykket 'denne slange har nok gift til at slå 100 voksne mennesker ihjel'. Men hvordan måles giftighed overhovedet?

Den giftigste slange for mennesker er den australske Taipan, som faktisk har nok gift til at slå 1.100 mennesker ihjel. Naturligvis har det aldrig været testet på mennesker. I stedet testes små mængder af giften i mus, og der udregnes, hvad det ville svare til for mennesket.

Disse tal skal altid tages med et gran salt, da giftighed er et relativt begreb og kan variere betydeligt mellem arter. For eksempel er visse slangegifte meget mere effektive over for reptiler end for pattedyr.

Det kan skyldes, at slanger med en sådan gift har større glæde af at kunne slå reptiler hurtigt ihjel, hvis den eksempelvis lever i et område med mange firben.

Gift har altså vist sig at være en utrolig effektiv strategi, og derfor rejser det naturligt spørgsmålet: Hvorfor er alle slanger ikke (lige) giftige?

Når gifte bliver mere potente, skyldes det et selektionspres, som hovedsageligt er drevet af nedlæggelse af bytte. Det koster nemlig meget energi for slanger at producere gift, så hvis ikke de kan få noget føde ud af det, kan det ikke betale sig for dem.

Evnen til at være giftig kan også forsvinde over tid. Det er blandt andet observeret hos en havslange, som skiftede diæt fra hurtigsvømmende fisk til fiskeæg, samt for pyton- og (formentligt) anakondaslanger, hvor kvælning er blevet den primære metode til fødeanskaffelse.

gul_anakonda slange gift giftig hvorfor evolution undersøgelse opdagelse

Gul anakonda. En af slangearterne, der har mistet deres giftige bid. (Foto: Eunectes notaeus © Silvain de Munck (Flickr))

Fordi giften ikke længere er nødvendig, er der intet selektionspres til at bevare egenskaben, og så kan slangens evne til at producere gift forsvinde med tiden.

Frygt for gift er nedarvet

Foruden nemmere nedlægning af byttedyr kan gift også være en beskyttelsesstrategi.

Hvis et dyr indsprøjter smertefuld gift, når det angribes, kan det få rovdyr til at droppe jagten. Følelsen af fare og frygten for at blive bidt, som rovdyr oplever ved at jage slanger, kan blive videregivet til rovdyrets afkom, hvilket igen kommer slangerne til gavn.

Studier af aber tyder på, at slanger har været med til at forme udviklingen af menneskeabers hjerner. I forsøg med aber, der aldrig har set en slange før, har man kunnet måle et stressrespons ved synet af et billede af en slange eller slange-lignende objekt.

Mange har måske også selv set fænomenet på YouTube, hvor katte reagerer kraftigt på agurker. Det er tænkeligt, at det er den samme type respons, agurken inducerer i kattens hjerne, som slangerne gør i abernes hjerne.

Et studie har også vist, at mus, der udsættes for en bestemt lugt efterfulgt af en meget høj lyd, vil videregive responset til deres afkom. På den måde overføres den traumatiske erfaring sådan, at musens unger bliver ængstelige ved den samme lugt, som skræmte deres forældre.

På samme måde kunne man forestille sig, at visuelle stimulanser, som for eksempel synet af en slange kædet med den traumatiske oplevelse af giftens konsekvenser, ville overføres fra forældre til unger.

Nogle dyr snyder med gift for at spare energi

På fascinerende vis har visse ikke-giftige dyr udviklet en måde, hvorpå de efterligner giftige dyrs faresignaler, hvilket afskrækker rovdyrene. Et klassisk eksempel er mælkesnogen, som har et mønster, der ligner den giftige koralslange, eller svirrefluen, som til forveksling ligner en hveps.

giftig_koralslange_harmloes_maelkesnog

Det kan være svært at kende forskel på de to slanger. Slangen til venstre er den giftige koralslange, hvorimod den til højre er den harmløse mælkesnog, som efterligner koralslangens mønster for 'gratis' beskyttelse. (Fotos: Micrurus surinamensis (venstre) © Bernard Dupoint (Flickr), Lampropeltis triangulum (højre) © Allie Caulfield (Flickr).

Dette billige knep er meget gavnligt, da det sparer dyret for den ekstra energiomkostning, det er at producere gift.

En anden måde at spare energi på er ved at kunne ændre sin toksinsammensætning i giften alt efter formålet; jagt eller forsvar. Dette fænomen er observeret i havsnegle.

papirgedehams_svirreflue

Til venstre ses en papirgedehams (hveps), som svirrefluen til højre nemt kan forveksles med. (Fotos: Polistes dominula (venstre) © Dan Mullen (Flickr), Svirreflue af slægten Syrphoidea (højre), © Fabrice (Flickr).

Mennesket presser slanger til at udvikle gift

Forskning har vist, at der stadig i dag er et positivt selektionspres på slangernes gifte, som gør, at de fortsat ændrer og fornyer sig. Presset skyldes blandt andet klimaforandringer og menneskelig aktivitet, som presser og ændrer de økosystemer, hvor slangerne lever.

Vi bliver flere og flere mennesker på Jorden, og flere og flere af os flytter til byerne, som derfor vokser. Det øger kontaktfladen mellem slanger og mennesker.

ForskerZonen

Denne artikel er en del af ForskerZonen, som er stedet, hvor forskerne selv kommer direkte til orde.

Her skriver de om deres forskning og forskningsfelt, bringer relevant viden ind i den offentlige debat og formidler til et bredt publikum.

ForskerZonen er støttet af Lundbeckfonden.

Slangerne forbliver i deres naturlige områder og tilpasser sig i takt med, at byerne kommer nærmere. Det er også set, at slanger migrerer længere mod nord, da stigningen i temperatur tillader det.

Disse udviklinger kan medføre en øget risiko for slangebid i fremtiden.

Slanger må fortsat tilpasse sig deres omgivelser for at overleve. Om slangernes gifte bliver mere potente, eller om slangerne helt mister den, vil sandsynligvis være forskelligt fra område til område og forskelligt blandt slangearter.

På molekylær skala er det også sandsynligt, at de enkelte toksiner udvikler sig forskelligt; nogle undergår stærk positiv selektion, mens andre mister deres effekt.

Videre studier af toksiner kan give et unikt indblik i, hvordan byttedyr og rovdyr evolutionært tilpasser sig hinanden og samtidig give os en bedre forståelse af, hvordan det molekylære våbenkapløb foregår.

Negativ selektion

Ud over positiv selektion findes der også negativ selektion.

Negativ selektion sker, når individer, der muterer, klarer sig ringere end deres artsfæller og derfor uddør på populationsbasis. Hermed kan de ikke videregive deres egenskaber til afkom.

Der er for eksempel områder af toksinerne, der er essentielle for toksinernes virkning, som bevares over tid, fordi de slanger, der muterer i disse områder, vil have dårligere overlevelseschancer end de slanger, som beholder områderne.

Ugens Podcast

Lyt til vores seneste podcast herunder eller via en podcast-app på din smartphone.




Det sker

26/09 kl. 19:00
Oplægsholder
Adresse
Chr. Hansen Auditoriet på Center for Sundhed og Samfund, Bartholinsgade 4A, 1356 København K
I samarbejde med