Проблемы кровососов: каково это — быть вампиром?

Дженнифер Заспел не может объяснить, почему решила сунуть большой палец во флакон с молью. Просто захотелось. Она ловила мотыльков в июльскую ночь на Дальнем Востоке в России и поймала калиптру (Calyptra), с коричневыми завитками на крыльях, напоминающими высушенные листья, в пластиковый сборочный флакон. Из 17 тропических видов калиптры восемь были вампирами. Самцы иногда отходят от своей фруктовой диеты, вонзая свои прочные ротовые челюсти в млекопитающих, таких как крупный рогатый скот, тапиры и даже слоны и люди, чтобы испить свежей крови.

Но Заспел считала, что находится за пределами территории, на которой могла столкнуться с видами вампиров. Она поймала C. thalictri, широко известную в Швейцарии, Франции и до Японии как строгий плодожор.

Прежде чем замотать флакон с мотыльком, «я просто так засунула в него большой палец, чтобы посмотреть, что она будет делать», говорит Заспел. «Она пронзила мой большой палец и начала меня жрать».

Вот вам и восемь вампиров. Заспел, энтомолог из общественного музея Милуоки, до сих пор озадачена генетикой мотыльков в двух российских местах, которые она посетила в 2006 году. Самцы будут кусать исследователя за палец, если им предложить, но генетические исследования показывают, что эти мотыльки входят в список дружелюбных видов. По крайней мере должны.

Хоботок Calyptra thalictri извлекает кровь из ученого. Долгое время считалось, что этот мотылек питается исключительно фруктами, потому что его хоботок лучше приспособлен для пробивания сливы, чем большого пальца.

«Я бы сравнила это с пчелиным укусом», говорит Заспел. Во благо науки, один из коллег Заспел добровольно задокументировал опыт, отметив, что мотылек кушал целых 20 минут. Такие укусы определенно не проходят незамеченными. Эти мотыльки и другие вампиры рискуют своей жизнью, пока питаются.

Перебиваться периодическими красными завтраками или пытаться выжить одной только кровью куда сложнее, чем показывают в кино. Относительно немного животных ведут подобный образ жизни: некоторые насекомые и другие членистоногие, некоторые моллюски, некоторые рыбы, иногда птицы и, конечно, три вида летучих мышей.

Кровь — не самая простая пища. Животное, как правило, пытается поглощать как можно больше пищи за раз. Но при таких героических объемах кровь может быть токсичной. При этом одной кровавой пищи недостаточно, поскольку ей недостает некоторых базовых питательных веществ. При таком образе жизни кишки обладают особой физиологией. Современные инструменты генетики и молекулярной биологии раскрывают скрытую специализацию, необходимую для питания кровью, а вместе с тем и жестокие практики, которые порой доходят до крайности, вроде передачи крови от мотылька к мотыльку. Хотя многие из этих биологических адаптаций никогда не сравнятся с силой бессмертных вампиров, в некотором смысле их можно считать суперсилами.

Большая тарелка

Чтобы осознать риски, на которые идут настоящие вампиры, представьте себе животное, вес которого большего вашего в 35 миллионов раз. А теперь попытайтесь его укусить. Достаточно сильно, чтобы пошла кровь.

Очевидно, оно взбесится. «Вас легко может убить носитель», говорит молекулярный физиолог насекомых Педро Оливейра из Федерального университета Рио-де-Жанейро. Множитель в 35 миллионов прикладывается для 2-миллиграммового комара, атакующего 70-килограммового человека.

Найти такой гигантский источник крови нелегко. «Если отправиться в лес, между позвоночными хозяевами будут сотни метров расстояния, а сотни метров будут как километры для нас», говорит Оливейра. Затем крошечному вампиру нужно найти капилляр, который можно прокусить, всего в нескольких миллиметрах под поверхностью кожи. В случае с человеком подойдет лишь около 10% кожи.

