|
במשך מאות מיליוני [[שנה|שנים]] השתמשו [[טורף על|טורפי העל]] בעולם ב[[כוח גופני|כוחם]] הרב, בגודלם או בזריזותם כדי להכניע את טרפם. ייצור הארס הוא תופעה יוצאת דופן המאפשרת להכניע את הטרף ולהתגונן בדרך שונה. בסוגי ארס שונים קיימים מגוון מרכיבים, חלקם כה מורכבים שנדרשו למדע שנות מחקר רבות והשקעה כספית גדולה על מנת לזהות, לבודד ולהבין כל אחד מהם ואת אופן פעולתם על האורגניזם החי. קיימים אף מרכיבים בסוגי ארס מסוימים שהרכבם הביוכימי אינו ידוע או מובן לגמרי עד היום. הארס הוא [[נשק ביולוגי]] כה משוכלל ויעיל, שידוע כי התפתח אבולוציונית לכל הפחות 26 פעמים במגוון גדול של בעלי חיים בעץ הטקסונומי, החל מ[[מדוזות קובייתיות]], שארסן רעיל יותר במאות מונים מזה של [[רב פתן מלכותי]] וכלה ב[[עכבישי משפך אוסטרליים]].{{הערה|שם=בריאן|Prof Bryan Fry,[https://www.youtube.com/watch?v=_nesvBaCZbY Understanding venom evolution as a guide for biodiscovery, ] באתר [[יוטיוב]], יולי 2014}} קיימים כיום [[פרוקי-רגליים]] ארסיים, [[דמויי כריש|כריש]]ים ארסיים ואף [[יונקים]] ארסיים, כגון [[ברווזן]], [[לוריס איטי]], [[סולנודוניים]] וחלק מה[[חדפיים]].{{הערה|[http://museumvictoria.com.au/discoverycentre/infosheets/venomous-fishes-of-southern-australia/sharks-and-chimaeras---large-venomous-spines/ Sharks and chimaeras: large venomous spines] באתר Museum Victoria}}{{הערה|שם=בריאן}}
הארס הוא חומר ביולוגי הנוצר בתהליך של ביוסינתזה מורכבת, וחלק ממרכיביו פועלים ב[[סינרגיה|משולבפועלים במשולב]], ויוצרים תופעות הרסניות שאופן פעולתם אינו מובן לגמרי גם היום. מגוון ושונוּת הארס בין בעלי החיים הוא גדול. בארס של בעל חיים אחד עשויים להיות מספר גדול של סוגי רעלנים שכל אחד מהם כשלעצמו בעל השפעה שונה וקטלנית (בדומה לחרוטיים), ובארסו של בעל חיים אחר יכולים להיות מספר [[כימיקל]]ים שכל אחד מהם כשלעצמו אינו מזיק אולם השילוב ביניהם קטלני (בדומה ל[[צפע מצוי]]).{{הערה|[http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0006291X96915156 Protein and cDNA Structures of an Acidic Phospholipase A2, the Enzymatic Part of an Unusual, Two-Component Toxin fromVipera palaestinae] מאתר ScienceDirect}} הארס מורכב מסוגי חלבונים המהווים אבני יסוד אוניברסליים בגופם של כל בעלי החיים ואחראים על התפקוד התקין במערכות שונות בגוף, כגון [[מחזור הדם]], [[מערכת העיכול]] ואפילו האיזון הכימי ב[[מוח]].{{הערה|[http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/6095277 The presence in pig brain of an endogenous equivalent of apamin] באתר US National Library of Medicine}} הארס נוצר כאשר סוגי חלבונים אלה עברו במהלך האבולוציה [[מוטציה|מוטציות]], והתפתחותם החדשה התהפכה כך שכוחה לבצע פעולה הפוכה לפעולתם המקורית, ולפגוע בתפקודים הבסיסיים של הגוף.{{הערה|[http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/15741511 From genome to "venome": molecular origin and evolution of the snake venom proteome inferred from phylogenetic analysis of toxin sequences and related body proteins.] באתר US National Library of Medicine}} אולם שינויים אלו הם שינויים קלים בלבד, והם דומים מאוד לחלבון המקורי. פרופ' פריי ערך ניתוח גנטי של 24 חלבוני ארס שונים כדי להתחקות אחר מקורם. הנחת העבודה של פריי הייתה כי ארס אינו יכול להתפתח מכלום, אלא סביר שבמהלך האבולוציה גן [[שכפול DNA|השתכפל]] במקרה למוטציה. מתוך 24 החלבונים שבדק פריי, הוא הצליח לזהות ב-21 מקרים את הגן המקורי שמהם התפתח הארס. הוא מצא דמיון ברצף [[חומצת אמינו|חומצות האמינו]] המרכיבות את החלבון המקורי. פריי גילה כי ארס התפתח מחלבונים בעלי תפקידים בכל המערכות בגוף. לדוגמה, מחלבון המעורב בשליטה על פעולת ה[[שריר]]ים התפתח ארס הגורם ל[[שיתוק|שיתוק השרירים]] ולכשל נשימתי, ומחלבון המווסת את [[לחץ דם|לחץ הדם]] בגוף נוצר עותק דומה הגורם ל[[הלם|נפילה פתאומית בלחץ הדם]]. ההבדלים בין החלבונים המקוריים שמועילים לגוף וחיוניים לתפקודו לבין אלה שהתפתחו מהם רעלנים הם זעירים, הן מבחינת רצף חומצות האמינו והן מבחינת המבנה שלהם.