Как летучая мышь стала вампиром
Дисклеймер: месяц назад я решила прокачать свои знания школьного курса биологии и разродила иишку на книгу по эволюции. Сейчас мы добрались до появления летучих мышей, и история про мышей-вампиров оказалась настолько интересной, что решила поделиться ею здесь.
Велкам!
Кровь кажется идеальной пищей. Она уже жидкая, ее не надо разгрызать или переваривать вместе с костями и шерстью, в ней полно белка, а вокруг ходят животные, которые носят по несколько литров этой еды прямо внутри себя. Если все настолько удобно, возникает очевидный вопрос: почему среди примерно полутора тысяч видов летучих мышей кровью питаются всего три, а среди остальных современных млекопитающих - вообще никто?
Потому что кровь на самом деле ужасная еда.
Почти четыре пятых ее массы составляет вода. В оставшейся части преобладает белок, зато жиров и углеводов очень мало, некоторых необходимых питательных веществ тоже мало, а железа столько, что при постоянном кровяном рационе оно само становится проблемой. Добавим возможные инфекции - и получим пищу, на которой обычное млекопитающее долго не протянет. Вампиру пришлось перестроить пищеварение, обмен веществ, работу почек и даже органы чувств.
Поэтому первые шаги к вампиризму, скорее всего, были гораздо скромнее. Точную последовательность мы пока не знаем: летопись ископаемых вампиров слишком бедна, чтобы показать превращение по кадрам. Их ближайшие родственники принадлежат к невероятно разнообразному американскому семейству листоносых летучих мышей, среди которых есть насекомоядные, плодоядные, нектароядные и хищные виды. Значит, предок вампиров уже принадлежал к группе, которая экспериментировала с пищей куда свободнее большинства летучих мышей.
Одним из возможных мостиков была рана. Хищник или насекомоядная летучая мышь, которая кусает небольшое позвоночное, неизбежно сталкивается с кровью. Можно съесть само животное, а можно начать получать все большую долю пищи из жидкости, которая появляется после укуса. Другая гипотеза ведет через паразитирование на крупных животных и поедание кровососущих насекомых. Какой именно маршрут оказался настоящим, мы пока не знаем. Зато после появления регулярного питания кровью направление отбора становится гораздо понятнее.
Первая проблема - как получить кровь, не вступая в драку с ее владельцем.
Для животного массой около сорока граммов корова огромна. Даже птица способна покалечить такого нападающего. Поэтому вампиру выгодно не убивать добычу, а сделать так, чтобы она вообще не заметила обед. Он садится рядом, подходит по земле и ищет удобное место для укуса. И вот здесь обычная летучая мышь неожиданно начинает превращаться в хорошего бегуна.
Большинство летучих мышей на земле выглядит довольно беспомощно. Их задние конечности специализированы для висения, а передние превратились в крылья. Обыкновенный вампир использовал ту же странную конструкцию иначе: его мощные передние конечности позволяют быстро передвигаться на четырех конечностях и даже совершать прыжки. Крыло снова начинает работать как рука - теперь уже чтобы подкрасться к спящему животному и при необходимости мгновенно уйти.
Но подойти к корове мало. Под шерстью нужно найти место, где сосуд проходит достаточно близко к поверхности.
И здесь вампир получил чувство, которым обладают считаные позвоночные.
На его морде находятся чувствительные участки, способные воспринимать тепловое излучение. Там, где теплая кровь течет близко к поверхности кожи, температура немного выше. Вампир может обнаруживать такие участки с помощью температурно-чувствительной системы тройничного нерва. Причем эволюция не создала для этого совершенно новый молекулярный датчик. Она перенастроила TRPV1 - белок, который у млекопитающих уже реагирует на высокую температуру. У вампира альтернативный вариант этого белка в нервах головы начинает активироваться примерно при 30 °C. Старый датчик опасного жара получил дополнительную работу и превратился в часть инфракрасной системы поиска крови.
И вопрос не только в том, зачем вампиру чувствовать тепло. Важно, из чего эволюция смогла собрать такую способность. Исходная система термочувствительности уже существовала у предка. Отбору оставалось изменить ее чувствительность и связать с новой задачей.
Дальше вампир должен открыть сосуд. Его передние зубы стали чрезвычайно острыми и работают скорее как маленькие лезвия. Он снимает небольшой участок кожи - и здесь кино обычно начинает врать.
Вампир не сосет кровь.
