A kígyók egészen kivételes anyagcserével rendelkeznek: egyszerre elképesztő mennyiségű táplálékot képesek elfogyasztani, amellyel aztán hosszú ideig kibírják további étkezések nélkül. Stephen Secor, az Alabamai Egyetem kutatója negyedszázada tanulmányozza a hüllőket, és az ez idő alatt számos olyan adaptációt azonosított az állatok testében, amely lehetővé teszi mindezt. Ilyen például, hogy képesek gyorsan megnövelni szerveik méretét, majd fokozatosan visszazsugorítani azokat. Ezek a tulajdonságok pedig a szakértő szerint egy napon akár az emberek kezelése során is hasznosíthatók lehetnek.
Csúcsra pörgetett anyagcsere
A pitonok és több más kígyófaj is képes arra, hogy saját testsúlyának negyedét meghaladó táplálékot fogyasszon el egyszerre, egészben nyelve le a zsákmányt. Az elejtett állat tömege olykor meg is haladja a kígyóét, amely a következő napok során lebontja, és szinte teljesen magába építi a zsákmány anyagát.
Secor pályája kezdete óta vizsgálja a hüllők különös, koplalást és lakmározást váltogató táplálkozási szokásait, és menet közben számos új módszert dolgozott ki a kígyók tanulmányozására. Napjainkban például rendszeresen dolgozik együtt genomkutatókkal, akik molekuláris szinten derítik fel az állati szervezet működésének hátterét. Ez a kígyók esetében egy különösen összetett szimfóniához hasonlít, ahogy gének tömege lép működésbe, illetve áll le a táplálkozás és a koplalás különböző szakaszaiban, átmenetileg példátlanul hatékony emésztőgépezetté alakítva a hüllők testét.
Secor doktoranduszként a szarvas csörgőkígyókat vizsgálta, és elsősorban arra volt kíváncsi, hogy mennyi energiába telik az állatoknak ritka táplálkozásaik során a zsákmány megemésztése. Kutatásait aztán posztdoktori kutatóként a UCLA falai között is folytatta, ahol érdekes laborkísérletekkel igyekezett feltárni az igazságot: csörgőkígyóját egerekkel etette meg, majd a hüllőt egy légmentesen záródó dobozba helyezte, és a benti levegőt vizsgálva azt mérte, ahogy mennyi oxigénre van szüksége az állatnak az emésztéshez.
„Két nap után aztán ott álltam egy sor képtelennek tűnő eredménnyel” – mondja a szakértő. Amikor az emlősök táplálkoznak, anyagcseréjük sebessége 25–50 százalékkal nő meg. A csörgőkígyók esetében ez a sebesség nagyjából 700 százalékkal növekedett. Secor ezt követően pitonokra váltott, és esetükben is megismételte a kísérletet. Ennek nyomán még extrémebb értékeket kapott: ha egy piton saját testtömege negyedének megfelelő mennyiségű táplálékot visz be, anyagcseréjének sebessége az eredeti 1000 százalékára ugrik.
De egy piton a saját testsúlyának megfelelő mennyiséget is képes egyszerre elfogyasztani patkányokból, és ilyenkor a nyugalmihoz képest 4400 százalékos sebességgel működik az anyagcseréje, amihez hasonló ugrást még soha egyetlen más állatban sem mértek.
Összevetésképpen egy teljes sebességgel vágtázó ló anyagcseresebessége 3500 százalékkal ugrik meg. De míg a ló erre mozgásra egy huzamban csak pár percig képes, a piton két hétig ezen az extrém szinten tartja anyagcseréjét.
Új anatómia
Secor éveket töltött annak feltárásával, hogy pontosan mire használják a kígyók ezt a rengeteg energiát. Az egyik dolog, amit kiderített, hogy gyomorsavat termelnek általa. Mi magunk naponta többször is termelünk újabb és újabb gyomorsav-adagokat, hogy a napi étkezéseket megemésszük. A piton gyomra azonban a koplalás idején egyáltalán nem tartalmaz savat, a pH-ja teljesen semleges, olyan, mint a vízé. Amikor azonban lenyeli a zsákmányt, néhány órán belül óriási mennyiségű gyomorsavat termel meg, amely aztán napokig a gyomorban marad.