{{הערה|[http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/15741511 Fry B. G. (2005). From genome to "venome": Molecular origin and evolution of the snake venom proteome inferred from phylogenetic] .analysis of toxin sequences and related body proteins Genome Res. 15, 403 – 420}}{{הערה|שם=hebrewRTL-ויצמן2|[http://stwww.weizmann.ac.il/tech-center/mot-net/kriat-beinaim/gilayon10/6.pdf מחקר נוטף ארס] באתר [[מכון ויצמן למדע]]}}
===זוחלים===
עד לפני שנים אחדות היה נהוג לחשוב כי ארס התפתח בקבוצת ה[[זוחלים]] מ[[נחשים]]. ידוע שלנחשים קדומים היה ארס, אולם ללא מערכת מפותחת של העברתו לטרף כפי שהיא קיימת היום, כלומר ללא [[שיני ארס]] חלולות ומשוכללות המזריקות אותו הישר אל ה[[רקמת תאים|רקמות]] ו[[כלי דם|כלי הדם]]. עובדה זו הובילה ל[[מחקר מדעי|מחקר]] שנמשך חמש שנים ב[[אוניברסיטת מלבורן]] שב[[אוסטרליה]] בראשות פרופסור בריאן פריי להבנת אבולוציית הארס בקבוצת הזוחלים ולגילוי מקור התפתחותו הקדום. הנחשיםנחשים התפתחו מ[[לטאות]] לפני כ-100 מיליון שנה,{{הערה|[http://www.sciencedaily.com/releases/2015/07/150723140142.htm?utm_source=feedburner&utm_medium=feed&utm_campaign=Feed%3A+sciencedaily+%28Latest+Science+News+--+ScienceDaily%29 Four-legged snake fossil found] מאתר ScienceDaily 24/07/2015 {{אנגלית}}}} לכן המחקר עבר להתמקד בזוחלים אלהבלטאות. טרםלפני המחקר היה ידוע על שני [[סוג (טקסונומיה)|סוגי]] לטאות ארסיות בלבד מתוך כ-5,000 סוגים הקיימים כיום, והם נחשבו לתופעה חריגה. לצורך המחקר נאספו דגימות [[רוק (ביולוגיה)|רוק]] של לטאות ממינים רבים ככל האפשר, וה[[מולקולה|מולקולות]] הפעילות בו בודדו בתנאי מעבדה. מולקולות אלו נוסו על רקמות בעלי חיים והתגלה שהן פירקו את [[שריר הלב]] והרעילו את ה[[ריאות]] באופן שדמה לפעולת הארס של סוגי נחשים מסוימים החיים כיום.{{הערה|[http://www.nature.com/nature/journal/v439/n7076/full/nature04328.html Early evolution of the venom system in lizards and snakes] באתר nature.com}} היה זה גילוי ראשון של צורת פעולה איטית של ארס ממה שהוכר עד אז. מחקר חדשני ומקיף זה הוביל לגילוי של מרכיבי ארס הדומים לאלה של הנחשים בלמעלה מ-1,500 מיני לטאות החיות כיום, בעלי שוני גדול במורכבותם בקרב מינים אלה.{{הערה|שם=hebrewRTL-ואלה|{{וואלה!|רויטרס|המשפחות רבות של לטאות התגלו כארסיות|812410|21 בנובמבר 2005}}}}
[[קובץ:Common lionfish hunting glassfish at El Mina wreck.JPG|שמאל|ממוזער|200px|ל[[זהרון הדור]] יש מעט טורפים בזכות קוציו הארסיים המגנים עליו]]
דוגמה בולטת לכך היא לטאת [[דרקון קומודו]], מהקדומות בלטאות החיות כיום. עד השנים האחרונות היה נהוג לחשוב כי רוק לטאה זו, המכיל למעלה מ-80 סוגים שונים של [[חיידקים]] [[פתוגניות|פתוגניים]], מועבר בנשיכת שיניה החדות של הלטאה אל פצע הטרף וגורמות למותו כתוצאה מ[[אלח דם]]. אולם מחקר מקיף זה, שכלל גם את נפגעי נשיכת הלטאה זו, הראה [[דימום]] מסיבי, [[כאב]] שרירים ורעילות עצבית בשעות הראשונות מרגע הפציעה – [[תסמין|תסמינים]] האופייניים לפגיעה מרעלנים ולא מחיידקים.
