Scienty

Скорпионы – привычные обитатели жарких стран, опасные, но представляющие большой интерес для науки. Эти древнейшие паукообразные много миллионов лет назад стали одними из первых, кто освоил сушу, а их яд может стать основой для перспективных лекарств от рака и аутоиммунных заболеваний.
Скорпионы светятся под ультрафиолетовым излучением и способны изменять состав своих токсинов в зависимости от угрозы.
Об этом и многом другом рассказывается в нашем материале.

Членистоногие первопроходцы

Членистоногие — одни из древнейших беспозвоночных, возникших в первичном океане приблизительно 450 миллионов лет назад. Первыми многоклеточными животными, которые появились на суше после растений, стали членистоногие.

Растения наземных видов, а именно их споры и разлагающиеся части, стали причиной, которая привлекла первых членистоногих. — сообщаетВ статье для издания «Элементы.ру» энтомолог и палеонтолог, старший научный сотрудник лаборатории артропод Палеонтологического института имени А.А. Борисяка Российской академии наук Александр Валерьевич Храмов.

Определить самых первых поселенцев суши сложнее. Палеонтологи ищут организмы с органами, позволяющими дышать атмосферным воздухом. Раньше считалось, что губоногих многоножек и панцирных пауков (тригонотарбов) из отложений около английского города Ладлоу возрастом около 425 млн лет были древнейшими животными суши. Но о их приспособленности к жизни на суше можно судить только по фрагментам останков. Остается актуальным поиск ископаемых, по которым можно точно определить самых первых обитателей суши.

В течение какого-то времени самым ранним земным обитателем считали двуногого многоножки. PneumodesmusnewmaniМногоножку, обнаруженную около городка Стоунхейвен в Шотландии, отличали дыхальца — отверстия для вентиляции трахей. Изначально возраст слоев, где была найдена многоножка, оценивался в 428 млн лет, однако затем данные уточнили и окаменелость «помолодела» примерно до 414 млн лет. Примерно такого же возраста — около 410 млн лет — и другие членистоногие, считающиеся одними из первых обитателей суши, — панцирные пауки, чьи окаменелости были найдены в местечке Райни в Шотландии. У этих древних созданий, вымерших к концу палеозойской эры, были обнаружены легочные мешки.

Изучение древних скорпионов затруднительно. Несмотря на находки этих существ возрастом 433 и 430 млн лет, их классификация как обитателей суши оставалась спорной. Причина в том, что ранних скорпионов часто находят в отложениях мелководных морских районов. Поэтому некоторые считают, что в то время они сохраняли водный образ жизни.

Хотя останки каких-либо организмов могут встречаться в морских отложениях, это не означает, что они там жили. Возможно, их туда принесло течение после смерти. Ведь в морских слоях находят много стрекоз и других летающих насекомых. Конечно, у скорпионов, которые не умеют летать, шансы попасть в воду меньше, но все же не равны нулю. Более того, у древнейших скорпионов, считающихся морскими, не обнаружены ярко выраженные приспособления к жизни в воде, например, плавательные ноги или жабры. — размышляетА.В. Храмов приводит это правило в упомянутой статье. Скорпион является исключением. WaeringoscorpiowesterwaldensisС бахромой по бокам тела, напоминающей трахейные жабры водных личинок насекомых, данный вид раннего девонского периода демонстрирует сходство с водными организмами. А.В. Храмов указывает на возможность вторичного возникновения этой черты у наземных скорпионов при освоении ими водной среды.

Новые окаменелости, найденные в 1985 году в Висконсине, свидетельствуют о раннем выходе скорпионов на сушу. Результаты исследования опубликованы… опубликованы в 2020 г. в журнале ScientificReportsНесмотря на то, что находки нового вида… ParioscorpiovenatorПрародитель скорпионов — охотник, также найденный в мелководных морских отложениях. Его организм, судя по особенностям, был приспособлен к дыханию атмосферным воздухом. Оказалось, что у этих небольших (длиной около 2,5 см) созданий имелись пульмо-перикардиальные пазухи. У современных скорпионов эти структуры соединяют перикард («сумку» для сердца из соединительной ткани) и легочные мешки, по ним перегоняется гемолимфа для насыщения кислородом. «прародителей-охотников» Не сохранились при таком строении организма, вполне могли существовать. Ранее безоговорочным свидетельством выхода скорпионов на сушу считалась окаменелость с сохранившимися легочными мешками, которая «моложе» новой находки почти на 100 млн лет.

