Koszty wampiryzmu

Wczasie pory suchej na wyspach Galápagos panują trudne warunki: źródła pożywienia są ograniczone, a słodka woda występuje w niewielkich ilościach. Dla wielu zwierząt brakuje pokarmu, zwłaszcza że niektóre gatunki roślin znikają wtedy z powierzchni tych wulkanicznych wysp. Odległość do najbliższego lądu, czyli wybrzeża Ekwadoru, wynosi około tysiąca kilometrów – dla zwierząt mieszkających na archipelagu nie ma stąd właściwie żadnej drogi ucieczki. To wszystko przyczyniło się do powstania u żyjących tam gatunków unikalnych adaptacji, spośród których najbardziej znane są te występujące u słynnych zięb Darwina.

Gdy twórca teorii ewolucji dotarł na Galápagos podczas wyprawy badawczej na statku „Beagle”, spotkał tam kilka gatunków zięb różniących się niemal wyłącznie kształtem dzioba. W tym czasie Darwin jeszcze nie wiedział, że doszło u nich do tzw. radiacji: populacje pochodzące od wspólnego przodka, który skolonizował wyspy ok. 1,5 mln lat temu, zróżnicowały się, zajmując rozmaite nisze ekologiczne. Niektóre gatunki przystosowały się do obierania nasion, inne – do chwytania owadów. Ale blisko spokrewniony z nimi jest gatunek, który podążył znacznie bardziej zawiłą ścieżką ewolucyjną. Zięby wampirze (Geospiza ­septentrionalis), bo o nich tu mowa, zamieszkują tylko dwie z kilkunastu wysp archipelagu, które – nawet jak na standardy Galápagos – są wymagające i odludne.

Darwin i Wolf to dwa maleńkie skrawki lądu, o powierzchni, odpowiednio: 1 oraz 1,3 kilometra kwadratowego. Od archipelagu dzieli je ponad 160 kilometrów otwartego oceanu, a ze względu na ukształtowanie terenu najłatwiej dostać się na nie helikopterem.

Niewiele osób miało okazję je zwiedzać. Jednak ci, którym się to udało, mogli stać się świadkami niezwykłej sceny. Wyszedłszy na powierzchnię Wolfa lub Darwina, można ujrzeć kolonie dużych morskich ptaków – głuptaków galapagoskich oraz głuptaków niebieskonogich, które siedzą cierpliwie na gniazdach i… ociekają krwią. Obserwowane w tych okolicznościach głuptaki nie wydają się być szczególnie przejęte swoim położeniem, mimo że cały tył ich skrzydeł oraz nasadę ogona pokrywa czerwona substancja wypływająca z ran na grzbiecie. Sprawcą tego stanu rzeczy jest niepozorna zięba wampirza.

Z wyglądu ten gatunek nie wyróżnia się na tle innych zięb z Galápagos: zięby wampirze są niewielkie, szaro-brązowe (samice) lub czarniawe (samce). Mają jednak niezwykłe upodobania. Gdy nadchodzi sezon rozrodczy głuptaków – a pokrywa się on z porą suchą na tych wyspach – zięby wampirze przysiadają na grzbietach tych dużych ptaków morskich i dziobią z uporem w jedno miejsce. Czynią to do czasu, aż głuptaki zaczną krwawić. Kiedy to nastąpi, rozpoczynają krwawą ucztę. Gdy jedna zięba już się nasyci, jej miejsce zastępuje zwykle kolejna.

To niezwykłe widowisko rodzi w głowie obserwatora wiele pytań, z których dwa najważniejsze to: dlaczego głuptaki rzadko reagują na działania swoich krwiopijców oraz czemu niewielkie ptaki śpiewające, przystosowane do spożywania ziaren i owadów, zaczęły pić krew?

