Токсины животных (зоотоксины) - Токсины животных и их практическое применение
Токсины животных, участвующие в межвидовых взаимодействиях, в зависимости от биологических и экологических особенностей вида, выполняют противоположные функции: у хищных животных служат средством агрессии, у потенциальных жертв являются орудием защиты от нападения хищных видов. Они тем самым способствуют выживанию отдельных видов и в то же время регулируют специфику трофических цепей и скорость переноса энергии по экосистемам.
Можно выделить несколько особенностей, характеризующих токсины животных в целом. В качестве токсинов используются вещества различных химических классов - от низкомолекулярных (хиноны, амины, терпеноиды) до высокомолекулярных (пептиды и белки). Один и тот же вид в качестве химического оружия может использовать комплекс веществ, зачастую совершенно различных по химической природе. Одно и то же токсичное вещество может продуцироваться несколькими неблизкородственными видами. Некоторые виды животных накапливают токсичные вещества из организмов, служащих для этих видов пищей. Более того, источником токсинов могут являться ядохимикаты, используемые в сельском хозяйстве. Например, 2,5 дихлорфенол, обнаруженный у саранчи Romalea microptera, является производным гербицидов.
Описано множество токсинов у наземных, водных беспозвоночных и у позвоночных животных, включая рыб, амфибий, рептилий и млекопитающих. По способу введения зоотоксина в организм другого вида ядовитые животные делятся на две группы:
- 1. Активно ядовитые (змеи, пауки, скорпионы) - в основном продуцируют токсины белковой природы, которые вводятся в тело жертвы с помощью специального аппарата (жала, зу бов, игл и др.). 2. Пассивно ядовитые (рыбы, кишечнополостные, жесткокрылые) - часто вырабатывают не пептидные яды, оказывающие действие при поедании животного продуцента.
По химическому составу все зоотоксины подразделяются на две основные группы: белковой и небелковой природы.
A. Токсины белковой природы
Обычно яды, содержащие в качестве активного начала вещества белковой природы, включают также минорные белковые компоненты и ряд органических и неорганических веществ, определяющих в совокупности физиологическую активность и характер токсического действия. По этой причине яды белковой природы принято классифицировать по видам животных, вырабатывающих яд и характеризовать как целый яд, так и его наиболее значимые компоненты. Сравнительная токсичность зоотоксинов из разных групп организмов представлена в табл. 1.
Яды змей. Токсины змей представляют собой комплекс активных веществ, в состав которого входят:
- - ферменты - во всех ядах найдены: гиалуронидаза, фосфолипаза А, нуклеотидаза, фосфодиэстераза, дезоксирибонуклеаза, рибонуклеаза, аденозинтрифосфатаза, нуклеотидпирофосфатаза, оксидаза L-аминокислот и экзопептидаза; - полипептиды, относящиеся к нейро - и гемотоксинам; - белки со специфическими свойствами, например, фактор роста нейронов, антикомплементарный фактор и др.; - неорганические вещества.
По характеру действия на теплокровных животных яды змей подразделяются на две основные группы - Нейротоксины (действуют на нервную систему) и Гемотоксины (действуют на кровь).
Нейротоксины, в свою очередь, делятся на пресинаптические и постсинаптические. токсин яд отравляющий животный
Таблица 1 Сравнительная токсичность ядов различной природы из разных групп животных
Токсин |
Продуцент |
ЛД50, мг/кг (мыши) |
Диамфотоксин |
Личинки жука Diamphidia locusta |
0,000025 |
Палитоксин |
Коралловые полипы Polithoa toxica |
0,00015 |
Батрахотоксин |
Кожный секрет бесхвостых земноводных рода Phyllobates |
0,002 |
Тайпотоксин |
Змея тайпан Oxyuranus scutellatus |
0,002 |
Тетродотоксин |
Рыба иглобрюх Fugu, моллюск Babylonia japonica, жаба Atelopus varius |
0,008 |
Титьютоксин |
Скорпион Androclonus australis |
0,009 |
Конотоксин I |
Моллюск Conus geographus |
0,012 |
Нейротоксин AS5 |
Актиния Anemonia sulcata |
0,02 |
Токсин (белок) |
Корнеротая медуза Stomolophus meleagris |
0,03 |
Латроксин |
Каракурт (род Latrodectus) |
0,045 |
Нейротоксин II |
Кобра Naja oxiana |
0,084 |
Токсин (белок) |
Крылатка Pterois volitans |
0,9 |
Токсин (белок) |
Обыкновенная пчела Apis mellifera |
3,5 |
Яды паукообразныХ изучены меньше, чем яды змей. Яды скорпионов содержат полипептиды, ферменты (фосфолипазы А и В, кислая фосфатаза, фосфодиэстераза, ацетилхолинэстераза, 5'-нуклеотидаза и др.), моно - и полисахариды, в некоторых ядах найдены серотонин и гистамин.
