One fine day, when Charles Darwin was still a student at Cambridge, the budding naturalist tore some old bark off a tree and found two rare beetles underneath. He’d just taken one beetle in each hand when he spotted a third beetle. Stashing one of the insects in his mouth for safekeeping, he reached for the new specimen – when a sudden spray of hot, bitter fluid scalded his tongue.
ある晴れた日のことでした チャールズ・ダーウィンが まだケンブリッジ大学の学生だった頃 新進気鋭の博物学者であった彼が 古い樹皮を少し剥いでみると その下に 珍しい2匹の甲虫を発見しました 左右の手に1匹ずつ収めたその時 もう1匹いるのに気づきました 手に持っていたうち1匹を 保管するため口に押し込み 手を伸ばしたその瞬間ー 突然 熱いガスが舌にかかり 苦みのある液体で染まりました
Darwin’s assailant was the bombardier beetle. It’s one of thousands of animal species, like frogs, jellyfish, salamanders, and snakes, that use toxic chemicals to defend themselves – in this case, by spewing poisonous liquid from glands in its abdomen. But why doesn’t this caustic substance, ejected at 100 degrees Celsius, hurt the beetle itself? In fact, how do any toxic animals survive their own secretions? The answer is that they use one of two basic strategies: securely storing these compounds or evolving resistance to them.
ダーウィンを襲ったのは ホソクビゴミムシ(屁っ放り虫)でした 何千種といる他の有毒動物 例えばー カエル クラゲ サラマンダー ヘビ等と同様に 毒を使い外敵から身を守るのですが ホソクビゴミムシの場合 毒ガスを 下腹部の腺から噴射します でも 焼灼性の物質を 100℃の高温で噴出しても 甲虫自身が火傷を負わないのは なぜでしょうか? さらにいえば 毒を持つ動物は なぜそれに耐えられるのでしょうか? 答えは 2つの基本的な方法のうち どちらかで対処できるからです 1つは 体内の安全な場所に 毒を貯蔵しておく方法 もう1つは 毒への耐性を 進化により身につけていく方法です
Bombardier beetles use the first approach. They store ingredients for their poison in two separate chambers. When they’re threatened, the valve between the chambers opens and the substances combine in a violent chemical reaction that sends a corrosive spray shooting out of the glands, passing through a hardened chamber that protects the beetle’s internal tissues. Similarly, jellyfish package their venom safely in harpoon-like structures called nematocysts. And venomous snakes store their flesh-eating, blood-clotting compounds in specialized compartments that only have one exit: through the fangs and into their prey or predator.
ホソクビゴミムシには 1つ目が当てはまります 毒の成分を2つの別々の器官に 貯蔵しておき 危険にさらされると 器官の間にある弁が開き 成分が混ざり合うことで 爆発的な化学反応が起こり 腐食性のガスが腺から噴射されますが ガスが通過する器官は硬化しており 体内組織を守っています クラゲのしくみもそれに似て 刺胞と呼ばれる銛状の針に 毒を安全に貯蔵しています また毒ヘビも 筋肉を壊死させたり 血液を凝固させたりする物質を 出口が一箇所しかない 専用の器官に貯えておき それを毒牙から出し 被食者や捕食者を襲撃します
Snakes also employ the second strategy: built-in biochemical resistance. Rattlesnakes and other types of vipers manufacture special proteins that bind and inactivate venom components in the blood. Meanwhile, poison dart frogs have also evolved resistance to their own toxins, but through a different mechanism. These tiny animals defend themselves using hundreds of bitter-tasting compounds called alkaloids that they accumulate from consuming small arthropods like mites and ants. One of their most potent alkaloids is the chemical epibatidine, which binds to the same receptors in the brain as nicotine but is at least ten times stronger. An amount barely heavier than a grain of sugar would kill you.