Bunt sprzymierzeńca

Odpowiedź na pierwsze pytanie nie jest całkowicie jasna. Niektórzy badacze sądzą, że choć praktyka picia krwi przez zięby wygląda odstręczająco, to w rzeczywistości nie wyrządza głuptakowi zbyt poważnych szkód. Należy się oczywiście spodziewać, że u osobników, które pierwotnie były w złej kondycji, dodatkowy upust krwi przyczyni się do zmniejszenia szansy na przeżycie. Jednak u tych, które nie przejawiają oznak osłabienia, działalność wampirów może nie mieć tak dużego znaczenia. Problemem dla głuptaków może być także liczebność zięb – jeśli krwiopijców jest odpowiednio dużo, i tak nie uda się ich wszystkich odgonić. Stąd reakcje na te zewnętrzne pasożyty są raczej opieszałe, podobne do tych, które obserwujemy u dużych zwierząt ­obsiadanych przez owady. Ale prawdopodobnie największe znaczenie ma to, że głuptaki podczas ataków ze strony wampirzych zięb najczęściej siedzą w gnieździe. Wysiadywane jaja wymagają odpowiedniej temperatury, w dodatku zięby nie gardzą jajami głuptaków – dlatego każde opuszczenie gniazda w celu odpędzenia napastników oznaczałoby zwiększone ryzyko utraty całego lęgu. Na to głuptaki najwyraźniej nie mogą sobie pozwolić. Ich „inwestycja rodzicielska” w potomstwo – mierzona wydatkiem dostępnego czasu i zasobów energetycznych – jest na tyle poważna, że nie warto jej narażać nawet dla odpędzenia wampirów.

Zachowanie samych zięb też jest dla ewolucjonistów bardzo interesujące. Spożywanie krwi (hematofagia) jest wprawdzie powszechne wśród bezkręgowców (komary, kleszcze, pijawki i wiele innych), ale niemal nie występuje u kręgowców. Dlaczego więc te ptaki śpiewające wykształciły taką preferencję żywieniową? Odpowiedź na to pytanie staje się jasna, gdy przyjrzymy się pokarmowi, jaki zięby pozyskują poza porą suchą. Kiedy warunki życia tych ptaków są sprzyjające, preferują one zjadanie ziaren oraz drobnych bezkręgowców. Jeszcze ważniejszy jest dla nich dostęp do słodkiej wody. Gdy jednak nadchodzi pora sucha, dostępność „konwencjonalnego” pożywienia spada – zięby muszą zmienić swoją dietę, a krew głuptaków może stać się jej istotnym uzupełnieniem.

Jak to się jednak stało, że zięby wampirze „wpadły na pomysł” ranienia głuptaków, a następnie spijania ich krwi? Specjaliści sądzą, że najbardziej prawdopodobny scenariusz zdarzeń rozpoczął się od chwytania przez zięby wampirze pasożytów bytujących w piórach głuptaków. Początkowo zatem zięby mogły wyświadczać głuptakom przysługę. Przypadkowe zranienia mogły zachęcać zięby do spijania krwi, co z czasem doprowadziło prawdopodobnie do aktywnego i celowego ranienia głuptaków. W efekcie z mutualizmu – relacji korzystnej dla obu zaangażowanych w nią gatunków – wyewoluowało pasożytnictwo. Taki scenariusz wyjaśniałby też częściowo, dlaczego ptaki ofiary nie odpędzają swoich krwiopijców – być może spodziewają się od nich raczej pomocy niż szkody.

Słabe źródło energii

Wydawać by się mogło, że spijanie krwi nie kosztuje zięb wiele wysiłku – ani znalezienie ofiary, ani doprowadzenie jej do krwawienia nie jest specjalnie problematyczne. Zastanawiające jest jednak to, że niewiele kręgowców obrało w swojej ewolucyjnej historii taką strategię. Dlaczego? Czyżby hematofagii towarzyszyły „ukryte koszty”?

Okazuje się, że w istocie krew wcale nie jest optymalnym pokarmem dla ptaka czy ssaka. Przede wszystkim nie zawiera ona niemal żadnych węglowodanów, tłuszczy i witamin, a za to ma w swoim składzie mnóstwo białka oraz soli. To oznacza, że nie stanowi dobrego źródła energii, a dodatkowo obciąża nerki i układ wydalniczy. Jest też inny problem. We krwi nie ma zbyt wielu mikroelementów, ale jest mnóstwo żelaza. To zaś – choć w pewnych ilościach jest konieczne do prawidłowego funkcjonowania organizmu – w zbyt wysokich dawkach może uszkadzać organy wewnętrzne, zwłaszcza wątrobę, serce i trzustkę.