Профессионал по части высасывания крови, жук Rhodnius prolixus, имеет ферменты в кишечнике, удерживающие тирозин в пище от кристаллизации и прокалывания тканей.

Принимая во внимание опасности и трудности, с которыми сталкиваются доноры крови, «большинство из них стараются минимизировать количество посещений», говорит Оливейра. Они пьют быстро и пьют много. Молодой жук-кровосос, способный распространять изнурительную болезнь Шагаса, всего за несколько минут выпивает крови в 10 раз больше своего веса.

Привязать это к человеческой физиологии? Забудьте. Бывают люди, которые намеренно пьют кровь, и это другая история, но даже небольшие объемы по меркам вампиров — например, кровь, проглоченная в результате носового кровотечения, — могут вызвать расстройство желудка, то есть диарею, говорит Томас Ганц из Медицинской школы Дэвида Геффена из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе. Свежую кровь трудно переварить кишечником человека, и очень мало воды из крови извлекается и направляется в почки. Ганц сравнивает кровь с растворами, которые люди пьют для очистки пищеварительной системы, быстрой и неприятной, для колоноскопии.

При больших приемах крови в пищу ингредиенты, которые были бы безвредными в больших количествах, могут быть токсичными. «Доза определяет яд», говорит Оливейра.

Удалите из крови воду и получите на 90% состоящее из белка вещество. Оливейра столкнулся с опасностью этого белка, когда исследовал генетику одного из американских жуков Rhodnius prolixus в своей лаборатории. Этот каплевидный жук, с туловищем, сужающимся к голове, прячется в щелях в помещении или снаружи. Ночью самцы и самки жука ищут людей, их питомцев или других млекопитающих, чтобы кроваво поужинать. Этот жук чрезвычайно скрытный и, в отличие от вампиров-мотыльков, не пробуждает свою жертву во время укуса. В отличие от комаров, укусы которых передают возбудителей через слюну, этот жук передает паразитов болезни Шагаса через экскременты, которые оставляет на носителе.

Из всех аминокислот, обнаруженных в этой большой порции напитка, только для тирозина есть большой массив ферментов, готовых его разбить в желудке жука, показали ученые в 2014 году. Поиск ферментов, разлагающих тирозин в кишечнике, это «немного странно», говорит Оливейра. У млекопитающих печень и почки являются единственными органами с ферментами, разрушающими тирозин. Опять же, большинство млекопитающих не наводняют кишки одним только белком.

Когда исследователи отключили способности к разрушению тирозина у жука, либо генетическим путем, либо химически блокировав ферменты, жуки погибли после обеда. Об этом Оливейра и коллеги написали в Current Biology в 2016 году. Часть мертвых жуков показала, что кристаллы тирозина пробили кишечник и его содержимое выплеснулось в полость туловища. Это открытие, отметили ученые, однажды может дать молекулярным биологам собственное лекарство, которое будет служить для убийства вампиров.

Кровососание у членистоногих развивалось независимо несколько раз (до 21), но чаще всего вампирам приходилось решать одни и те же проблемы с различными причудами биохимии. Однако проблема детоксикации тирозина может быть проблемой, которую многие родословные решали необычайно похожим образом, считает Оливейра.

Первые удары по оружию, отключающие общую химию, — это соединения, ингибирующие фермент HPPD. Фермент прекращает расщепление тирозина, причем не только у вышеупомянутых жуков. При тестировании метод был безопасным для молочных жуков и мучнистых червей.

Дурная кровь

Тирозин — лишь одно из питательных веществ, которые становятся ядовитыми благодаря объемам. В реальном мире способность вампиров выделять отходы гораздо важнее, чем какая-то вымышленная сила, позволяющая поднимать грузовики.

Нефролог Йонас Аксельссон из Каролинского института в Стокгольме и его коллеги изучают функцию почек у летучих мышей-вампиров в сравнении с их братскими видами, живущими фруктами или нектаром. Рацион человека обычно включает от 50 до 120 граммов белка в день, но если питаться как летучая мышь-вампир, человеческий эквивалент составил бы 6000 граммов белка в день для 70-килограммового тела. Такая передозировка белком означает, что эти летучие мыши имеют концентрацию белка в белково-метаболических продуктах отходов, таких как мочевина, что мгновенно приведет к почечной недостаточности у людей.

