О токсикологическом парадоксе

Posted: 08.08.31 in Научное

Токсикологический парадокс

Есть многое на свете, друг Горацио

Что неподвластно никакой оптимизации…

 

Часто вещи, кажущиеся самоочевидными, при сколько-нибудь пристальном рассмотрении оборачиваются странной загадкой. Некоторое время назад на такую вещь меня натолкнул простой вопрос: почему наркотические растения содержат наркотики?

Тут дело вот в чём. Изначально, нейротоксины растений (а все наркотические вещества в той или иной мере разрушают нервную систему) были эволюционным приспособлением, мешающим растительноядным животным (от улиток до коров) эти растения поедать. Однако все существующие модели наркомании основаны на механизме вознаграждения с устойчивой обратной связью. Т.е. потребление наркотика приводит к образованию нейро-метаболической структуры в нервной системе, которая стимулирует дальнейшее потребление наркотика. Если проще: потребление нейротоксинов растений с какого-то момента стало не предотвращать дальнейшее поедание этих растений, а стимулировать его посредством доставления положительных эмоций. Такая стимуляция в ходе эволюции встречается – когда, например, растение выигрывает от поедания плодов и дальнейшего рапространения травоядными содержащихся в плодах семян. В таких случаях в плодах появляются вещества, поощряющие поедание (сахара, фруктовые кислоты), но никоим образом для поедателя не токсичные: зачем уменьшать количество распространителей семян? В случае же с растительными наркотиками (опиаты, кокаин, тетрагидроканнабидиол, и т.п.) такого не происходит: все они для поедателя остаются токсичными, несмотря на формирования поощрительного механизма потребления.

Получаем парадокс: одни и те же вещества одновременно и поощряют поедание растения благодаря наркотическому эффекту, и предотвращают его благодаря токсическому.

На этом месте стоит сделать небольшое отступление, и описать господствующую (ну, или самую модную; причины такой моды – отдельный большой разговор, к данному тексту отношения не имеющий) модель формирования наркотической зависимости посредством мезолимбической допаминовой системы (mesolimbic dopamine system, MDS).

MDS состоит из допаминэргических нейронов (нейронов, использующих допамин в качестве медиатора), чьи аксоны идут из ventral tegmental area (VTA) в среднем мозге в nucleus accumbens (NAc) – структуру, расположенную в основании переднего мозга. Активность этих нейронов определяет концентрацию внеклеточного допамина в Nac. Этот допамин, в свою очередь, отвечает за передачу сигналов, кодирующих как неспецифическое удовольствие (генерируемое едой, питьём, сексом, и т.п.), так и специфическое (генерируемое при потреблении нейроактивных веществ). При этом, на самих допаминэргических нейронах MDS и на нейронах, регулирующих их работу, находятся места связывания практически всех известных нейроактивных соединений (см. иллюстрацию). Таким образом, MDS оказывается универсальной структурой мозга позвоночных, отвечающей за формирование положительных реакций и формирующей наркотическое привыкание.

Выяснилось, однако, что я вовсе не первый, кто задался этим вопросом в привязке к MDS. Теорий, объясняющих токсикологический парадокс, есть немало. Все они (ну, или те, которые я сумел найти) сводятся к следующим группам.

1. Теория «новизны воздействия». Основная идея: MDS эволюционно сформировалась для закрепления типов поведения, которые оказывались успешными с точки зрения добывания пищи; а впоследствии приобрела дизадаптивные свойства (провоцирование наркотического привыкания) при столкновении с недавно (в эволюционном смысле) появившимися растительными нейротоксинами. Проще говоря: MDS позвоночных не имела достаточно времени для эволюции.

Контраргументы:

Первое. Основными детоксифицирующими ферментами гетеротрофов являются гемопротеины семейства цитохром Р-450. Эти ферменты являются эволюционно чрезвычайно древними: они присутствуют не только у одноклеточных животных, но также у бактерий а архей; наиболее древние следы цитохрома Р-450 были найдены в отложениях возрастом около миллиарда лет.