Również płynna postać pożywienia – choć w porze suchej może być wielkim atutem – w większości przypadków nie stanowi wcale optymalnego rozwiązania. Aby zaspokoić potrzeby energetyczne, trzeba spożyć relatywnie dużo takiego pokarmu. To zaś wymaga czasu i odpowiedniej pojemności żołądka. Jest jeszcze jeden aspekt – odżywianie się krwią może być bardzo niebezpieczną praktyką, gdyż zwiększa ryzyko zakażenia się chorobami – zwłaszcza wirusowymi.

Skoro jednak hematofagia jest tak problematyczną strategią żywienia się, to w jaki sposób tym kilku gatunkom kręgowców udało się oprzeć jej negatywnym skutkom? Odpowiedzi na to pytanie warto poszukać u tych kręgowców, które nie traktują krwi jako alternatywnego pożywienia, lecz jako główne źródło energii. Mowa o nietoperzach wampirzych.

Podskoki nietoperza

Zła sława nietoperzy jest z wielu powodów niezasłużona. Najmniej uzasadnione jest kojarzenie wszystkich tych drobnych ssaków z wampiryzmem. Spośród ponad 1,4 tys. znanych gatunków tych zwierząt tylko trzy rzeczywiście żywią się krwią. Wszystkie one żyją w Ameryce Południowej i są z sobą blisko spokrewnione – pochodzą od wspólnego przodka, co sugeruje, że hematofagia, tak wśród nietoperzy, jak i ssaków w ogóle, wyewoluowała tylko jeden, jedyny raz.

Nietoperze wampirze są pod wieloma względami niezwykłymi przedstawicielami swojego rodzaju. Ich wygląd w nielicznych osobach budzi pozytywne skojarzenia, ale zwierzęta te mają fascynatowi przyrody znacznie więcej do zaoferowania niż samą aparycję. Wampiry (taką nazwą określa się wszystkie trzy gatunki tych hematofagicznych ssaków latających) są jedynymi nietoperzami, które potrafią chodzić, biegać, a nawet skakać po ziemi. Ich przednie kończyny, przystosowane do aktywnego lotu, wtórnie zaadaptowały się do stąpania po podłożu. Dlaczego? Ponieważ zwierzęta te – choć są bardzo dobrymi lotnikami – preferują podchodzenie do swoich ofiar od strony ziemi, nie zaś zlatywanie na ich grzbiet z powietrza. Wampiry żerują jedynie w nocy, a ich docelowymi żywicielami są śpiące zwierzęta – zwłaszcza te gospodarskie (świnie, konie, krowy). Zmysły tej grupy nietoperzy są wykształcone w taki sposób, że z łatwością wyczuwają one nie tylko ciepło emitowane przez ofiarę, ale też jej równomierny – właściwy dla głębokiej fazy snu – oddech.

Kiedy nietoperz wampirzy zlokalizuje swojego żywiciela, stara się go podejść od strony gruntu, następnie wypatruje najdogodniejszą lokalizację na ciele ofiary (preferuje miejsca o bogatym ukrwieniu podskórnym). Gdy to się uda, dokonuje precyzyjnego, szybkiego nakłucia ciała ofiary. Do tego celu nie używa wcale – wbrew popkulturowym przekazom – kłów, lecz małych, ostrych górnych siekaczy, które są przystosowane ściśle do tej czynności. Zaatakowane we śnie zwierzę może się nawet nie obudzić, ponieważ w ślinie nietoperza zawarte są substancje o działaniu znieczulającym.

Po przerwaniu ciągłości skóry wampir nie wysysa krwi, lecz czeka, aż niewielka jej ilość wypłynie na zewnątrz. Ponieważ w jego wydzielinie ślinowej znajdują się również antykoagulanty – substancje zapobiegające krzepnięciu – drobna ranka nie zasklepia się tak długo, jak długo nietoperz chłepce krew. To ostatnie sformułowanie jest szczególnie trafne w odniesieniu do nietoperzy wampirzych, ponieważ pożywiają się one krwią poprzez wykonywanie szybkich, częstych ruchów językiem. Jama gębowa tego zwierzęcia stanowi kolejny przykład przystosowania do hematofagii – jej wnętrze posiada mikroskopijne wgłębienia, które tworzą maleńkie kanaliki.

