Kemisk analys har avslöjat att en ”extrem” kostförändring för miljontals år sedan har hjälpt en grupp ormar att behålla sitt unika kemiska försvarssystem.

Rhabdophis-ormar, som är vanliga i östra Asien, får försvarstoxiner från sina byten – i stället för att göra egna – och dessa gör dem osmakliga för rovdjur. En grupp av Rhabdophis-arter som är inhemska i södra Kina har dock ändrat sin diet från giftiga paddor till ofarliga daggmaskar. Trots detta verkar ormarna fortfarande ha samma klass av försvarstoxin som deras släktingar får från amfibier. Kemisk analys har visat att ormarna nu hämtar det från den enda andra organism som är känd för att producera bufadienolidföreningar – eldflugor.

Upptäckten gjordes av ett internationellt forskarlag under ledning av Akira Mori från Kyoto-universitetet, som har studerat ormarna i över 20 år. Moris forskning visade att de flesta Rhabdophis-arter har strukturer som kallas nackkörtlar i vilka de lagrar gifter som de får från sina byten.

”Det var Akira som kom med hypotesen att ormarna kanske inte producerar giftet utan i själva verket äter paddor och lagrar eller binder dessa gifter”, säger Moris långvariga medarbetare, Al Savitsky.

Savitsky, som är baserad vid Utah State University i USA, förklarar att när teamet började utforska de evolutionära relationerna mellan olika Rhabdophis-arter stötte de på en oväntad paradox. Vi konstaterade att det fanns en grupp i västra Kina som har bytt sin primära föda från daggmaskar till regnmaskar, och ändå förblir de giftiga med samma allmänna klass av gifter – bufadienoliderna”, säger han.

Detta fynd utlöste en sökning efter källan till toxinerna. Teamet analyserade nackkörteln och maginnehållet hos vilda ormar, samt beteendet hos ormar i fångenskap mot olika typer av föda.

Bufadienolidföreningarnas stereokemi gav den avgörande ledtråden till pusslet, säger Savitsky. Bufadienolider är en klass av steroider som stör hjärtmuskelcellernas funktion. Medan steroidryggen i bufadienolider som produceras av paddor endast innehåller cis-fusionerade A- och B-ringar, innehåller Firefly-föreningar även trans-fusionerade strukturer. Acetylgruppernas placering bekräftade också att de gifter som lagras av den vilda Rhabdophis måste ha kommit från eldflugor. Detta stöddes av närvaron av eldflugelarver i ormarnas magar.

Slangar är kända för att använda kemosensoriska signaler när de väljer byte. Med tanke på olikheterna mellan paddor och eldflugor föreslår teamet att den ormätande Rhabdophis aktivt måste ha sökt en ny källa till bufadienolider för att upprätthålla sitt försvar när den evolutionära splittringen skedde för cirka 13 miljoner år sedan. För att testa detta utförde de kemiska preferenstester, där de presenterade prover av föreningar som förknippas med olika bytesdjur för ormarna och analyserade ormarnas reaktion med hjälp av ett mått som kallas ”tunga-slick-attackpoäng”.

”När ormar sticker ut tungan plockar de upp flyktiga molekyler som sedan levereras till vomeronasalorganen, och dessa vomeronasalorgan reagerar företrädesvis på vissa klasser av föreningar som är förknippade med bytesdjur”, säger Savitsky. Genom att räkna antalet gånger ormarna slog ut sina tungor eller attackerade bytesdoftande bomullstopsar kunde forskarna härleda kostpreferenserna hos olika arter av Rhabdophis. Detta underströk återigen ormätarnas förkärlek för eldflugelarver.

Resultaten ”avslöjar ett utomordentligt exempel på konvergent kemiskt försvar”, konstaterar Steve Mackessy, expert på ormgift vid University of Northern Colorado. Det som gör den här studien unik är att trots denna stora kostförändring bibehålls det sekretessbelagda giftförsvaret, men den här gången via en annan byteskälla, lampyridinsekter, säger han. Mackessy tillägger att kombinationen av kemisk analys, dietanalys och beteendeanalys ger ”ett väldokumenterat exempel på en extrem kostförändring samtidigt som ett ursprungligt kemiskt försvarssystem bibehålls”.