Til hvers áttu að lesa þetta?
Eitur hefur myndast meira en 80 sinnum í dýraríkinu – og nú vita menn loksins hvers vegna. Þessi nýja uppgötvun bætir líka eitri við sérkennilegan lista einkenna sem mögulega geta birst hjá afkomendum okkar – lista sem líka nær yfir gogg, fiður, langa fingur og smáan heila.
Djúpt í munnvatni þínu dyljast fjöldamörg baneitruð efni. Lendi þau í blóðrás annarrar manneskju geta þau klippt prótín í blóðinu í sundur, valdið miklu blóðþrýstingsfalli og komið blóðinu til að streyma óhindrað úr líkamanum.
Þetta er ekki nein hrollvekjusaga heldur bláköld staðreynd. Nú er þó svo lítið af þessum efnum að óvinir þínir geta varpað öndinni léttar.
Nýjustu rannsóknir sýna hins vegar að það getur breyst í framtíðinni.
Maðurinn þróast 100 sinnum hraðar en nokkru sinni fyrr.
Rannsókn vísindamanna hjá Vísinda- og tæknistofnun Okinawa í Japan hefur leitt í ljós að í erfðamengi mannsins leynist verkfærakista með öllum nauðsynlegum áhöldum til að framleiða kröftugt eitur.
Japönsku vísindamennirnir fundu heilt netverk gena sem eiga þátt í myndun eiturs taívansks höggorms. Þetta genanetverk er ævagamalt og til í erfðamengi margra dýrategunda, auk manna.
Uppgötvunin skýrir hvers vegna eitur hefur komið til sögunnar margoft í sögu dýraríkisins og í alls óskyldum tegundum. Um leið opnast sá möguleiki að bit manna gætu orðið banvæn.
Hefur myndast 80 sinnum
Eitur er áhrifaríkt vopn í dýraríkinu og kemur óvinum oft í opna skjöldu með því að lama taugar, brjóta niður vöðva eða breyta þykkt blóðsins.
Um 200.000 dýrategundir nota eitur og á þeim lista eru m.a. slöngur, froskar, marglyttur, fiskar, sniglar, býflugur, þúsundfætlur, maurar, sporðdrekar, köngulær og spendýr.
Öll þessi dýr hafa þróað sína aðferð til að koma eitrinu í líkama fórnarlambsins. Slöngur nota höggtennur, býflugur brodd, keilusniglar skjóta skutli og breiðnefur nota klær en komododrekinn lætur nægja eitrað munnvatn sem hefur sín áhrif þegar nagað er í fórnarlambið.
Spendýr eitra óvini sína
Sársauki, lömun og deyjandi vefur – spendýrin eru ekki alsaklaus af því að beita eitri og stundum getur það skilið fórnarlambið eftir við dauðans dyr. Eitur er að finna í tegundum sem virðast sárasaklausar.
Breiðnefur veldur sársauka
Þegar nefdýrakarlar takast á beita þeir eitruðum klóm á afturfótum. Eitrið kemur úr litlum kirtli og í því eru 19 mismunandi eiturefni sem m.a. lækka blóðþrýsting og valda sársauka.
Snjáldurmýs lama fórnarlambið
Snjáldurmýs hafa eitur í munnvatni og það getur lamað önnur smádýr, svo sem nagdýr og froska og valdið bólgum í mönnum. Í eitrinu er blarínatoxín sem líkist kallikreinensímum í munnvatni manna.
Prímatar brjóta niður vef
Vissar tegundir lórisapa losa eitur frá kirtlum í handarkrikum. Dýrin sleikja handarkrikana og geta svo notað eitrið, m.a. gegn öðrum af eigin tegund. Eitrið brýtur niður vef og getur leitt til sjúkdóma og í versta falli dauða.
Eitruðu tegundirnar nýta sér mismunandi eiturblöndur. Sameiginlegt er þó að eitrið er fullt af svokölluðum peptíðum og prótínum sem hvort tveggja er úr amínósýrukeðjum og myndast eftir uppskriftum í erfðaefninu.
Hvert eiturefni má rekja til ákveðins gens og það hefur gefið vísindamönnunum færi á að kortleggja mismunandi eitur og þróun þess.
Gen sem kóða fyrir eiturefnum eru afkomendur gena sem upphaflega höfðu allt önnur hlutverk. Sum eru t.d. náskyld genum ónæmiskerfisins en önnur eru komin af genum sem hafa myndað meltingarensím.
En þótt vísindamenn viti nú meira um virkni eitursins, þróun og fjölbreytni hafa genagreiningarnar ekki svarað því hvers vegna eitur hefur myndast meira en 80 sinnum í dýraríkinu.