Taka faktura sprawia, że nietoperz musi jedynie dotknąć językiem krwi, a następnie cofnąć go do środka, by płyn sam napływał do jego gardła. Szybkie chłeptanie jest tym łatwiejsze, że ssak ten w dolnym rzędzie zębów posiada specjalną przerwę, która mieści przemieszczający się do przodu i tyłu język. Taki posiłek trwa zwykle około pół godziny. W tym czasie zwierzę nasyca się i pozostawia swojego żywiciela najczęściej nieświadomego roli, jaką ten odegrał na uczcie wampira.

Jak pamiętamy, krew jest jednak pokarmem problematycznym, dlatego przystosowania nietoperzy do takiej diety nie kończą się na jego głowie i kończynach. Co ciekawe – nie kończą się nawet… na jego własnych genach.

W symbiozie z bakteriami

Adaptacje wampirów do hematofagii znajdujemy w całym ich ciele. Przykładowo, by sprostać ogromnej ilości białka oraz soli zawartych w krwi, ich nerki musiały stać się znacznie bardziej aktywne niż nerki przeciętnego ssaka o podobnych rozmiarach. Nietoperze wykształciły też znacznie skuteczniejsze metody wydalania żelaza. Te rozwiązania – choć bardzo praktyczne – w niewystarczającym jednak stopniu tłumaczą to, jak wampiry dają radę funkcjonować na krwistej diecie. Długo nie wiedziano np., jak ich organizm pozyskuje węglowodany albo jak radzi sobie z chorobami krwiopochodnymi. Odpowiedzi na te pytania uzyskano dopiero w 2018 r., kiedy to grupa badaczy, z mikrobiolożką Marie Lisandrą Zepedą Mendozą na czele, wzięła pod lupę nie tylko same nietoperze, ale też mikroorganizmy zasiedlające ich jelita.

Badacze przeanalizowali genom nietoperzy oraz genomy ich mikrobiomu jelitowego. Uzyskane wyniki, opublikowane w czasopiśmie „Nature Ecology and Evolution”, wskazują na to, że adaptacje mikrobiomu nietoperzy stanowiły podwaliny ich ewolucyjnego przystosowania do hematofagii. To właśnie mikroorganizmy jelitowe okazały się dostarczać swojemu gospodarzowi związki chemiczne i witaminy niezbędne do przeprowadzania rozmaitych reakcji w komórkach, a nieobecne w pożywieniu wampirów. Mikrobiom wspomaga także gospodarkę węglowodanową, dzięki czemu nietoperze te są w stanie przetrwać na pokarmie niemal pozbawionym cukrów.

Badacze wykazali również, że mikrobiom hematofagicznych ssaków dostarczał gospodarzowi białka wiążące żelazo, zapobiegając tym samym jego toksyczności. Stwierdzono też, że to bakterie umożliwiały nietoperzom degradację siarczanu heparanu, który normalnie zawarty jest we krwi kręgowców i uczestniczy w procesie jej krzepnięcia (powstawanie skrzepów jest niekorzystne dla żywiącego się krwią nietoperza, ponieważ zmniejsza dostępność składników odżywczych i utrudnia pracę jelit).

Wreszcie udowodniono, że bakterie jelitowe współpracują z układem odpornościowym nietoperzy i wytwarzają część substancji, dzięki którym nietoperze nie zapadają na choroby wywoływane przez patogeny, które trafiają do ich organizmu razem z krwią.

Czy analogicznych adaptacji należy się spodziewać u innych żywiących się krwią kręgowców? Badania opublikowane przez zespół Alice J. Michel w „Microbiome” sugerują, że tak. Mikrobiom jelitowy zięb wampirzych znacząco różni się od mikrobiomu innych zięb Darwina, mimo że, jak pamiętamy, krew stanowi tylko część ich diety, i to w tych okresach, w których inne źródła pokarmu i wody są dla nich niedostępne.

Żywienie się krwią wywołuje u wielu z nas obrzydzenie. Czy jednak spożywanie jednej tkanki (mięśni) jest rzeczywiście „lepsze” od jedzenia innej (krwi)? Selekcja naturalna nie ma zmysłu estetyki; interesuje ją jedynie użyteczność cech i zaradność organizmów. Tę zaś należy u hematofagicznych zwierząt dostrzec i docenić, pamiętając jednocześnie, że wyewoluowała ona nie na lesistych wzgórzach Transylwanii, lecz w nieprzyjaznych i wymagających kreatywności ekosystemach Ameryki Południowej. ©