Яды пауков обладают нейро - и гемотоксической активностью. В состав ядов входят полипептиды, ферменты, биогенные амины и другие активные вещества. Яды некоторых видов обладают сравнительно высокой токсичностью для теплокровных.
Среди клещей к ядовитым относится несколько видов родов Ixodes и Ornithodoros. В слюнных железах I. Holocyclus (Австралия) найден паралитический токсин, который на пресинаптическом уровне разобщает процесс деполяризации нервных окончаний и механизм секреции медиатора. Укус клеща приводит к развитию паралича, заканчивающегося часто смертельным исходом.
Яды перепончатокрылых также обладают относительно высокой токсичностью. Хотя количество выделяемого при ужалении яда невелико, даже единичные укусы могут привести к смертельному исходу, если возникает быстро развивающаяся аллергическая реакция. Наиболее опасными считаются насекомые, ведущие общественный образ жизни.
Обычно их яды действуют на вегетативную и центральную нервные системы, как следствие наблюдаются тахикардия, судороги и параличи, общая слабость, возможна смерть от паралича дыхания.
Яды жуков включают самый мощный зоотоксин - одноцепочечный полипептид диамфотоксин (молекулярная масса 60 кДа), содержащийся в личинках листоедов-диамфидий (Diamphidia locusta) распространенных в Африке. Токсическое действие диамфотоксина обусловлено образованием в мембране каналов для ионов К+ и Na+. Ядовитые свойства личинок диамфидий давно известны бушменам, которые использовали их для приготовления яда для стрел - одной стрелой можно убить жирафа массой до 500 кг.
Основные компоненты Ядов кишечнополостных (медузы, коралловые полипы) - вещества белковой природы (нейро-, кардио-, гемо - и цитотоксины, ферменты, гистаминолибераторы, кинины). Обладая сложным составом, эти яды имеют очень широкий спектр токсического действия.
Яды брюхоногих моллюсков. У рода конус (Conus) действующее - пептиды с нейротропной активностью. Лучше всего изучены пептиды (конотоксины) яда С. geographus. Конотоксины по характеру действия подобны постсинаптическим токсинам змей, но почти на порядок превосходят их по токсичности.
Среди пептидных токсинов Бесхвостых амфибий (Anura) особый интерес представляют тахикинины, содержащиеся в ядах свистунов (р. Physalaemus), австралийских жаб (р. Uperoleia), квакш (р. Hyla) и др. Тахикины подобно брадикининам вызывают расширение кровеносных сосудов и падение артериального давления, но в отличие от последних приводят также к быстрому сокращению внесосудистой мускулатуры.
Из кожи Phyllomedusa sauvagei выделен новый класс сильных опиоидных пептидов - дерморфинов. Активность дерморфина (Туr - D(Ala - Phe - Gly - Туr - Pro - Ser - NH2) в 11 раз выше, чем у морфина, при этом токсин является уникальным примером включения D-аминокислоты в природную пептидную цепь.
Белковые токсины Ядовитых рыб Обладают относительно невысокой токсичностью для теплокровных (табл. 6).
Тем не менее, яды активно-ядовитых рыб имеют определенное значение, т. к. поражения ими купающихся и ныряльщиков достаточно часты - у побережья США за год до 750 случаев поражений скатом-хвостоколом. Помимо токсичных белков в состав ядов обычно входят биогенные амины и ферменты, например холинэстераза - у дракончика (Trachinidae), гиалуронидаза - у бородавчатковых (Synanceiidae), 5'-нуклеотидаза и фосфодиэстераза - у ската (U. halleri).
Токсичные белки содержатся также в Ядах организмов других систематических групп:
- - черви немертины - слизистый секрет Cerebratulus lacteus содержит нейро - и цитотоксины; - головоногие моллюски - осьминоги Eledone moschata и Е. aldrovandi продуцируют нейротоксин эледозин, С-концевая последовательность которого имеет сходство с медиатором болевых импульсов в спинном мозге; - чешуекрылые - пептид кайин (молекулярная масса 1000) бабочки медведицы токсичен для насекомых и теплокровных.