Второе. Цитохромы Р-450 человека, отвечающие за нейтрализацию нейротоксинов, присутствуют во всех без исключения популяциях. Однако, если считать, что нейротоксины являются эволюционно недавно появившимся фактором, а ферменты этой группы имеются у человека с момента его появления как биологического рода, то в ходе эволюции без воздействия нейротоксинов у части популяций эти ферменты должны были исчезнуть благодаря генетическому дрейфу.

Третье. Коэффициент вариации отношения синонимических и несинонимических участков генов человека, кодирующих цитохромы Р-450, равен приблизительно 0.27. Такое малое значение говорит о стабилизирующем отборе на протяжении не менее пяти-шести тысяч поколений. С учётом того, что человек разумный оформился как вид примерно двести тысяч лет назад, воздействие на него нейротоксинов, в этом случае, никак нельзя считать «новым фактором».

Четвёртое. Было показано, что некоторые человеческие популяции являются специфически селектированными по признаку устойчивости к тем или иным растительным нейротоксинам. Причём такое приспособление хорошо коррелирует с экологическими особенностями местной флоры. Например, у жителей Турции и Афганистана наблюдается повышенная активность цитохромов группы 2D6, ответственных за метаболизм и детоксикацию опиатов. В то же время, согласно палеоботаническим данным, полуостров Малая Азия является родиной опийного мака; а Афганистан известен как территория массового экспортного производства опиатов со времён походов Александра Македонского. Такая специфическая приспособленность предполагает достаточно долгий период существования людей в условиях потребления нейротоксинов (в данном случае опиатов).

Теория «ложного позитивного сигнала». Согласно ей, психоактивные нейротоксины модифицируют негативный сенсорный сигнал так, что он принимается за позитивный, и именно такие сигналы стимулируют привыкание.

Контраргументы:

Первое. Нейротоксины, вызывающие привыкание, вместе с ощущением удовольствия вызывают и негативные ощущения, особенно у недавно вовлечённого потребителя. Примеры: 70-80% курильщиков начинают испытывать положительные вкусовые ощущения от табака не ранее, чем через 3-4 недели курения; широко известно, что каннабиноидные наркотики вызывают галлюцинации только со второго-тертьего приёма. Обобщая: наиболее массово потребляемые растительные нейротоксины всегда вызывают, кроме позитивных, также и негативные ощущения, т.е. вполне распознаются организмом как опасные вещества.

Второе. Если теория «ложного позитивного сигнала» верна, то наибольшее привыкание должны вызывать вещества, имеющие наиболее сильный наркотический эффект. Те, у которых соотношение эффектов наказание/поощрение наибольшее. К таким веществам относятся синтетические галлюциногены: неприятных вкусовых ощущений у них, обычно, нет вовсе, а «поощрительный» эффект куда сильнее, чем у природных веществ. Однако, как показало исследование наркомании в США, число потребителей героина, амфетаминов и ЛСД, вместе взятых (3.5%) гораздо ниже, чем число постоянных курильщиков табака (34%) и конопли (12%). Конечно, можно попытаться объяснить низкое потребление синтетических наркотиков сильным законодательным давлением на потребителей и распространителей; однако это никак не объясняет широкого распространения природных наркотиков типа конопли (напомню, исследование проводилось в США, а не в Нидерландах).

3. Теория «способов введения». Основной постулат: неверная интерпретация организмом сигналов, возникающих при приёме наркотиков, вызвана изменившимися в недавнем историческом прошлом способами их введения: наркотики стали вводить внутривенно, внутрибрюшинно, в формах, облегчающих преодоление гемато-энцефалического барьера, и т.п.

Контраргументы:

Наиболее в настоящее время популярные наркотические вещества – кофеин, никотин и каннабиноиды (см. предыдущую теорию) потребляются путём курения или с пищей – точно так же, как на протяжении всей предшествующей человеческой истории. Кроме того, техники потребления наркотиков (кокаина) типа температурной возгонки (т.н. «freebasing») или букального введения (на слизистую оболочку носоглотки) были известны ещё в доколумбовой Америке.