Eiturgen í mönnum
Í nýlegri rannsókn hjá Vísinda- og tæknistofnun Okinawa fannst lykillinn að gríðarlegri útbreiðslu eiturs í dýraríkinu. Vísindamennirnir rannsökuðu genamengi asíska höggormsins Probobothrops mucrosquamatus til að finna þau gen sem kóða fyrir eiturframleiðslunni.
Í stað þess að leita einungis uppi gen sem beinlínis kóða fyrir eitruðum peptíðum og prótínum, skoðuðu þeir einnig öll þau gen sem virkjast í framleiðslunni, t.d. með því að ákvarða magn eiturefna eða hjálpa til við að fella saman prótín þannig að þau virki rétt.
Greining vísindamannanna afhjúpaði heilt netverk meira en 3.000 gena sem koma að eiturframleiðslunni.
Vísindamenn uppgötvuðu mörg þúsund virk gen í eiturkirtlum höggormsins Protobothrops mucrosquamatus. Bit hans getur í sjaldgæfum tilvikum verið banvænt.
Þetta sama netverk er að finna í öllum skriðdýrum, fuglum og spendýrum, bæði þeim sem framleiða eitur og hinum sem ekki gera það. Þetta netverk gena hlýtur því að hafa komið til sögunnar hjá snemmbornum, sameiginlegum forfeðrum fyrir hundruðum milljóna ára.
Þetta þýðir að þótt þróunin hafi aðeins fætt af sér tiltölulega fáar eitraðar tegundir, þá er hæfnin til staðar hjá gríðarlegum fjölda annarra tegunda, svo sem t.d. hundum, músum, hænsnum, öpum – og mönnum.
Uppgötvunin skýrir líka hvers vegna svo margar óskyldar tegundir hafa þróað eitur alveg óháð hver annarri. Grunnurinn hefur verið til staðar í erfðamassanum frá upphafi og þegar einhver tegund hefur þróast við tilteknar aðstæður var tiltölulega einfalt að virkja þetta genanetverk og framleiða eitur.
Munnvatn þitt er eitrað
Nýja rannsóknin sýnir líka að eiturkirtlar hafa þróast frá munnvatnskirtlum. Þetta hefur vísindamenn lengi grunað en það er fyrst nú sem sönnun liggur fyrir.
Munnvatnskirtlar í mönnum stýrast að hluta af sömu genum og stýra eiturkirtlum og mörg ensím í munnvatni minna á eiturprótín.
Mörg eiturefni byggja á ensímum sem kallast serínproteasar og klippa í sundur prótín. Öllum lífverum er nauðsynlegt að geta brotið niður prótín og í mönnum eru serínpróteasar sem nefnast kallikreinar.
LESTU EINNIG
Þessir próteasar eru tjáðir í ýmsum vefjum, allt frá húð og brisi til taugakerfisins og munnvatnskirtla og gegna ýmsum hlutverkum. Einkum eru þeir virkir í munnvatni þar sem hæfnin til að brjóta niður prótín nýtist t.d. til meltingar á prótínum í fæðunni og til að berjast gegn örverum.
Til viðbótar annast kallikreinar daglegt hreinsunarstarf í frumunum.
Hæfni til að brjóta niður prótín getur þó einnig verið eyðileggjandi og þar koma eiturefni til sögu. Mörg af eiturefnum dýra eru einmitt serínpróteasar sem í stað þess að brjóta niður prótín í fæðu eða örverur, hafa stökkbreyst og eru sérhæfðir til að brjóta niður mikilvæg prótín í öðrum dýrum – gjarna í blóði eða taugum.
Þú hefur banvænt eitur í munni
Ensím í munnvatni manna getur fengið blóð til að streyma óstöðvandi úr sári með banvænum afleiðingum. Nú er þéttnin svo lítil að það er hættulaust en nokkrar stökkbreytingar gætu skilað válegri þróun.
1. Eitur klippir prótín í búta
Í munnvatni eru ensím er nefnast kallikrein (hvít) sem í blóði geta klippt sundur kínínógenprótín (gul). Úr verða brotstykki sem nefnast bradykínín og plasmín.
2. Bradykínín lækkar blóðþrýstinginn
Bradykínín (appelsínugult) bindur sig við viðtaka á æðaveggjunum og koma æðinni til að víkka þannig að blóðþrýstingur lækkar. Í versta falli getur afleiðingin orðið banvænt lost. Bradykínín getur líka valdið bólgum.
3. Plasmín veldur blóðstreymi
Í sári þjappar prótínið fíbrín (hvítir þræðir) blóðfrumum og blóðflögum saman í klump sem stöðvar blæðinguna. En plasmín brýtur niður fíbrín og klumpurinn leysist upp þannig að blóðið streymir óhindrað, jafnvel með banvænum afleiðingum.
Hjá eitruðum dýrum er þéttni ensímanna miklu meiri og eituráhrifin þar af leiðandi miklu kröftugri. Þó geta alveg venjulegir serínpróteasar haft skaðleg áhrif ef þéttni þeirra verður mjög mikil.