Но мыши-вампиры в порядке. Их почки таких же размеров, что и почки других летучих мышей. Мыши-вампиры отводят больше пространства длинным канальцам, которые занимаются реабсорбированием полезных веществ из только что приготовленной мочи, отмечает он.

Большая часть белка в крови — это гемоглобин, железосодержащая чудо-молекула, которая переносит кислород по телу и помогает позвоночным расти большими и толстыми. Однако быстрое переваривание такого количества гемоглобина может высвободить потенциально ядовитую дозу железа в кровоток. Здоровый человек может осчастливить своего врача концентрацией железа в крови порядка 127 микрограммов на 100 миллилитров. Однако концентрации в 200 раз выше, по всей видимости, не вредят миногообразным рыбам в их личиночном виде. Личинки забирают железо в процессе поедания всего, что находят. Когда морские миноги (Petromyzon marinus) созревают, у них появляются безжалостные ряды зубов, которыми они вонзаются и высасывают кровь из других рыб. При этом концентрации железа в крови падают — примерно до 10-кратного уровня здорового для человека содержания.

Но еще страшнее кровососущих морских миног выделения, которые не позволяют крови жертвы свертываться

Сначала минога прилипает к коже, чем напоминает «увлажненную присоску на лице», говорит специалист по миногам, биолог Маргарет Докер из Университета Манитобы в Виннипеге, Канада. В рамках эксперимента она позволила кровососущей серебряной миноге (Ichthyomyzon unicuspis) укусить ее за скулу. Они водятся в озерах и ручьях Северной Америки. Только половина из 38 мировых видов миног сосут кровь.

Миноги хорошо захватывают жертву. Некоторые не отцепляются даже при движении вверх по водопадам или плотинам. Крайне редко бывает так, что рыба успевает сбросить миногу прежде, чем та вцепится зубами на своем языке или оральном диске и выделит свои антикоагулянты.

Миноги могли стать паразитами в самом начале истории позвоночных, и поэтому им пришлось долгое время вырабатывать свои вампирические наклонности. Некоторые окаменелости девонского периода, которым 360 миллионов лет, появившиеся задолго до расцвета динозавров, демонстрируют оральный диск с 14 равномерно распределенными зубами, на вид уже готовыми сосать кровь.

Исследование физиологии современных кровососов получили мощный источник новых данных в 2013 году, когда международная группа ученых расшифровала книгу с генетическими инструкциями морской миноги. Докер надеется раскрыть больше фишек с детоксикацией у миног, вроде супероксиддисмутазы, которая увеличивается вместе с ростом концентрации железа в печени у взрослых миног. На этом этапе клетки печени похожи на человеческие, когда страдают от гемохроматоза. Еще одна причина изучать настоящих вампиров, если их недостаточно, это возможность раскрыть новые тайны метаболических заболеваний человека.

Недостаточно!

В крови может быть катастрофически много одних вещей и катастрофически мало других. «Вампирам не так просто справиться с этим», говорит микробиолог Рита Рио из Университета Западной Вирджинии в Моргантауне.

Она объясняет, что в крови недостаточно витаминов B. Животным нужны эти вещества как питательные вещества для широкого спектра основных процессов тела, таких как регуляция генов, сигнализация клеток и разбивка аминокислот. При этом животные не могут делать собственных запасов. Любые мухи-вампиры Рио обходят эту проблему весьма хитроумно.

«Я полюбила мух цеце с тех пор, как впервые узнала о них», говорит она. К югу от Сахары в Африке у мух «реально крутая биология», говорит она, и это не их способность распространять паразитов, которые погружают людей в смертельный сон.