Он ее слизывает.
И тут немедленно возникает следующая проблема. Поврежденный сосуд должен закрыться. Это одна из самых важных защитных систем организма: сосуд сужается, тромбоциты собираются у повреждения, запускается каскад свертывания. Для хозяина это спасение. Для вампира - закрывающийся кран.
Поэтому слюна вампира вмешивается в гемостаз. В ней работает целый набор веществ, которые помогают поддерживать кровотечение. Пока летучая мышь лижет ранку, кровь продолжает поступать. То, что начиналось как обычная слюна млекопитающего, стало частью системы добывания пищи. Геномные исследования вампиров действительно находят изменения, связанные с этой крайне специализированной диетой и обработкой раны хозяина.
Но вот вампир наконец напился - и ситуация становится почти комической.
Он весил сорок граммов. Теперь в него нужно поместить огромное относительно собственного веса количество жидкости. А после ужина еще желательно взлететь.
Поэтому обработка пищи начинается практически сразу. Организм быстро избавляется от лишней воды: почки вампира способны очень быстро производить большое количество разбавленной мочи. Затем, когда вода удалена, возникает противоположная задача - избавиться от огромного количества азотистых отходов, образующихся при переработке белка. Кровяная диета поэтому потребовала от почек не одного трюка, а способности быстро переключаться между совершенно разными режимами.
А железо приходится постоянно выводить и контролировать, потому что с каждым приемом пищи его поступает огромное количество. Микроорганизмы кишечника тоже участвуют в работе с необычной пищей. В результате вампир - это уже не просто летучая мышь с острыми зубами. Практически вся его физиология подстроена под одну жидкость.
И эта специализация загнала его в ловушку.
Кровь содержит мало жира и углеводов, а значит, вампир плохо создает большие энергетические запасы. Он живет на пище, которую должен получать регулярно. Несколько неудачных ночей подряд становятся серьезной угрозой. В отличие от хищника, который может после большой добычи долго переваривать мясо, вампир оказывается привязан к следующему успешному кормлению.
И именно отсюда выросла одна из самых странных особенностей вампиров - дружба стала способом не умереть с голоду.
Если летучая мышь возвращается в убежище голодной, другая может отрыгнуть часть выпитой крови и накормить ее. Сначала легко предположить, что это просто помощь собственным детям или близким родственникам. Родство действительно имеет значение. Но классические наблюдения и эксперименты показали, что кровью делятся и неродственные животные, причем вероятность помощи связана с историей их отношений. Сегодня мы знаем, что у вампиров возникают устойчивые социальные связи, которые могут сохраняться годами.
Получается необычная экономическая система. Сытый вампир сегодня отдает часть еды и немного уменьшает собственный запас. Зато завтра именно он может вернуться после неудачной охоты. При достаточно стабильной группе помощь снижает для каждого участника риск умереть после серии неудач. А способность узнавать соседей и помнить прошлые взаимодействия становится непосредственно связана с выживанием.
Это уже неожиданное следствие пищевой специализации. Переход на кровь изменил социальную жизнь животного.
Но самое удивительное в вампире, пожалуй, другое. Ни одна из его способностей сама по себе не выглядит невероятной. Тепловые рецепторы уже существовали. Зубы уже резали пищу. Слюна уже содержала активные вещества. Почки уже регулировали воду и соли. Летучая мышь уже умела ходить, летать и узнавать соседей.
Необычным оказался порядок, в котором все это начало работать вместе.
И поэтому из более чем тысячи видов летучих мышей только три живут исключительно на крови. Перейти на нее недостаточно. После первого же шага животное сталкивается с целой цепью новых проблем, и каждая требует следующего изменения. Большинство эволюционных линий никогда не проходит через всю эту цепочку.
А летучие мыши вообще оказались удивительно хороши именно в таких экспериментах с пищей. Среди них есть охотники, которые хватают рыбу из воды, виды, которые опыляют кактусы, поедатели фруктов, ловцы лягушек и хищники, способные убивать других летучих мышей. Вампир - лишь один из крайних результатов этого взрыва разнообразия.
И здесь дальше интереснее уже оставить летучих мышей. Примерно в то время, когда их ранние ветви осваивали ночное небо, на земле начиналась другая переделка млекопитающего: маленький лесной зверь с несколькими пальцами постепенно превращался в животное, способное часами двигаться по открытому пространству на одном огромном пальце.
Это будет история лошади.





