Chemische Analysen haben ergeben, dass eine „extreme“ Ernährungsumstellung vor Millionen von Jahren einer Gruppe von Schlangen geholfen hat, ihr einzigartiges chemisches Abwehrsystem zu erhalten.

Rhabdophis-Schlangen, die in Ostasien weit verbreitet sind, nehmen Abwehrgifte von ihren Beutetieren auf – anstatt sie selbst herzustellen -, die sie für Raubtiere ungenießbar machen. Eine Gruppe von Rhabdophis-Arten, die in Südchina beheimatet ist, hat jedoch ihre Ernährung von giftigen Kröten auf harmlose Regenwürmer umgestellt. Trotzdem scheinen die Schlangen immer noch dieselbe Klasse von Abwehrgiften zu besitzen, die ihre Verwandten von den Amphibien ableiten. Chemische Analysen haben gezeigt, dass die Schlangen es von dem einzigen anderen Organismus beziehen, von dem bekannt ist, dass er Bufadienolid-Verbindungen produziert – Glühwürmchen.

Die Entdeckung wurde von einem internationalen Team von Wissenschaftlern unter der Leitung von Akira Mori von der Universität Kyoto gemacht, der die Schlangen seit über 20 Jahren untersucht. Moris Forschungen ergaben, dass die meisten Rhabdophis-Arten über Strukturen verfügen, die Nackendrüsen genannt werden und in denen sie Giftstoffe speichern, die sie von ihrer Beute erhalten haben.

„Es war Akira, der die Hypothese aufstellte, dass die Schlangen das Gift vielleicht gar nicht produzieren, sondern Kröten verzehren und diese Giftstoffe speichern oder absondern“, sagt Moris langjähriger Mitarbeiter Al Savitsky.

Savitsky, der an der Utah State University in den USA arbeitet, erklärt, dass das Team, als es begann, die evolutionären Beziehungen zwischen verschiedenen Rhabdophis-Arten zu untersuchen, auf ein unerwartetes Paradoxon stieß. Wir stellten fest, dass es im Westen Chinas eine Gruppe gab, die ihre Hauptnahrung auf Regenwürmer umgestellt hatte und dennoch dieselbe allgemeine Klasse von Toxinen – die Bufadienolide – aufweist“, erklärt er.

Dieser Befund löste eine Suche nach der Quelle der Toxine aus. Das Team analysierte die Nackendrüse und den Mageninhalt wild lebender Schlangen sowie das Verhalten von in Gefangenschaft gehaltenen Schlangen gegenüber verschiedenen Nahrungsmitteln.

Die Stereochemie der Bufadienolid-Verbindungen lieferte den entscheidenden Hinweis auf das Rätsel, sagt Savitsky. Bufadienolide sind eine Klasse von Steroiden, die die Funktion von Herzmuskelzellen stören. Während das Steroidgerüst der von Kröten produzierten Bufadienolide nur cis-kondensierte A- und B-Ringe aufweist, enthalten die Glühwürmchenverbindungen auch trans-kondensierte Strukturen. Die Position der Acetylgruppen bestätigte auch, dass die von den wilden Rhabdophis gespeicherten Toxine von Glühwürmchen stammen müssen. Dies wurde durch das Vorhandensein von Glühwürmchenlarven in den Mägen der Schlangen bestätigt.

Schlangen sind dafür bekannt, dass sie bei der Auswahl ihrer Beute auf chemosensorische Hinweise zurückgreifen. Angesichts der Ähnlichkeit zwischen Kröten und Glühwürmchen vermutet das Team, dass die wurmfressenden Rhabdophis aktiv nach einer neuen Quelle für Bufadienolide gesucht haben müssen, um ihre Verteidigung aufrechtzuerhalten, als die evolutionäre Trennung vor etwa 13 Millionen Jahren stattfand. Um dies zu überprüfen, führten sie chemische Präferenztests durch, bei denen sie den Schlangen Proben von Verbindungen vorlegten, die mit verschiedenen Beutetieren assoziiert waren, und analysierten die Reaktion der Schlangen mit Hilfe einer Messung, die als „Zungenschnalzen“ bezeichnet wird.

„Wenn Schlangen ihre Zunge herausstrecken, nehmen sie flüchtige Moleküle auf, die dann an die Vomeronasalorgane weitergeleitet werden, und diese Vomeronasalorgane reagieren bevorzugt auf bestimmte Klassen von Verbindungen, die mit Beutetieren assoziiert sind“, sagt Savitsky. Indem die Forscher zählten, wie oft die Schlangen ihre Zunge herausstreckten oder nach Beute duftende Wattestäbchen angriffen, konnten sie die Nahrungsvorlieben der verschiedenen Rhabdophis-Arten bestimmen. Dies wiederum unterstreicht die Vorliebe der Wurmfresser für Glühwürmchenlarven.

Die Ergebnisse „offenbaren ein außergewöhnliches Beispiel für eine konvergente chemische Verteidigung“, bemerkt Steve Mackessy, ein Experte für Schlangengifte an der Universität von Nord-Colorado. Das Einzigartige an dieser Studie ist, dass trotz dieser bedeutenden Ernährungsumstellung die Giftabwehr aufrechterhalten wird, diesmal jedoch über eine andere Beutequelle, nämlich Lampyridinsekten“, sagt er. Mackessy fügt hinzu, dass die Kombination aus chemischer, Ernährungs- und Verhaltensanalyse „ein gut dokumentiertes Beispiel für eine extreme Ernährungsumstellung bei gleichzeitiger Beibehaltung eines angestammten chemischen Abwehrsystems“ darstellt.