מחקרים אלו גילו שהסברה הקודמת מוטעית, ושהמוות נגרם גם כתוצאה מארס של לטאת דרקון קומודו שקיומו לא היה ידוע בעבר. המחקר הראה שללטאה זו יש ארס הפועל באופן איטי יותר מזה של נחשים, ואף גילה לראשונה בלוטות ארס בלסת התחתונה שלהשל הלטאה. מערכת העברת ארס זאת חשפה דרך קדומה להעברת הארס אל הטרף, והוכיחה כי מקור הארס בזוחלים אינו בנחשים, כפי שהיה נהוג לחשוב עד אז, כי אם בלטאות – כלומר מיליוני שנים לפני הופעת הנחשים. עוד הוכיח מחקר זה כי מרכיבים כימיים שנמצאו בארס הלטאות זהים למרכיבים כימיים בארס הנחשים החיים כיום, וכך הוסק שמקורם ב[[אב קדמון משותף]].{{הערה|[http://www.livescience.com/498-surprising-origin-venom-revealed.html The Surprising Origin of Venom Revealed] באתר live Science}}
[[קובץ:Gila Monster head.jpg|שמאל|ממוזער|200px|[[הלודרמה מרירית]] – לטאה זאת מחדירה ארס באמצעות נשיכה. הארס משבש את ה[[מערכת העצבים|פעילות העצבית]] (נוירוטוקסין)]]
===פרוקי-רגליים===
באבולוציה תופעה משמעותית נוטה להופיע יותר מפעם אחת, כדוגמת התפתחות ה[[עין (בעלי חיים)|עיניים]] או הלסתות בבעלי החיים. הארס הופיע ב[[דג]]ים, ב[[יונקים]] וגם בפרוקי-רגליים. ארס מעניק יתרון ברור נגד ה[[תחרות (אקולוגיה)|מתחרים]]. השאלה המרכזית אם כך היא – "מדוע לא כל בעלי החיים פיתחו ארס?". מחקר ב[[אוניברסיטת לומה לינדה]] שב[[קליפורניה]], בראשות פרופסור זיאה ניסני על [[עקרב]]ים, הוכיח סיבות ברורות לכך. מחקר זה הראה כי לעקרב ארסי יתרון ברור על פני האחרים, אולם יש לו חסרונות בולטים. לצורך [[ניסוי]] הוא רוקן את בלוטות הארס של עקרב אחד באמצעות חליבה ומדד את תצרוכת ה[[חמצן]] שלו בעימות מול עקרב מאותו המיןמין כאשרשבלוטות לאחרוןהארס בלוטות ארסשלו מלאות. העקרב מרוקן הארס הראה מאמץ הגדול יותר מהשני ב-50%, והפגין [[תשישות]] המקבילה לזו של [[אצן]] בסיומו של [[מרוץ]].{{הערה|שם=ניסויעקרב|[http://search.proquest.com/docview/304553475 Behavioral and physiological ecology of scorpion venom expenditure: Stinging, spraying, and venom regeneration] באתר Dissertations & Theses – Gradworks}} כשם ש[[גוף האדם|גופו]] של [[אתלטיקה|אתלט]] מתאמץ לחדש את מלאי החלבון ווה[[אלקטרוליטים]], גופו של עקרב לאחר התרוקנות הארס מפנה את מרב האנרגיה שלו לייצור הנכס המשמעותי ביותר שלו – הארס. לאחר שימוש בארס, הגוף צורך [[ATP|אנרגיה]] רבה לשם ייצורו מחדש. חיסרון נוסף שגילה המחקר הוא שלאחר התרוקנות הארס העקרב נותר פגיע וחסר הגנה מפני טורפים, היות שמלאי הארס שלו יתחדש רק בחלוף 4ארבעה [[יממה|ימים]] מרגע התרוקנות בלוטות הארס. בזמן זה הוא יוכל להתמודד עם טרף קטן משמעותית, מה שיעניק יתרון למתחריו השונים.{{הערה|שם=ניסויעקרב}}
הסבר נוסף לכך שארס אינו תופעה נפוצה הרבה יותר ב[[ממלכה (טקסונומיה)|ממלכת]] בעלי החיים הוא שארס מצריך אמצעי העברה מורכב לצורך פעולתו, לדוגמה:
* דוקרן ה[[טריגוניים]]
* קוצי ה[[אבנון]]
* דרבנותדורבנות הברווזן
* [[עוקץ (זואולוגיה)|עוקץ]] ה[[צרעה]]
לבעלי חיים שונים דרך ייחודית להעברת הארס, ומכל אחד מהם הנדסה ייחודית זאת גובה מחיר כבד המתבטא בהשקעת אנרגיה גדולה לשם כך על חשבון משהו אחר. לדוגמה, [[מערכת הרבייה]] של ה[[דבורים]] וה[[נמליים]] השתנתה במרוצת האבולוציה ומשמשת כעוקץ המעביר את הארס,{{הערה|Jerome Goddard, Physician's Guide to Arthropods of Medical Importance, Sixth Edition עמוד 36}} אצל הברווזן [[בלוטות זיעה]] התפתחו לבלוטות ארס, ואצל הנחשים [[בלוטות הרוק]] התפתחו לבלוטות ארס.{{הערה|http://www.mapoflife.org/topics/topic_316_Venom-in-mammals-(and-other-synapsids)/ Venom in mammals (and other synapsids) באתר Map of Life}} דוגמאות מסוג זה ממחישות כי תכונה אחת באה על חשבון האחרת.
|
