Evolution des Giftspeiens bei Kobras

Text von Tobias J. Hauke & Abbildung von ScienceMag.org

Wir Menschen sehen uns ja gern im Mittelpunkt der Welt und so gibt es den weit verbreiteten Irrglauben, dass das Gift von Spinnen, Skorpionen oder Schlangen dazu dienen würde uns Menschen in irgendeiner Form zu schaden. Tatsächlich aber sind Spinnen-, Skorpion- oder Schlangen-Gifte bzw. deren Komponenten in aller Regel aber evolviert um Beute zu machen, und eben nicht um sich gegen „Störenfriede“ wie uns Menschen zu verteidigen. Wenn aber dann doch mal einzelne Gift-Komponenten mit einer primären Verteidigungsfunktion entdeckt werden, dann ist das also eine spektakuläre Ausnahme – so besonders, dass einer neuen Entdeckung nun das Titelthema der aktuellen Science-Ausgabe gewidmet wurde (Kazandjian et al., 2021).

Kobras sind Giftnattern (Familie Elapidae), die für ihr besonderes Verteidigungsverhalten bekannt sind: Bei einer Störung nehmen Kobras eine typische Drohstellung ein, sie heben ihren Oberkörper weit an und spreizen den Hals (im Englischen wird dieses Verhalten als „hooding“ bezeichnet). Und es gibt einige Arten dieser Schlangen-Gruppe, die noch ein weiteres spektakuläres Verteidigungsverhalten anwenden: Die sog. Speikobras können ihr Gift über 2,5 Meter weit und gezielt in die Augen eines vermeintlichen Angreifers versprühen. Eine neue Studie durch Kazandjian et al. (2021) liefert nun interessante neue Erkenntnisse zur Evolution dieses Verteidigungsverhaltens, welche im Folgenden vorgestellt werden.

Innerhalb der Kobras hat sich die Fähigkeit Gift zu Verteidigungszwecken zu versprühen offensichtlich drei Mal unabhängig voneinander entwickelt, und zwar einmal bei der Ringhals- oder Südafrikanischen Speikobra (Hemachatus haemachatus), einmal bei einer Gruppe afrikanischer Naja-Arten (Untergattung Afronaja) und zuletzt bei einer Gruppe asiatischer Naja-Arten (Untergattung Naja). Diese drei „Gift-speienden“ Kobra-Gruppen sind dabei nicht unbedingt näher zueinander verwandt, als zu anderen, „nicht-speienden“ Kobra-Arten. Und interessanterweise hat die Giftanwendung als Mittel der Verteidigung in allen drei Fällen dazu geführt, dass die Gifte von Speikobras schmerzhafter wirken als die ihrer „nicht-speienden“ Verwandten. Der Grund dafür sind Veränderungen auf molekularer Ebene:

Schlangengifte sind komplexe „Cocktails“ aus zahlreichen verschiedenen chemischen Verbindungen. Weit verbreitet in den Giften von Giftnattern (Familie Elapidae) sind dabei sog. „Drei-Finger-Toxine“ (abgekürzt 3FTXs) – das sind Polypeptide, die im Wesentlichen die Reizweiterleitung im Nervensystem blockieren mit der Absicht potentielle Beutetiere zu lähmen. Kobras besitzen in ihrem Gift nun eine spezielle Variante dieser 3FTXs, die weniger neurotoxisch, sondern eher cytotoxisch wirken, d.h. anstatt zu einer Blockade des Nervensystems führen sie eher zu einer Zerstörung von Zellen im Allgemeinen. Diese Verbindungen werden folglich als „cytotoxische 3-Finger-Proteine“ (kurz CTXs) bezeichnet. Letztere gehören mengenmäßig sogar zu den bedeutendsten Bestandteilen in den Giften vieler Hemachatus- und Naja-Arten. Und diese CTXs sind es letztendlich auch, welche Schmerzen verursachen, beispielsweise wenn das Gift einer Kobra ins Auge eines möglichen Fressfeindes gelangt. Theoretisch könnte man nun erwarten, dass diese CTXs bei den Speikobras einfach in noch größerer Menge vorhanden sind als bei den anderen Arten, was die schmerzhaftere Wirkung erklären konnte. Eine überraschende Erkenntnis dieser hier vorgestellten Studie ist es nun aber, dass das nicht der Fall ist: Es konnte kein wesentlicher Unterschied bei den Mengen der CTXs in den Giften von Speikobras im Vergleich zu denen der „nicht-speienden“ Arten entdeckt werden. Tatsächlich sind es dagegen andere Substanzen, die sog. Phospholipasen A₂ (PLA₂s), die im Gift der „Gift-speienden“ Arten reichhaltiger vorhanden sind. Diese PLA₂s haben paradoxerweise selbst keine Schmerz-verursachende Wirkung, aber sie verstärken ganz offensichtlich die Wirkung der CTXs. Das bedeutet also, dass es sozusagen auf ein molekulares „Teamwork“ zurückzuführen ist, dass die Gifte von Speikobras schmerzhafter wirken als die der „nicht-speienden“ Arten. Und diese komplexen, synergistischen Änderungen auf molekularer Ebene haben sich eben auch drei Mal bei allen drei Speikobra-Gruppen entwickelt – was letztendlich dann auch in ihrer Funktion als Verteidigungsmechanismus tatsächlich nützlich ist, denn durch das Verursachen von Schmerzen kann man einem potentiellen „Störenfried“ wohl am deutlichsten klar machen in Ruhe gelassen zu werden.

Schließlich äußern die Autoren noch eine spannende Hypothese, was überhaupt die Evolution des Giftspeiens ausgelöst haben könnte: Die Fähigkeit zur Verteidigung Gift zu versprühen scheint sich nämlich dann entwickelt zu haben, als die jeweilige Schlangen-Gruppe erstmals auf unsere frühen menschlichen Vorfahren traf. Und zwar entwickelte sich dieses Verhalten bei allen afrikanischen Speikobras vor ca. 7 Millionen Jahren und damit etwa zu dem Zeitpunkt, als sich bei unseren frühen Vorfahren der aufrechte Gang entwickelte. Bei den asiatischen Speikobras dagegen entwickelte sich das Giftspeien vor rund 2,5 Millionen Jahren und damit etwa zu dem Zeitpunkt, als Urmenschen von Afrika nach Asien einwanderten. Es kann spekuliert werden, dass unsere frühen menschlichen Vorfahren dazu neigten Schlangen bspw. durch Bewerfen mit Steinen und Stöcken zu verletzten oder sogar zu töten. Folglich hätte das Giftspeien diesen Schlangen einen enormen evolutionären Vorteil bringen können, es erlaubt nämlich eine effektive Verteidigung auf Distanz. Falls sich das bestätigen sollte, dann hätte in diesem Fall also der Mensch tatsächlich eine Rolle bei der Evolution von Schlangen bzw. deren Giften gespielt…

Zitierte Literatur:

Kazandjian et al. (2021): Convergent evolution of pain-inducing defensive venom components in spitting cobras. Science 371 (6527), 386-390. DOI: 10.1126/science.abb9303