4. Теория «возросшей эффективности». Согласно ей, из-за значительно выросшей в результате применения новых агротехнических, селекционных и химических технологий силы воздействия наркотических веществ, человеческий организм не успел выработать соответствующих негативных безусловных рефлексов. Кроме того. Этому может способствовать долгая история развития человечества в «детоксифицированной» среде: человек в значительной мере животное плотоядное, кроме того, обладает специальными технологиями детоксификации (например, приготовление пищи на огне) – всё это уменьшало «фоновое» количество нейротоксинов в пище и, как следствие, препятствовало выработке защитных реакций.

Контраргументы:

Растения, употребляемые в пищу, подвергаются селекции по признаку наименьшей возможной токсичности; в то же время, растения, изначально выращиваемые для получения наркотиков, селектируются по признаку силы наркотического воздействия, а не по признаку наименьшей токсичности.

Некоторые дополнительные соображения, могущие объяснять токсикологический парадокс хотя бы частично.

·        MDS участвует не только в передаче сигналов удовольствия, но и в других типах деятельности нервной системы: формировании внимания, сложных сенсоромоторных реакций, переключении поведенческих программ, и т.п. Возможно, что воздействие наркотиков на эти функции помогает преодолевать негативные реакции, вызываемые их потреблением.

·        Специфические механизмы воздействия каждого отдельного вещества. Скажем, опийный мак вырабатывает опиаты, которые замещают эндорфины на их месте связывания с µ-опиодным рецептором; а табак вырабатывает никотин, который замещает ацетилхолин на ацетилхолиновых рецепторах. Говоря шире, наркотические вещества имеют крайне широкий спектр механизмов действия, нюансов формирования привыкания, и, как следствие, последствий потребления. Например, лабораторных животных гораздо легче приучить к самонаркотизации опиатами, чем никотином.

·        Активный поиск и потребление нейротоксинов можгут быть связаны с использованием именно их токсических эффектов, в ряде случаев полезных. Примеры: токсины конских бобов (Vicia faba) и кассавы убивают малярийного плазмодия; никотин в форме сульфата является одним из распространённых ветеринарных глистогонных.

 

В общем, судя по всему, на сегодняшний день универсального объяснения токсикологического парадокса не существует. В каждом отдельном случае (для каждого отдельного наркотика) его стоит объяснять специфической комбинацией факторов. Впрочем, это не значит, конечно, что такого универсального объяснения никогда не будет найдено.

Advertisements
Comments
  1. Сергей says:

    Я на форум закину, не возражаешь?

    Э-э-э… На какой?

  2. Ilyak says:

    Я вот чего не понял:
    Вопрос в том, “зачем” растения вырабатывают нейротоксины, в том, “зачем” человеческий организм их воспринимает, как токсины вместо полной нейтрализации, или в том, “зачем” человек стремиться принимать эти токсины, несмотря на разрушительный эффект?

    Просто в начале статьи я подумал, что первый вопрос рассматривается, а к концу разрываюсь между вторым и третьим.

    Скорее так: каким образом сложилась парадоксальная с экологической точки зрения ситуация. Когда один вид (растение), в интересах которого исключить поедание себя другим видом (животным), продуцирует стимулирующие поедание вещества; и в то же время второй вид, в интересах которого не поедать токсичные вещества, развивает нервные структуры, стимулирующие поедание этих веществ.

  3. Аладдин says:

    А как насчет того что, первоначальный отрицательый эффект, чтоб отпугнуть, а последующий привыкательный чтоб уничтожить тех, кто преодолел первоначальный эффект? Однако люди хитры в способах самоуничтожения, и поэтому зная способ приучения организма к ядам путем употребления его в малых дозах, смогли ловить свой кайф, и к тому же привнесли устойчивость к нейротоксинам в генофонд.

  4. Сергей says:

    На форум – в смысле в Удел Могултая (http://wirade.ru). В раздел “Вольная слушательня”, я там бехолдером подвизаюсь.
    Ну, выложи – чего нет…

  5. Велта says:

    Механизмы наркоманий известны – для млекопитающих. Стимуляция эндорфиновых рецепторов и все такое прочее.
    А откуда известно, что упомянутые улитки (хотя и не коровы) – по такому же механизму получают удовольствие? И что такое вообще для улитки удовольствие?