Eközben a kígyó belei is jelentős gyarapodáson mennek át. A beleket borító hámsejtek ujjszerű nyúlványokkal rendelkeznek, ami jelentősen megnöveli a belek felületét, hatékonyabbá téve a cukrok és más tápanyagok felszívását. A kígyókban az emésztés során ezek a sejtek megduzzadnak, és nyúlványok eredeti méretük ötszörösére nyúlnak. Ennek nyomán a piton vékonybélrendszere egyetlen nap alatt eredeti tömegének háromszorosára gyarapodik, hogy képessé váljon a hirtelen bejövő óriási mennyiségű táplálék feldolgozására.
A beérkező anyagokra ugyanakkor más szervek is felkészülnek: Secor kutatásai szerint a máj és a vesék tömege megduplázódik, a szívé pedig 40 százalékkal nő meg.
Mire a patkány eljut a szájból a vastagbél végére, csak egy szőrcsomó marad belőle, minden mást felszív, és magába épít a kígyó teste. A táplálék legnagyobb része hosszú, sávokba rendeződő zsírszövet formájában raktározódik el, várva, hogy a koplalás alatt energiával lássa el az állatot. Közben pedig a szervek is visszatérnek a normál kerékvágásba: a gyomor összeszűkül, tartalma ismét vizessé válik, a belek, a máj, a vesék és a szív pedig visszanyerik eredeti méretüket.
Secor elmondása szerint evolúciós szempontból világos, hogy erre a drasztikus visszafordításra miért van szükség, elvégre a nagyobb szervek energiával való ellátása óriási pazarlás lenne abban az időszakban, amikor nem használja ezeket az állat. Hogy biológiailag hogyan valósul meg mindez, azt jóval nehezebb volt felgöngyölíteni.
Amikor a kutató patológusoknak mutatott fényképeket állatai zsugorodó szerveiről, azok teljesen le voltak döbbenve. Meg voltak győződve arról, hogy a kígyók halálos betegek, és valószínűleg valamilyen parazita éli fel a szerveiket. „Mondtam nekik, hogy nem, teljesen egészségesek, erre csak értetlenül rázták a fejüket” – meséli Secor.
Molekuláris szimfónia
Amikor a kutató az oxigénfelvétel mérésével és a szervek mikroszkópos vizsgálatával nem jutott előrébb a folyamat hátterének megértésében, epigenetikai szakértőkhöz fordult segítségül, hogy együtt feltárják, hogyan aktiválódnak és kapcsolódnak le a gének a kígyók emésztése előtt, alatt és után. Ennek megvalósítása sokáig lehetetlennek tűnt, hiszen senki sem tudta, hogy mire szolgálnak az egyes kígyógének, így ezeket egyesével kellett volna ellenőrizni.
Aztán 2010-ben Secor megismerkedett Todd Castoe-val, aki hüllők DNS-ének szekvenálásával foglalkozott. Castoe (aki jelenleg a Texasi Egyetem munkatársa) boldogan bekapcsolódott a kutatásba, mivel ő is rögtön elképesztően izgalmasnak találta Secor anyagcsere kapcsán tett megállapításait. A két kutató azóta azon munkálkodik, hogy molekuláris szinten fejtsék meg a kígyók működését. 2013-ban elsőként publikálták a szalagos tigrispiton genomját, amelyben minden olyan gént feltérképeztek, amelynek köze lehet van az emésztéshez.
Az azóta eltelt években világszerte számos kutatócsoport dolgozott azon, hogy megfejtsék, mit csinálnak ezek a gének. Secor és társai rendszeresen boncolnak kígyókat a koplalás alatt, és az emésztés különböző fázisaiban. Ennek során minden szervet megvizsgálnak, és mindegyikből mintát vesznek, amiket aztán le is fagyasztanak a későbbi vizsgálatokhoz. A minták egy része aztán egyenesen Texasba megy, Castoe laborjába, ahol a genetikai kutatócsoport sejtenként vizsgálja, hogy melyik szakaszban mely gének aktívak az egyes szervekben.