Parioscorpio venatorИзвестные науке, окажутся древнейших представителями своего класса, возрастом примерно 437–436 млн лет, что несколько миллионов лет больше возраста вида. PalaeophonusloudonensisОкаменелость, ранее считавшуюся самой ранней находкой скорпиона, обнаружили в Шотландии. Интересно, что… Parioscorpio venatorПо форме тела, в том числе узким «хвостом» с жалом и ядовитой железой (которую фактически следует считать частью брюшка), а также строением кишечника напоминали современных родственников.

Хотя у окаменелостей отсутствуют органы для подводного дыхания, учёные предполагают, что «прародители-охотники» могли вести полуводный образ жизни. Если возраст этих ранних скорпионов рассчитан верно, то это древнейшие известные науке животные, приспособленные к дыханию атмосферным воздухом.

Яд как лекарство

Пестрые скорпионы (MesobuthuseupeusПёстрые скорпионы распространены в Центральной Азии, Сирии, Турции; их можно увидеть на юге России. Для человека они ядовиты, но обычно не смертельно. Яд пестрых скорпионов много лет привлекает ученых как источник ценных веществ для лекарств от инфекций (например, малярии), артрита и воспалений.

Ученые Института биоорганической химии им. М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН совместно с коллегами из Левенского католического университета нашли новое применение «опасному дару» членистоногих. Выяснилось, что один из компонентов яда пестрого скорпиона — белок. MeKTx13-3Данный белок способен блокировать в клетках разновидность калиевых каналов, участвующих в развитии аутоиммунных процессов и росте злокачественных опухолей. Ученые адаптировали белок для воздействия только на «опасные» калиевые каналы, не нарушая работу других. Полученное вещество может стать основой персонализированного лекарства от рака и аутоиммунных заболеваний. Результаты исследования. опубликованы в журнале FrontiersinPharmacology.

Австралийские учёные опубликовали в 2017 году в журнале результаты исследования, согласно которому токсичность и состав яда скорпионов могут меняться в зависимости от условий окружающей среды. ProceedingsoftheRoyalSocietyB: BiologicalSciences.В эксперименте исследователи создали условия, предполагающие наличие позвоночных хищников, для некоторых подопытных скорпионов.

Через шесть недель у скорпионов, сталкивавшихся с искусственными хищниками, химический состав яда значительно отличался от яда тех скорпионов, не подвергавшихся такому воздействию. В частности, увеличилась концентрация некоторых компонентов, опасных для позвоночных, а также уменьшилась – некоторых, действующих против беспозвоночной добычи. Насколько известно нам, это первое подтверждение адаптивной пластичности состава яда. — говорят авторы исследования.

Сам себе светильник

Скорпионы обладают интересной особенностью: флуоресценцией. Под воздействием ультрафиолетового излучения эти существа светятся сине-зеленым цветом. Открытие было сделано в 1954 году. Такая способность наблюдалась у почти всех видов скорпионов, подвергнутых облучению светом в ультрафиолетовом диапазоне.

Средний слой кутикулы скорпионов — экзокутикула отвечает за флуоресценцию. Она разделена на две части: внутреннюю экзокутикулу и гиалиновую экзокутикулу. Гиалиновая экзокутикула — уникальный подслой скорпионов, состоящий преимущественно из мукополисахаридов и липопротеинов. В ней содержатся флуорофоры: вещества, которые при попадании на них ультрафиолетового света переизлучают его с большей длиной волны. Благодаря этому свечение становится видимым и приобретает характерный цвет.

Интересно, что во время линьки скорпионы теряют как эпикутикулу (самый внешний слой кутикулы, тонкий и похожий на воск, защищающий тело членистоногого от высыхания), так и экзокутикулу. Поэтому после «перерождения» эти животные еще несколько дней не могут светиться в ультрафиолете. Эта способность недоступна и новорожденным скорпионам с еще не окрепшей кутикулой.

Флуоресценция скорпионов — ценный дар для исследователей, изучающих этих паукообразных. Но природа наградила скорпионов этим «талантом» не просто так. Способность светиться может быть даже вредной, так как ночью активные скорпионы под лунным светом становятся более заметными для добычи — насекомых. показалоИсследование 2005 года показало, что флуоресцирующие скорпионы избегают выхода во время полнолуния, когда Луна наиболее яркая, чтобы уберечься от хищников: грызунов и сов.

Современные исследователи стремятся понять назначение способности светяться у скорпионов. Самая простая версия — это способность не нужна: люминесцентное вещество вырабатывается в организме просто как побочный продукт метаболизма. Но более захватывающие предположения появились после проведения экспериментов зарубежными учеными в 2010–2011 годах.

Скорпионы лучше всего видят сине-зелёный свет. Поэтому способность использовать собственное тело как фонарик, преобразующий слабое УФ-излучение от Луны и звёзд в комфортное сине-зеленое свечение, может помочь им найти укрытие. На открытом пространстве скорпион сразу же ищет убежища от хищников и инстинктивно прячется от света. В тени, где меньше ультрафиолета, сияние кутикулы скорпиона тускнеет, и он понимает, что находится в безопасном месте.