ヘビは もう1つの方法も取り入れ 生来の毒への耐性も備えています ガラガラヘビをはじめ クサリヘビ科に属するヘビは 血液中の毒成分を凝固 不活性化させる 特別なたんぱく質を生成します 一方 ヤドクガエルもまた 自分の毒への耐性を獲得しましたが それはまた別のしくみによるものです これらの小型生物は 苦味のある物質を 幾百と使って身を守ります これらの物質をアルカロイドと言い ダニやアリといった小型節足動物の 摂取により体内に蓄積しています アルカロイドの中で 最も強力なものの1つがエピバチジンで 脳内で ニコチンが結合するのと 同じ受容体に結合しますが ニコチンに比べ 少なくとも10倍は強力で 一粒の砂糖より僅かに多い程度でも 人を死に至らしめます
So what prevents poison frogs from poisoning themselves? Think of the molecular target of a neurotoxic alkaloid as a lock, and the alkaloid itself as the key. When the toxic key slides into the lock, it sets off a cascade of chemical and electrical signals that can cause paralysis, unconsciousness, and eventually death. But if you change the shape of the lock, the key can’t fit. For poison dart frogs and many other animals with neurotoxic defenses, a few genetic changes alter the structure of the alkaloid-binding site just enough to keep the neurotoxin from exerting its adverse effects.
では 毒ガエルが自分の毒に 耐えられる要因は何でしょう? アルカロイド系神経毒の 分子標的を錠前 アルカロイドそのものを 鍵と見立て 考えてみてください 有毒な鍵が錠前に差し込まれると 次々と化学信号や 電気信号が発信され まひ状態や 意識不明状態を引き起こし やがて死に至ります ですが 錠前の形状を変えれば 鍵は差し込めなくなります ヤドクガエルや 神経毒で身を守る他の多くの動物は 僅かな遺伝子の変異により アルカロイド結合部分の構造が変化しており ちょうど良い具合に神経毒による悪影響を 受けなくなっているのです
Poisonous and venomous animals aren’t the only ones that can develop this resistance: their predators and prey can, too. The garter snake, which dines on neurotoxic salamanders, has evolved resistance to salamander toxins through some of the same genetic changes as the salamanders themselves. That means that only the most toxic salamanders can avoid being eaten— and only the most resistant snakes will survive the meal. The result is that the genes providing the highest resistance and toxicity will be passed on in greatest quantities to the next generations. As toxicity ramps up, resistance does too, in an evolutionary arms race that plays out over millions of years.
毒を持つ動物のみが 毒への耐性を獲得するという訳ではなく その捕食者や被食者にも 起こり得ることです ガータースネークは 神経毒を持つ サラマンダーを餌としますが その毒への耐性を サラマンダー自身に起きたのと 同じ遺伝子変異を経て獲得しました つまり 敵に食べられずにすむサラマンダーは 最も強力な毒を持つもの 被食者を食べても生存できるヘビは 毒への耐性が最も高いもののみなのです この結果からは 耐性や毒性の最も高い遺伝子は 次世代へと残されていく数が 最も多いことがわかります 何百年もに渡り繰り広げられている 遺伝子の拡張戦争では 被食者の毒性が高くなればなるほど 捕食者の耐性も高くなります
This pattern appears over and over again. Grasshopper mice resist painful venom from scorpion prey through genetic changes in their nervous systems. Horned lizards readily consume harvester ants, resisting their envenomed sting with specialized blood plasma. And sea slugs eat jellyfish nematocysts, prevent their activation with compounds in their mucus, and repurpose them for their own defenses.
このパターンは 何度も 繰り返されているようです バッタネズミは 被食者であるサソリの猛毒への耐性を 神経系の遺伝子変異により 身につけました サバクツノトカゲはクロナガアリを いともたやすく平らげますが それはアリが持つ毒針への 耐性を獲得した血漿のおかげです ウミウシはクラゲの刺胞を食べますが 粘膜中に存在する物質で 毒の作用を不活性化しており さらには その毒を自分たちの防衛策 という別目的に流用しています
The bombardier beetle is no exception: the toads that swallow them can tolerate the caustic spray that Darwin found so distasteful. Most of the beetles are spit up hours later, amazingly alive and well. But how do the toads survive the experience? That is still a mystery.
ホソクビゴミムシの場合も例外でなく それを飲み込むヒキガエルは ダーウィンに不快感を与えた あの焼灼性ガスへの耐性を身につけました ほとんどのホソクビゴミムシは 数時間後にヒキガエルの体内から吐き出され 驚くほどピンピンしています では なぜヒキガエルは 死なずに済むのでしょうか? それは 依然として謎のままです