És az eredmények molekuláris szinten is megdöbbentőek.
A zsákmány lenyelése utáni 12 órában a kígyó génjeinek aktivitása drasztikusan megváltozik: 2000–3000 gén működése módosul, vagyis ennyi genomszakasz válik aktívvá vagy áll le.
A megváltozott működésű gének egy része a szervek növekedésében játszik szerepet, mások pedig ez ezzel járó stressz kezelésében és a károsodott DNS javításában vesznek részt.
Ez meglehetősen furcsa aktivitási mintázatot jelent, amelyhez hasonlót korábban nem dokumentáltak más állatcsoportokban. Castoe szerint a dolog hátterében az állhat, hogy a kígyók sokkal intenzívebben használják a gyarapodást elősegítő géneket, mint ami például egy emberi gyermek természetes növekedése során jellemző lenne. Ez a túlműködés teszi lehetővé, hogy néhány óra vagy nap alatt többszörösére növesszék szerveiket.
A folyamat azonban veszélyekkel is jár: a sejtek annyira gyorsan osztódnak, hogy nincs idő minden óvintézkedést betartani, és így megnő a hibák lehetősége. A DNS károsodik és hibás fehérjék keletkeznek, amelyek aztán ártanak a sejteknek. Amikor az emésztés befejeződött, a jelek szerint a kígyók egyszerűen leállítják a javító géneket, így a hibásan működő sejtek elpusztulnak. „A növekedés összeomlik” – mondja Castoe.
Terápiás kilátások
A koplalás és zabálás váltogatása annyira szélsőséges életmódot jelent, hogy ez a kígyók körében sem számít általánosnak, és az evolúció során csak pár alkalommal fejlődött ki egymástól függetlenül. Úgy tűnik azonban, hogy külön-külön kialakult megoldásokban a gének kifejeződése szintjén akadnak átfedések. Secor és társai most ezeket a közös vonásokat vizsgálják, úgy vélik ugyanis, hogy ha ennek a maroknyi génnek a működését sikerül még mélyebben feltárniuk, egyes hatások akár más fajokban, például az emberben is kiválthatók lehetnek, hiszen mi is sok génen osztozunk a hüllőkkel.
A szakértők szerint a génkifejeződésben megfigyelt változásokat mindössze néhány molekuláris kapcsoló révén vezérlik a kígyók. Vagyis valamilyen hatás aktivál néhány gént, amelyek aztán más géneket bírnak működésre, kiváltva a szervek gyors növekedését. Ha kiderül, hogy ebben az aktiválási láncban mely pontokon pontosan milyen hatásra kapcsolódnak be és ki a gének, elképzelhető, hogy hasonló útvonalakon az emberi szöveteket is rá lehet venni a gyors regenerálódásra.
A folyamat gátlásával pedig talán a túl gyorsan gyarapodó sejteket, így a rákos szövetek burjánzását is meg lehetne állítani.
Ha megtaláljuk a választ ezekre a kérdésekre, valószínűleg betegségek tucatjaira találhatunk gyógymódot, mondja Castoe. Amíg azonban ez megvalósulhat, nagyon sok munka van hátra, hangsúlyozza a szakértő, aki társaival egyelőre szorosan a kígyókra koncentrál.
Jelenleg például elsősorban olyan hüllőket vizsgálnak, amelyek alig pár órája kapták el a zsákmányt, és ezek sejtjeiben már ebben az időszakban is látnak változásokat. Ezek a módosulások azonban túl gyorsak ahhoz, hogy a megváltozott génaktivitás számlájára írják őket, így a kutatók úgy sejtik, hogy az állatok talán korábban megtermelt fehérjéket hajtogatnak át másképpen. „Nagyon szeretném felderíteni a teljes molekuláris útvonalat, de egyelőre még csak munka kezdetén járunk” – mondja Secor.