Эта гипотеза подтвердилась в ходе . экспериментаИсследование, проведенное в 2010 году исследователем из Калифорнийского государственного университета (США) Карлом Клуком, показало: организм скорпионов вырабатывает ограниченное количество флуорофоров, при этом в процессе свечения они разрушаются и флуоресценция ослабевает. Клук передержал половину подопытных скорпионов под УФ-излучением, дождавшись, пока они перестанут светиться, и затем исследовал их поведение в условиях, имитирующих ночь со слабым ультрафиолетовым светом от Луны и звезд, в сравнении с собратьями, имеющими возможность флуоресцировать. Выяснилось, что светящиеся скорпионы были менее активны и старались оставаться в тени, а животные без способности к флуоресценции проводили больше времени на открытом пространстве.

Эксперименты Дугласа Гаффина, ученого из Оклахомского университета, подтвердили гипотезу. Во время исследований Гаффин изучал скорость реакции скорпионов на укрытие под светом разной длины волны. Под сине-зеленым и ультрафиолетовым свечением членистоногие действовали одинаково, хотя к УФ-излучению глаза скорпионов чувствительнее гораздо меньше.

Для ориентации по панцирю скорпиону, вероятно, не нужны глаза — возможно, это возможно благодаря способности «видеть» телом. Гаффин поставил эксперимент: закрыть глаза скорпионов фольгой и наблюдать за их поведением в сине-зеленом и ультрафиолетовом свете. При этом восприятие первого у животных «с завязанными глазами» ухудшалось, а в УФ-лучах они продолжали избегать света и стремиться в тень. Из этого ученый сформулировал гипотезу: сигналы от преобразования УФ-излучения в сине-зеленый свет могут напрямую направляться в мозг скорпиона по нервным скоплениям, расположенным по всему телу членистоногого.

Под воздействием света с длиной волны 505 нм скорпионы с закрытыми глазами заметно реже перемещались. (сине-зеленым светом. — Примеч. авт), чем под излучением с длиной волны 395 нм (УФ-излучением. — Примеч. авт.)Скорпионы с закрытыми глазами двигались заметно медленнее, чем их собратья из контрольной группы. Данные указывают на то, что флуоресценция имеет важное значение для восприятия света этими членистоногими. — сообщается в статье в журнале AnimalBehaviourДуглас Гаффин считает, что преждевременные выводы о результатах данного исследования недопустимы: для окончательного подтверждения или опровержения этой гипотезы необходимы дополнительные эксперименты.

Источники

«Элементы.ру». В США нашли самого старого скорпиона, который предположительно дышал воздухом.

«РИА Новости». Учёные установили имя первого животного, которое покинуло море и переместилось на сушу.

ТАСС. В Соединенных Штатах Америки обнаружены ископаемые самого раннего на Земле скорпиона.

«РИА Новости». Врачи разработали индивидуальный препарат на основе отравляющего вещества скорпиона.

«Элементы.ру». Василий Деревянко. Флуоресцирующий скорпион

ТАСС. Ученые из США обнаружили способность скорпионов видеть с помощью тела.

ТАСС. Яд скорпиона «превратили» в лекарство от рака

«Наука и жизнь». В опасности скорпионы избавляются от хвоста.

Издательство Королевского общества. Труды Королевского общества по биологическим наукам. Алекс Н. Гангур, Майкл Смоут, Майкл Дж. Лидделл и др. Изменения в воздействии хищников, но не в диете, вызывают фенотипическую пластичность яда скорпионов.

Discover Magazine. Эд Йонг. Почему скорпионы светятся в темноте (и может быть, всё их тело — одно большое око)?

Animal Behaviour. Vol. 23, Issue 2, February 2012, p. 429–436. Даглайс Д. Гаффен, Ллойд А. Бумм, Мэтью С. Тейлор и др. Яркость скорпионов и реакция на свет. (опубликовано на электронной платформе ScienceDirect)

The Journal of Arachnology, 38(3), 2010. Карл Т. Клюк, Авраам Кубли, Рико Рейнольдс. Обнаружение ультрафиолетового света: функция скорпионной флуоресценции. (опубликовано на электронной платформе BioOne Digital Library)

Фото на главной странице: moksha666 / фотобанк 123RF

Источник изображения на превью: katemangostar / фотобанк Freepik

Источники изображений в тексте: rawpixel.com / фотобанк Freepik, kuritafsheen77 / фотобанк Freepik, brgfx / фотобанк Freepik, kuritafsheen77 / фотобанк Freepik, kuritafsheen77 / фотобанк Freepik.