    А корова-наркоманка, имхо, сдохнет с не меньшей вероятностью, чем хомо сапиенс. Поэтому хомы сапиенсы не пускают коров на луга с отравой. Чем эта отрава и спасается.

    Насчёт улиток я писал в том плане, что нейротоксины направлены против всех травоядных – и их в том числе. А про механизмы действия наркотиков на улиток я литературу не искал.

    Что до коровы: сдохнет-то она сдохнет, но зачем её, с экологической точки зрения, до этого на поедание токсичных растений поощрять? Ведь эволюционно это получается невыгодным ни корове, ни растениям.

  6. Лида says:

    Не знаю, по-моему – подобные сочетания токсичности каких-либо веществ с их способностью вызывать положительные эмоции – результат дикого разнообразия форм жизни с малым количеством органогенных элементов и относительно малым набором возможных химических структур. Т.е., если какое-то из сотен тысяч растений выработало вещество (а число биологически активных веществ ,создаваемых живыми существами вообще вряд ли возможно посчитать, + делаются они из десятка элементов, т.е. среди веществ много похожих), по структуре сходное с медиатором нервной системы животных, воздействие которого провоцирует положительные эмоции, то не факт, что здесь есть какой-то тайный природный умысел, скорее – просто совпадение. Тем более, с учётом того, что что такие растения действительно по пальцам перечесть (именно таких, чтобы кроме токсического эффекта был ещё и способствующий положительному подкреплению). К тому же это вещество вполне может служить растению для каких-то “внутренних” нужд, или просто быть побочным метаболитом, мирно складывающимся в клетках в виде ненужного, но и не опасного для них продукта. Хотя, это всё наверное и так в первую очередь в голову приходит:)

    Неужели та же конопля никак не использует свои каннабиноиды непосредственно для себя?

    Про мужские и женские или “гениальные/негениальные” мозги:
    …- Зачем в слове “талмуд” буква “ы”?
    – Так там же нет этой буквы!
    – а если б была?…

    Или вопрос в первую очередь – а что это такие растения до сих пор живы и здоровы, почему эти признаки закрепились,и как их не выели сразу с такими замечательными веществами? А животные (не человек) “под кайфом” вообще соберутся потомство оставлять?Может с эволюционной точки зрения на это и рассчитывается – вывести из популяции животных, которые в принципе интересуются этим растением, просто за счёт потери интереса к размножению.

    Нам на каком-то спецкурсе предложили подумать ,зачем паразитическим бактериям (той же чуме) приводить к смерти носителя (тем более, в ряде случаев, довольно быстрой). Мол, невыгодно ,бактериям нужно, чтоб хозяин был жив. Самое приличное (с научной т.зр.), до чего дорассуждались – часть общей системы саморегуляции биосферы (менее приличное – НЕСАМОрегуляция:)), такой вот контроль численности хозяев. Т.е., в любом случае,гипотеза не объясняет, зачем это нужно непосредственно бактериям.

    • Shao says:

      Вообще говоря, тут всё упирается в темпы эволюции. Точнее, соотношение темпов эфволюции растений и их потребителей. Если у растений они достоверно выше – то да, описанное тобой похоже на реальность. Но что-то я о таком не слыхал никогда. Наоборот, видообразование у животных обычно идёт быстрее: более высокая конкуренция, более разнообразная среда, и т.п.

  7. Лида says:

    Ой, блин, ну я и графоманка…

    • Shao says:

      Ничё, нормально. В этом захолустном бложике гостям всегда рады :о)

  8. Ловец says:

    Жаль, что истина так и не известна в этом вопросе. Все же очень интересно, зачем эволюция создала нейротоксины и млекопитающих получающих кайф от их употребления. Кому это выгодно в эволюционном плане, растениям, животным? Вроде как ни тем не другим, тогда зачем, случайность? хм…

  9. mergtah says:

    mpeg4 to mp3 online merge mp3 free

  10. […] shao_s размышляет на тему почему наркотические растения содержат наркотики? […]

  11. […] продолжение волнующей темы "Почему наркотические растения содержат наркотики?&… Кто не читал статьи, когда я давала на нее ссылку, […]

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s