Kemiallinen analyysi on paljastanut, että miljoonia vuosia sitten tapahtunut ”äärimmäinen” ruokavaliomuutos auttoi erästä käärmeeryhmää säilyttämään ainutlaatuisen kemiallisen puolustusjärjestelmänsä.

Rhabdophis-käärmeet, joita tavataan yleisesti eri puolilla Itä-Aasiaa, hankkivat saaliistaan puolustusmyrkkyjä – sen sijaan, että ne valmistaisivat niitä itse – ja nämä tekevät niistä saalistajille epämiellyttäviä. Eräs Etelä-Kiinassa kotoisin oleva Rhabdophis-lajien ryhmä on kuitenkin siirtänyt ruokavalionsa pois myrkyllisistä sammakoista vaarattomiin maanmatoihin. Tästä huolimatta käärmeillä näyttäisi silti olevan samaa luokkaa puolustusmyrkkyjä, joita niiden sukulaiset ovat saaneet sammakkoeläimistä. Kemiallinen analyysi on osoittanut, että käärmeet saavat sen nyt ainoasta muusta organismista, jonka tiedetään tuottavan bufadienoliidiyhdisteitä – tulikärpäsistä.

Löydön teki kansainvälinen tutkijaryhmä, jota johti Kioton yliopiston Akira Mori, joka on tutkinut käärmeitä yli 20 vuotta. Morin tutkimukset paljastivat, että useimmilla Rhabdophis-lajeilla on niskarauhasiksi kutsuttuja rakenteita, joihin ne varastoivat saaliistaan saamiaan myrkkyjä.

”Se oli Akira, joka keksi hypoteesin, että ehkä käärmeet eivät tuota myrkkyä, vaan ne itse asiassa syövät rupikonnia ja varastoivat tai sitovat näitä myrkkyjä”, Morin pitkäaikainen yhteistyökumppani Al Savitsky sanoo.

Savitsky, joka työskentelee Utahin valtionyliopistossa Yhdysvalloissa, kertoo, että kun ryhmä alkoi tutkia eri Rhabdophis-lajien välisiä evolutiivisia suhteita, he törmäsivät odottamattomaan paradoksiin. Selvitimme, että Länsi-Kiinassa oli ryhmä, joka on siirtynyt pääasiallisista ravintokohteistaan kastematoihin, ja silti ne ovat edelleen myrkyllisiä samalle yleiselle myrkkyjen luokalle – bufadienolidit”, hän sanoo.

Löydös herätti etsimään myrkkyjen alkuperää. Ryhmä analysoi luonnonvaraisten käärmeiden niskarauhasia ja vatsansisältöä sekä vankeudessa elävien käärmeiden käyttäytymistä eri ravintotyyppejä kohtaan.

Bufadienoliidiyhdisteiden stereokemia antoi ratkaisevan johtolangan arvoitukseen, Savitsky sanoo. Bufadienolidit ovat steroidien luokka, joka häiritsee sydänlihassolujen toimintaa. Rupikonnien tuottamien bufadienolidien steroidirungossa on vain cis-fuusioituneita A- ja B-renkaita, mutta tulikärpäsen yhdisteet sisältävät myös trans-fuusioituneita rakenteita. Asetyyliryhmien sijainti vahvisti myös sen, että luonnonvaraisen rabbdophiksen varastoimien toksiinien on täytynyt olla peräisin tulikärpäsistä. Tätä tuki se, että käärmeiden mahoissa oli tulikärpäsen toukkia.

Käärmeiden tiedetään käyttävän kemosensorisia vihjeitä valitessaan saalista. Ottaen huomioon konnien ja tulikärpästen erilaisuuden tiimi ehdottaa, että matoja syövien Rhabdophis-käärmeiden on täytynyt aktiivisesti etsiä uutta bufadienolidien lähdettä ylläpitääkseen puolustustaan, kun evoluution jakautuminen tapahtui noin 13 miljoonaa vuotta sitten. Tämän testaamiseksi he tekivät kemiallisia preferenssitestejä, joissa käärmeille esitettiin näytteitä eri saaliseläimiin liittyvistä yhdisteistä, ja analysoivat käärmeiden reaktioita käyttämällä mittausta, jota kutsutaan nimellä ”tongue-flick attack score” (kielenheilautuksen hyökkäyspistemäärä).

”Kun käärmeet ojentavat kielensä ulos, ne poimivat mukaansa haihtuvia molekyylejä, jotka sitten kulkeutuvat vomeronaasielimiin, ja nämä vomeronaasielimet reagoivat mieluummin tiettyihin luokkiin yhdisteisiin, jotka yhdistetään saaliiseensa”, Savitsky sanoo. Laskemalla, kuinka monta kertaa käärmeet heilauttivat kieliään tai hyökkäsivät saaliin tuoksuisten pumpulipuikkojen kimppuun, tutkijat päättelivät eri Rhabdophis-lajien ravitsemukselliset mieltymykset. Tämä taas korosti matosyöjien mieltymystä tulikärpäsen toukkiin.

Tulokset ”paljastavat poikkeuksellisen esimerkin yhtenevästä kemiallisesta puolustuksesta”, toteaa Steve Mackessy, Pohjois-Coloradon yliopistossa toimiva käärmeiden myrkkyjen asiantuntija. ’Ainutlaatuiseksi tämän tutkimuksen tekee se, että tästä merkittävästä ruokavaliomuutoksesta huolimatta eristetty toksiinipuolustus säilyy, mutta tällä kertaa toisen saalislähteen, lampyridihyönteisten, kautta’, hän sanoo. Mackessy lisää, että kemiallisen analyysin, ruokavalion ja käyttäytymisanalyysin yhdistelmä tarjoaa ”hyvin dokumentoidun esimerkin äärimmäisestä ruokavaliomuutoksesta säilyttäen samalla esi-isien kemiallisen puolustusjärjestelmän”.