چرا حیوانات سمی براثر توکسین‌های خود نمی‌میرند؟

برخی از سمی‌ترین جانوران جهان قورباغه‌های کوچک رنگی به نام قورباغه‌های نیزه سمی (از خانواده Dendrobatidae) هستند که در جنگل‌های بارانی آمریکای مرکزی و جنوبی زندگی می‌کنند. تنها یک عدد قورباغه از این نوع سم کافی برای کشتن ۱۰ انسان بالغ را دارد.

جالب اینکه این قورباغه‌ها سمی به‌دنیا نمی‌آیند؛ بلکه مواد شیمیایی سمی خود را با خوردن حشرات و بندپایان دیگر به‌دست می‌آورند. حال، این سؤال مطرح می‌شود: اگر این سم بسیار کشنده است، چرا خود قورباغه‌ها هنگام خوردن آن نمی‌میرند؟

فیال عبدالرحمن علی، پژوهشگر مؤسسه تحقیقات قلب و عروق دانشگاه کالیفرنیا در سان‌فرانسیسکو و نویسنده مطالعه جدیدی است که در مجله Journal of General Physiology منتشر شده. وی این پدیده را بررسی کرده و گفته است توانایی قورباغه‌ها برای اجتناب از مسمومیت ناشی از خود، مدت‌ها دانشمندان را سردرگم کرده است.

پژوهشگران در مقاله جدید، قورباغه‌های سمی را در جنس Phyllobates مطالعه کردند که از سمی به نام باتراکوتوکسین استفاده می‌کنند. این سم با ایجاد اختلال در انتقال یون‌های سدیم به داخل و خارج از سلول‌ها عمل می‌کند که یکی از مهم‌ترین عملکردهای فیزیولوژیکی در بدن است.

وقتی مغز سیگنال‌هایی به بدن می‌فرستد، آن‌ها را ازطریق جریان الکتریکی ارسال می‌کند. این سیگنال‌ها دستورهایی به بخش‌های بدن می‌برند. برای مثال، به اندام‌های حرکتی برای اینکه به آن‌ها بگویند، حرکت کنند و به عضلات برای اینکه منقبض شوند و به قلب برای اینکه خون را پمپ کند. ارسال این سیگنال‌های الکتریکی با جریانی از یون‌های دارای بار مثبت مانند سدیم به سلول‌های دارای بار منفی امکان‌پذیر می‌شود. جریان یون‌ها به داخل و خارج از سلول ازطریق دریچه‌های پروتئینی به نام «کانال‌های یونی» انجام می‌شود. وقتی کانال‌های یونی مختل می‌شوند، سیگنال‌های الکتریکی نمی‌توانند در بدن جریان پیدا کنند.

باتراکوتوکسین موجب بازماندن کانال‌های یونی می‌شود و به جریان آزادانه یون‌های دارای بار مثبت به داخل سلول‌ها منجر می‌شود. اگر کانال‌ها نتوانند بسته شوند، کل سیستم توانایی انتقال سیگنال‌های الکتریکی را از دست می‌دهد. عبدالرحمن علی گفت: «نیاز داریم که این کانال‌ها باز و بسته شوند تا الکتریسیته‌ای تولید شود و عضلات یا قلب ما را کنترل کند. اگر کانال‌ها همیشه باز باشند، فعالیت قلبی و فعالیت عصبی یا فعالیت انقباضی وجود نخواهد داشت.»

اساسا اگر یکی از قورباغه‌های سمی را بخورید، تقریبا بلافاصله می‌میرید؛ بنابراین، چگونه این قورباغه‌ها و حیوانات سمی دیگر از دچارشدن به سرنوشت مشابهی اجتناب می‌کنند؟ به‌گفته عبدالرحمن علی، حیوانات سمی از سه راهبرد استفاده می‌کنند تا دچار مسمومیت ناشی از خود نشوند.

رایج‌ترین رویکرد شامل نوعی جهش ژنتیکی است که شکل پروتئین هدف زهر (دریچه سدیم‌یون) را اندکی تغییر می‌دهد؛ به‌طوری که زهر دیگر نمی‌تواند به آن پروتئین متصل شود. برای مثال، گونه‌ای از قورباغه سمی به نام قورباغه زهرآگین آبی حامل سمی به نام اپیباتیدین است که از ماده سیگنال‌دهنده مفیدی به نام استیل کولین تقلید می‌کند. طبق مطالعه‌ای که سال ۲۰۱۷ در مجله Science منتشر شد، این قورباغه‌ها سازگاری‌هایی در گیرنده‌های استیل کولین حاصل کرده‌اند که اندکی شکل این گیرنده‌ها را تغییر داده و آن‌ها را برابر سم مقاوم کرده است.

راهبرد دیگری که شکارچیان جانوران سمی استفاده می‌کنند، این است که توکسین طعمه را کاملا دور می‌اندازند. استراتژی سوم جذب توکسین است. حیوان سیستم‌هایی را ایجاد می‌کند تا توکسین را جداسازی و جذب کند تا مطمئن شود برای او مشکل‌ساز نمی‌شود.

_{قورباغه سمی هارلکین (Oophaga histrionica). قورباغه‌های نیزه سمی از سمی‌ترین حیوانات زمین هستند؛ بنابراین، ترفندهایی برای پیشگیری از مسمومیت خودشان ایجاد کرده‌اند.}

در مطالعه جدید، پژوهشگران کانال‌های سدیم‌یون قورباغه‌های جنس Phyllobates را کلون کردند و آن‌ها را درمعرض توکسین قرار دارند. آن‌ها از دیدن این صحنه شگفت‌زده شدند که کانال‌های سدیم‌یون دربرابر سم مقاوم نیستند. به‌گفته عبدالرحمن علی، در این وضعیت حیوانات باید می‌مردند. ازآنجاکه کانال‌های سدیم‌بون قورباغه‌ها دربرابر اثرهای مخرب توکسین مقاوم نبود، قورباغه‌ها نباید در شرایطی زنده می‌ماندند که توکسین درون بدن آن‌ها قرار دارد.

براساس این نتایج، عبدالرحمن علی حدس زد این قورباغه‌ها احتمالا با استفاده از «اسنفج پروتئینی» از راهبرد جداسازی استفاده می‌کنند تا از مسمومیت خود پیشگیری کنند. این قورباغه‌ها احتمالا پروتئینی تولید می‌کنند که می‌تواند سم را جذب کند و آن را در خود نگه دارد؛ یعنی سم هرگز این فرصت را پیدا نمی‌کند که به کانال‌های پروتئینی آسیبی برساند.

به‌گفته پژوهشگران، گاوغوک آمریکایی (Rana catesbeiana) نیز از چنین روشی استفاده می‌کند. این قورباغه‌ها پروتئینی به نام ساکسیفیلین تولید می‌کنند که می‌تواند به توکسین ساکسیتوکسین متصل شود و آن را مهار کند. ساکسیفیلین درحال‌حاضر به‌عنوان راه بالقوه‌ای برای خنثی‌کردن توکسین‌هایی مطالعه می‌شود که جلبک‌ها وارد منابع آب ما می‌کنند.