B. Токсины небелковой природы
Выделяют две группы зоотоксинов непептидной природы:
- 1) Низкотоксичные вещества, являющиеся минорными компонентами ядов белковой природы и основными составляющими многокомпонентных ядов небелковой природы; 2) Высокотоксичные вещества, определяющие токсичность и характер физиологического действия яда.
Многие соединения первой группы (табл. 2) встречаются как в организме продуцента яда, так и реципиента. Токсический эффект этих соединений обусловлен избыточностью их концентраций после попадания в организм реципиента и наложением эффектов поражения различных тканей - мишеней.
Таблица 2 Соединения небелковой природы, входящие в состав ядов животных
Класс соединений |
Животное |
Биогенные амины |
Муравьи, бабочки-пестрянки, амфибии, скорпионы, пауки, пчелы, кишечнополостные и др. |
Класс соединений |
Животное |
Серная кислота H2SO4 |
Моллюски |
Синильная кислота HCN |
Бабочки-пестрянки, многоножки Apheloria |
Карбоновые кислоты (органический радикал C1-C4) |
Муравьи |
Сложные эфиры |
Моллюски (р. Murex), каменные окуни |
Аммониевые соли [RN(CHV)3]+C1, где R = CH3S(CH2)3, (CH3)2S+CH2)3, Аr(СН2)2 и др. |
Моллюски семейства Turbinidae, амфибии |
Г-аминомасляная кислота H2NCH2CH2CH2COOH |
Пауки Atrax robustus |
Гидрохиноны, хиноны, фенолы |
Жуки-бомбардиры, многоножки |
Сапонины |
Морские звезды, голотурии |
Нейротоксические алкалоиды, кардиотоксические стероиды |
Амфибии |
Конденсированные азотсодержащие гетероциклы |
Немертины |
Монотерпены, диалкилпиридины, индолы |
Муравьи (Myrmica natalensis, Solenopsis richeri, Pheidole pallox) |
Фурановые, гидрохиноновые и изонитрильные сесквитерпеноиды |
Губки, моллюски |
Ароматические бромиды |
Губки |
Полиолы, включающие фурановые циклы |
Коралловые полипы |
Соединения второй группы являются чужеродным для реципиента веществами. Наиболее активные представители этих токсинов представлены на рис. 1 и в табл. 1.
Рисунок 1 Структура зоотоксинов небелковой природы
- 1 - палитоксин; 2 - батрахотоксин; 3 - тетродотоксин; 4 - буфотоксин; 5 - кантаридин; 6 - аплизиатоксин (R=Br)
Палитоксин содержится в шестилучевых кораллах зоонтариях (р. Polythoa). Предполагается, что токсин продуцируется вирусом, находящимся в симбиозе с зоонтариями. Аборигены острова Таити и Гавайских островов используют зоонтарии для изготовления отравленного оружия.
Механизм действия обусловлен связыванием токсина с Nа+, К+-АТФазами клеток нервной ткани, сердца и эритроцитов. Образующиеся в местах связывания в цитоплазматических мембранах поры приводят к потере клетками К+ и Са2+ и гибели животных в результате сужения коронарных сосудов и остановки дыхания.
Батрахотоксин Содержится в кожных железах бесхвостых земноводных из рода Phyllobates. Стойко и необратимо повышает проницаемость покоящейся мембраны для ионов Na+, блокирует аксональный транспорт. Противоядия к батрахотоксину не найдены до сих пор.
Тетродотоксин Является ярким примером зоотоксина, характерного для разных неблизкородственных видов животных. Он содержится в коже жаб из рода Atelopus, яйцах калифорнийского тритона (Taricha torosa), слюнных железах осьминога (Hapalochlaena maculosa), моллюсках (Babylonia japonica), яичниках и печени рыб семейства иглобрюхие (Tetraodontidae). Из этих рыб готовят знаменитое и почитаемое в восточных странах блюдо "фугу". Тетродотоксин обладает мощным нейротоксическим действием - избирательно блокирует Na+-каналы в мембранах нервных окончаний, в связи с чем активно используется в научных исследованиях для изучения мембранной проводимости, строения рецепторов и плотности ионных каналов. В ряде стран на его основе производятся обезболивающие препараты.