Tilraunir hafa sýnt að kallikreinaþykkni úr munnvatni músa sem almennt telst ekki eitrað, dugar til að drepa hamstra og rottur með því að lækka blóðþrýstinginn.
Þessi banvænu áhrif músamunnvatns afhjúpa muninn á eitruðum og eiturlausum dýrum og sýnir jafnframt fram á möguleika manna til að þróa eitrað bit. Fáeinar breytingar í þeim genum sem stilla af þéttni kallikreina í munnvatni gætu dugað til að breyta okkur í eitraða tegund með banvænt bit.
Þróunin er hröð
Sumir vísindamenn álíta að þróun mannsins hafi numið staðar. Í dag eru það ekki lengur genin sem skera úr um hvort tegundin lifir af, heldur þróun hugmynda, tækni og menningar. Tækniþróun og læknavísindi valda því að fólk lifir af við aðstæður sem annars væru óyfirstíganlegar hindranir og skilar þess vegna áfram ýmsum genum sem náttúruúrval hefði annars losað sig við af fullkomnu miskunnarleysi.
Aðrir vísindamenn telja tækniframfarirnar ekki sjálfkrafa þýða það að genaþróunin hafi numið staðar. Árið 2007 uppgötvuðu bandarískir vísindamenn að maðurinn hefur þróast um 100 sinnum hraðar síðustu 10.000 árin en á nokkrum öðrum tíma á síðustu ármilljónum.
Það er sem sagt ekki ósennilegt að mannkynið geti í framtíðinni orðið verulega frábrugðið því sem nú er.
Í mönnum eru sex aðalmunnvatnskirtlar og fjölmargir smærri. Kirtlarnir losa ensím sem minna á eiturefni, t.d. höggorma.
Þessi hraða þróun stafar fyrst og fremst af því að landbúnaður og þéttbýli hefur gjörbreytt lífsskilyrðum okkar. Þetta hefur haft í för með sér aðlögun erfðaefnisins. Landbúnaður leiddi t.d. af sér bæði genabreytingar sem gerðu kleift að melta sterkjuríka fæðu og genabreytingar sem gerðu kleift að þola mjólk á fullorðinsárum.
Eitt ummerki áframhaldandi þróunar er að finna í upphandleggnum, þar sem viðbótaræð virðist vera að bætast við. Æðin þróast snemma á fósturstigi og sér höndum fóstursins fyrir viðbótarblóði meðan þær eru að vaxa. Eftir það rýrnaði þessi æð og hvarf en nú er hana að finna í 30% fullorðins fólks.
Vísindamenn kunna ekki að skýra hvers vegna tiltekin æð tekur upp á því að viðhalda sér en það er ekki fráleit tilgáta að það tengist síaukinni notkun fingranna til fínhreyfinga nú til dags, t.d. við nákvæmnisvinnu á lyklaborði og snjallsímum.
Meiri fingravinna krefst meira blóðstreymis og þessi viðbótaræð er því orðin kostur.
Sumir vísindamenn spá því líka að í framhaldinu munum við þróa lengri fingur, einkum verði vísifingur og langatöng í aðalhlutverkum, t.d. í tölvuleikjum eða á lyklaborðinu og lengist þess vegna en baugfingur og litli fingur haldi núverandi lengd.
Fiðrað fólk með gogg
Erfðamengi mannsins rúmar margvíslega möguleika til þróunar. Auk eiturgenanna höldum við ennþá genum sem geta kóðað fyrir fjölmörgum einkennum fjarlægra forfeðra en við höfum fyrir löngu losað okkur við. Á fósturstigi þróum við t.d. ennþá tálkn sem eru arfur frá fjarlægum forfeðrum sem lifðu í sjó.
Mörg þessara einkenna geta enn skotið upp kollinum. Það er til að börn fæðist með rófu, líkamspart sem hvarf úr forsögu okkar fyrir um 20 milljón árum. Sömuleiðis eru dæmi um börn með mjög þétt líkamshár við fæðingu.
Verða afkomendur þínir með gogg og smáan heila?
Harðgerður goggur í staðinn fyrir tennur, lengdir fingur og lítill heili – maðurinn er stöðugt að þróast og vísindamenn hafa ýmsar tilgátur um hvernig sú þróun gæti orðið.
Goggur fyrir tennur
Tennurnar ná ekki að fylgja með vaxandi ævilengd en það vandamál væri hægt að yfirstíga með því að skipta tönnunum út fyrir gogg sem bæði væri harðari og endingarbetri. Þetta hefur gerst hjá öðrum tegundum, t.d. kúlufiski.
Fingurnir lengjast
Snjallsímar og lyklaborð krefjast fingrafimi og öðruvísi beitingar fingranna en áður. Við virðumst þegar vera að þróa nýja æð til að auka blóðstreymi til fingranna og í framtíðinni gætu ákveðnir fingur kannski lengst.