Мухи цеце напоминают обычных толстых домашних мух, но сильно отличаются. Вместо того чтобы подобно обычному насекомому откладывать много маленьких яиц и надеяться, что кому-то из потомства повезет, самка мухи цеце вынашивает одно потомство за раз. В ней появляется одно яйцо и по мере роста вытягивает пропитание из «молочных» желез внутри матери. Можно увидеть, как оно становится все прожорливее и прожорливее. Иногда мать дает потомство, которое больше ее по размерам. И тогда у потомства к этому моменту будет лишь кукольная стадия, отделяющая их от половозрелости. «Как если бы я родила 12-летнего», говорит Рио.

Когда мама-муха дает своему ребенку высокий старт в жизни, она также передает ему инфекцию, которая понадобится для включения кровавой диеты в рацион. Каждая личинка появляется с собственными стержнеобразными бактериями Wigglesworthia. Эти бактерии поедают витамины B и процветают внутри специального органа, который растет внутри мухи. Версия этого органа у мухи цеце — бактериома — похожа на «маленький пончик вокруг пищеварительного тракта», говорит Рио.

Взаимодействие между мухой и микробами привлекает эволюционных биологов, поскольку гены бактерий и хозяина меняются на протяжении поколений, иногда разрушая или создавая странные функции, в зависимости от действий одного из партнеров.

Обезжиренные летучие мыши

Еще одним недостатком крови является ее низкое содержание жира, по крайней мере с точки зрения летучей мыши-вампира. Небольшое летучее млекопитающее может переносить лишь 20-30% собственного веса в виде груза, поэтому небольшой обезжиренный перекус не сможет насытить мышь надолго. Обычная летучая мышь-вампир (Desmodusrotundus) не сможет пережить и трех дней, не попив крови, говорит эволюционный биолог Джеральд Уилкинсон из Университета штата Мэриленд в Колледж-парке. Это одна из сил, подталкивающая этих мышей к созданию социальных сетей кровообращения.

Эти острозубые млекопитающие входят в один из трех видов летучих мышей-кровососов, и все они водятся в теплых широтах западного полушария. Первый дикий D. rotundus, которого изучал Уилкинсон, встретился ему на ранчо в Коста-Рике, где «часто взлетал и садился на круп лошади», говорит он. У мыши был мясистый небольшой нос, «как у свиньи», способный чувствовать тепло — это помогает определить, где теплая кровь ближе всего протекает к поверхности тела. В целом достать кровь «было не самым тривиальным делом для мышей». Обычно мышь проводит полчаса в поисках места, расчесывая волосы лошади, если необходимо, выкусывает крошечный кусочек плоти и лижет рану, при этом мочась. Лошадь даже не просыпается. Вернуться к ране следующей ночью намного проще, чем найти новое место. Уилкинсон понял, что летучая мышь питается одной и той же лошадью, несмотря на то что лошадь переходит на другое пастбище.

По словам Уилкинсона, слюна летучей мыши обладает впечатляющими антикоагулянтными свойствами. «Меня кусали несколько раз, и кровь было трудно остановить», говорит он. «Люди, которых кусали, просыпались в луже крови — и зачастую кровь идет долго после ухода летучей мыши».

По сравнению с летучими мышами других видов, обычная летучая мышь-вампир обладает чуть ли не суперсилой: вместо того чтобы летать, она просто бегает по земле.

Когда голодная летучая мышь не может найти еду на ночь, опытный кровосос может взять немного крови у более удачливого охотника. Они располагают мордочки одну напротив другой, и «пока одно животное неподвижно, другое лижет», говорит Уилкинсон.

В своих первых экспериментах с пленными летучими мышами он обнаружил животных, готовых периодически делиться кровью с голодными мышами без какой-либо родственной связи. На протяжении десятилетий ученые обсуждали, справедливо ли считать летучих мышей-вампиров примерами естественных альтруистов. Даже в неволе вампир помогает голодающему сородичу.

Да, быть вампиром трудно. Поэтому вампиры помогают друг другу.