Среди токсинов стероидной природы наибольшая активность характерна для ядов жаб и саламандр. Эти соединения по структуре близки агликонам сердечных гликозидов растений и так же обладают кардиотонической активностью. Примером токсичных стероидов является Буфотоксин, содержащийся в кожном секрете обычных жаб. Его кардиотоническое действие связано с ингибированием активности транспортной АТФазы. По некоторым данным, помимо защитной функции соединение является феромоном тревоги.
Среди насекомых небелковые токсины продуцируются в основном жесткокрылыми, например Кантаридин, содержащийся в жуках-нарывниках (сем. Melqidae), в частности в шпанской мушке (Lytta vesicatoria). Является ядом кожно-нарывного действия и одновременно афродизиаком. При попадании капель гемолимфы жуков-нарывников на кожу поражаются устья фолликул с образованием крупных волдырей, в случае поражений обширных участков кожи развиваются параличи.
В секреторной жидкости брюхоногих моллюсков - морских зайцев (сем. Aplysiidae) обнаружен Аплизиатоксин, также обладающий кожно-нарывным и паралитическим действием.
Похожие статьи
-
Действие токсинов и отравляющих веществ - Токсины животных и их практическое применение
Является ли соединение зоотоксином, токсином или отравляющим веществом -- зависит главным образом от источника, а не от действия. Таким образом: -...
-
Введение - Токсины животных и их практическое применение
Мир вокруг нас насыщен токсичными элементами и соединениями. Процесс эволюции привел к продолжающейся биологической борьбе между конкурирующими видами. В...
-
Практическое применение ядов животного происхождения - Токсины животных и их практическое применение
1. В медицине яды животных используются в качестве лекарственных средств. Например, препараты на основе ядов пчел и змей традиционно применяют как...
-
Исчезнувшие виды-это навсегда утраченные возможности. Дикие животные и растения служат источником лекарственных средств, пищи и Серьевых материалов,...
-
Область практического применения аэрозолей - Техника защиты окружающей среды
Аэрозоли благодаря широкому распространению в природе и технике играют важную роль в жизни и деятельности человека. Природные аэрозоли -- облака и туманы...
-
Пути попадания токсинов в организм - Экологические аспекты безопасности жизнедеятельности
Пути попадания токсинов в организм: - ингаляционный; - транскутанный (чрескожный); - пероральный (через пищеварительную систему); - парентеральный...
-
Влияние температуры среды на размножение и смертность животных - Экология растений и животных
Температура - важнейший из ограничивающих (лимитирующих) факторов. Пределами толерантности для любого вида являются максимальная и минимальная летальные...
-
Пойкилотермные животные, Гомойотермные животные - Экология растений и животных
Представители большинства видов живых организмов не обладают способностью активной терморегуляции своего тела. Их активность зависит прежде всего от...
-
Значение воды в жизни растений и животных - Охрана водных ресурсов
Большое влияние на жизненные процессы человека оказывает растительный и животный мир, окружающий его. Зеленые насаждения влияют на климатические условия...
-
Применение, Биологическая роль, Биогеохимические круговороты - Круговорот серы
Серу применяют для вулканизации каучука, как фунгицид в сельском хозяйстве и как сера коллоидная -- лекарственный препарат. Также сера в составе...
-
Мониторинг растительного и животного мира. - Мониторинг окружающей среды
Мониторинг растительного и животного мира предусматривает наблюдения за содержанием тяжелых металлов, радионуклидов и пестицидов в биоте. В данном случае...
-
Биологические циклы /pитмы/ - Экология растений и животных
Одно из фундаментальных свойств живой природы - это цикличность большинства происходящих в ней процессов. Между движением небесных тел и живыми...
-
Теплообмен и температура среды в жизни животных - Экология растений и животных
Микроклимат теплообмен адаптация экологический Необходимость тепла для существования организмов обусловлена прежде всего тем, что все процессы...
-
Химическая терморегуляция; - Экология растений и животных
Температура тела человека и высших животных поддерживается на относительно постоянном уровне, несмотря на колебания температуры окружающей среды. Это...
-
Регуляторы роста растений - Загрязнение веществами и соединениями, применяемыми в растениеводстве
Регуляторы роста растений ( РРР ) применяют с целью влияния на процессы роста, развития и жизнедеятельности растений, обеспечения урожайности, улучшения...
-
Распределение животных в почве Несмотря на неоднородность экологических условий в почве, она выступает как достаточно стабильная среда, особенно для...
-
Охрана животных в нашей стране - Проблемы охраны животных
С каждым годом на нашей планете становится все меньше и меньше диких животных. И это понять нетрудно: увеличивается количество населения в мире, а чем...