Heilinn minnkar
Mannsheilinn hefur minnkað um á að giska 10% á síðustu 20.000 árum og sú þróun gæti sem best haldið áfram. Ástæðan gæti verið sú að við látum huglæg verkefni í vaxandi mæli í hendur öðrum að ógleymdri tækninni.
Það kemur meira á óvart að við skulum enn bera í okkur hæfni til að þróa fiður og gogg. Árið 2016 tókst svissneskum vísindamönnum að lyfta hulunni af nánum þróunarsögulegum tengslum milli felds spendýra, fiðurs á fuglum og skelplatna skriðdýra. Myndun þessa mjög svo mismunandi hlífðarbúnaðar stýrist af sama netverki gena.
Ekki er nákvæmlega þekkt hvað það er sem ræður því hvort tegundin myndar hár, fiður eða skel en tengslin eru svo náin að ekki er útilokað að fiður eða skelplötur gætu þróast hjá spendýrategundum á borð við okkur.
Og ekki nóg með það, heldur gæti munnur okkar líka þróast í átt til fugla. Árið 2013 setti enski líffræðingurinn Gareth Fraser hjá Sheffieldháskóla fram þá kenningu að menn myndu þróa gogg í framtíðinni. Með hækkandi aldri endast tennur okkar ekki lengur út ævina en traustbyggður goggur gæti leyst það vandamál.
Lífskjörin ráða framtíðinni
Vísindamenn geta auðvitað einungis getið sér til um hvernig mannfólkið muni líta út í framtíðinni en þeir vita þó að þegar allt kemur til alls verða það lífskjör og aðstæður sem ráða því. Sú þýðing sem umhverfi og lífskjör dýrategunda hefur varðandi þróun nýrra eiginleika skiptir ekki síst máli í tengslum við þróun eiturs.
Eitur er mjög sveigjanlegt og getur auðveldlega breyst ef aðstæður krefjast þess. Bæði samsetning og kraftur eitursins geta breyst með umhverfinu. Við rannsókn á eiturslöngum uppgötvuðu vísindamenn að eitur þeirra var mismunandi eftir staðháttum, jafnvel þótt þær væru af sömu tegund.
3.000 gen eiga þátt í framleiðslunni í eiturkirtlum slöngu.
Nú er ekki margt í umhverfi manna sem gerir eitrað bit að æskilegum eiginleika. Af því leiðir að ósennilegt er að við þróum eitur á næstunni, því þótt það geti verið erfðafræðilega fremur auðvelt, er það ekki ókeypis fyrir líkamann.
Framleiðsla mikils magns kröftugs eiturs krefst orku og tegundir sem ekki þurfa á eitri að halda, eyða ekki orku í að framleiða það. T.d. telja sumir vísindamenn að kyrkislöngur myndu hætta að framleiða eitur ef hæfni þeirra til að kremja og kæfa fórnarlambið gerði eitrið óþarft.
Lífshættir manna þurfa sem sagt að breytast verulega til að við förum að framleiða eitur.
Eitur til lækninga
Sú uppgötvun að þróun eiturs sé aðeins í seilingarfjarlægð fjölmargra tegunda, hefur örvað áhuga vísindamanna. Þeir hyggjast nú rækta eiturmýs til að átta sig betur á því hversu mikið þarf til að dýr fari að framleiða eitur.
Takist þetta ætlunarverk verður jafnframt stigið skref í átt að eitruðu biti manna, þó ekki væri nema með genagræðslu.
Ný eiturefni – úr músum, mönnum eða öðrum tegundum – geta líka haft allt aðra kosti en að nýtast sem vopn gegn óvinum. Eitur dýra hefur á síðustu áratugum vakið æ meiri athygli vísindamanna um allan heim vegna lækningamöguleika þessara efna.
Vísindamenn taka eitur úr dýrum til að finna ný lyf. Slöngueitur gæti m.a. nýst gegn hjarta- og æðasjúkdómum.
Þannig hafa peptíð í eitri býflugna reynst lofa góðu við meðferð ofnæmis, gigtar, andlitbólna og brjóstakrabba. Í slöngueitri sem hefur áhrif á blóð, eru peptíð sem má nýta gegn of háum blóðþrýstingi og hjartaáföllum.
Þegar tekið er tillit til lífshátta nútímans þar sem hjarta- og æðasjúkdómar og krabbamein eru miklu meiri ógn við mannkynið en rándýr eða fæðuskortur, liggur meira á því fyrir mannkynið að finna lækningaleiðir en að þróa eitur.
En við gætum í rauninni gert hvort tveggja í senn – og þá yrði munnvatnshráki á gólfi eða grasi allt annars eðlis en fyrr.