-
Животные населяют весь земной шар: сушу, пресноводные водоемы, моря и океаны. Все, что окружает животных в том месте, где они живут, называют средой...
-
Вступление - Организация охраны животных
Животный мир нашей планеты очень велик. В результате воздействия человека численность многих видов значительно сократилась, а некоторые из них полностью...
-
РАСТИТЕЛЬНОСТЬ, ЖИВОТНЫЕ И МИКРООРГАНИЗМЫ - Экология почв
Растительность. Значение растительности в почвообразовании чрезвычайно велико и многообразно. Пронизывая корнями верхний слой почвообразующей породы,...
-
Правовая охрана животного мира - Использование животного мира
Основные требования, которые должны соблюдаться при планировании и осуществлении мероприятий, могущих воздействовать на среду обитания животных и...
-
Право пользования животным миром и его виды - Использование животного мира
Правовой основой природоохранительной деятельности государства в данной сфере являются Федеральный Закон от 24 апреля 1995 года N 52-ФЗ "О животном...
-
Применение биогаза - Преимущества биогаза
Из 1 куб. м биогаза можно получить около 2 кВт электроэнергии. Тепло от сжигания газа можно тратить на обогрев помещений, содержание теплиц и скота в...
-
Животный мир как объект эколого-правового режима Объектом использования и охраны выступают лишь дикие животные (млекопитающие, птицы, пресмыкающиеся,...
-
Заключение - Инфракрасное излучение, их применение и влияние на человека
Современные исследования в области биотехнологий показали, что именно дальнее инфракрасное излучение имеет исключительное значение в развитии всех форм...
-
Объект и методы исследования Объект исследования. Систематика:CORMOPHYTA - Высшие растения Отдел: Maqnoliophyta (Anthophyta) - Цветковые или...
-
Кулан -- живой памятник природы - Проблемы охраны животных
Природа Юго-Восточной Туркмении характеризуется жарким летом, ограниченностью водных источников, ветреной холодной зимой, устойчивым, иногда высоким и...
-
Фауна поймы р. Урала сформирована видами с широкими ареалами: голарктические, палеарктические, средиземноморские, которые занимают значительный процент....
-
Основными видами охотничьих животных являются: лось ( Alces alces), лисица (Vulpes vulpes), заяц-беляк (Lepus timidus), белка ( Sciurus), горностай...
-
Производство химического оружия в России - Экологические последствия применения химического оружия
Москва. 1924 г.- Ольгинский завод: произведено 13,7 тонн иприта. Снаряжение им корпусов артиллерийских снарядов. 1936 г.- Дербеневский химический завод...
-
Применение сорбентов природного происхождения
Данная статья посвящена вопросу ликвидации аварийных разливов нефти и нефтепродуктов с помощью природных сорбентов. В результате анализа была выявлена...
-
Охрана и рациональное использование животного мира
Охрана и рациональное использование животного мира Развитие общества за период своего существования воздействовало на окружающую природную среду,...
-
Значение животных в жизни растений - Основы экологии
Велико значение животных в жизни растений. В процессе эволюции растения приспособились к созданию излишков первичного органического вещества для прокорма...
-
Стойкость заражения - Экологические последствия применения химического оружия
Под стойкостью ОВ, с одной стороны, понимают продолжительность их нахождения на местности или в атмосфере как реальных материальных веществ, с другой...
-
Пример. Оценить влияние сточных вод на водные объекты 1. Исходные Данные Выше створа Rв водоем сбрасываются: 1. Недостаточно очищенные...
-
Плотность заражения - Экологические последствия применения химического оружия
Отравляющие вещества в виде грубодисперсного аэрозоля и капель заражают местность и расположенные на ней объекты, одежду, средства защиты и источники...
-
Общие сведения о химическом оружии - Экологические последствия применения химического оружия
Химическое оружие (ХО) - это отравляющие вещества и средства их применения. Отравляющими веществами (0В) называются токсичные химические соединения,...
-
Научно-техническая революция, затрагивающая все стороны жизни общества, высокие темпы развития производства, рост городов, расширяющееся использование...
-
Из литературы и практики известно, что основным направлением повышения энергетической эффективности работы газотранспортной системы Украины и России...
-
Правовая охрана животных. - Животный мир как часть природной среды
Правовой основой природоохранительной деятельности государства в данной сфере являются Закон РФ "Об охране и использовании животного мира", а также...
Токсины животных (зоотоксины) - Токсины животных и их практическое применение