Las 10 serpientes enfrentaron una difícil situación.
Recogidas en la Amazonia colombiana, habían estado sin comer durante varios días en cautiverio y luego se les presentó una presa extremadamente poco apetecible: la rana dardo venenosa de tres rayas, Ameerega trivittata.
La piel de esas ranas contiene toxinas mortales, como histrionicotoxinas, pumiliotoxinas y decahidroquinolinas, que interfieren con las proteínas celulares esenciales.
Seis de las serpientes terrestres reales (Erythrolamprus reginae) prefirieron pasar hambre. Los otros cuatro se deslizaron intrépidamente para matarlo.
Pero antes de tragar su comida, arrastraron a las ranas por el suelo, de forma similar a como algunas aves quitan las toxinas de sus presas, señalaron la bióloga Valeria Ramírez Castañeda de la Universidad de California, Berkeley, y sus colegas, quienes realizaron el experimento.
Los seres vivos han estado manejando moléculas mortales para matarse entre sí durante cientos de millones de años. Primero vinieron los microbios que utilizaban las sustancias químicas para eliminar a los competidores o atacar a las células huésped que estaban invadiendo; luego los animales, para matar presas o protegerse de los depredadores, y las plantas, para defenderse de los herbívoros. En respuesta, muchos animales han desarrollado formas de sobrevivir a estas toxinas. A veces incluso los almacenan para usarlos contra sus oponentes.
Los científicos están comenzando a desentrañar estas creativas defensas antitoxinas y, como resultado, esperan identificar mejores tratamientos para las intoxicaciones en las personas. Más fundamentalmente, están aprendiendo acerca de una fuerza que silenciosamente ha ayudado a dar forma a las comunidades biológicas, dice la bióloga evolutiva Rebecca Tarvin de UC Berkeley, quien ayudó a supervisar el experimento de la serpiente y escribió sobre tales estrategias en la Revisión Anual de Ecología, Evolución y Sistemática de 2023.
“Sólo miligramos de un único compuesto, y eso puede cambiar todas las interacciones en un ecosistema”, dice Tarvin.
Guerra biológica
Las especies se vuelven tóxicas de diversas formas. Algunos de ellos producen las toxinas ellos mismos: los sapos bufónidos, por ejemplo, producen moléculas llamadas glucósidos cardíacos que impiden que una proteína llamada bomba de sodio-potasio desvíe iones dentro y fuera de las células. Esta derivación es fundamental para mantener el volumen celular, contraer los músculos y transmitir impulsos nerviosos.
Otros animales albergan bacterias productoras de toxinas en sus cuerpos; ese es el caso del pez globo, cuya carne que contiene tetrodotoxina puede resultar letal si se consume.
Y muchos otros obtienen sus toxinas a través de los alimentos; por ejemplo, las ranas venenosas, que devoran insectos y ácaros que contienen toxinas; esas ranas incluyen las especies con las que se alimentaban las serpientes terrestres.
A medida que algunos animales evolucionaron para volverse tóxicos, también reconfiguraron sus cuerpos para evitar envenenarse. Lo mismo les pasó a las criaturas que comen o que se los comen.
La mejor estudiada de estas adaptaciones implica cambios en las proteínas que normalmente están desactivadas por las toxinas, de modo que ahora son resistentes. Por ejemplo, los insectos que crecen y se alimentan de plantas de algodoncillo ricas en glucósidos han desarrollado bombas de sodio y potasio a las que el glucósido no puede unirse.
Pero cambiar una molécula vital puede crear complicaciones para una criatura, dice la bióloga molecular Susanne Dobler de la Universidad de Hamburgo en Alemania. En sus estudios con el gran insecto del algodoncillo, que se alimenta de semillas de algodoncillo, descubrió que cuanto más resistente a los glucósidos se vuelve la bomba, menos eficiente es. Y ese es un problema en las células nerviosas, donde la bomba es especialmente crítica.
El error parece haber evolucionado para solucionar el problema. En un estudio de 2023, Dobler y sus colegas estudiaron la resistencia a las toxinas en tres versiones de la bomba fabricada por la criatura. Aprendieron que el más funcional, el del cerebro, es también el más sensible a las toxinas. El algodoncillo debe haber desarrollado otras formas de proteger el cerebro de los glucósidos, dice Dobler.
Dobler sospecha que están involucradas proteínas llamadas transportadores ABCB: se encuentran en las membranas celulares y desvían los desechos y otros productos no deseados fuera de las células. Ha descubierto que ciertas polillas halcón utilizan proteínas transportadoras ABCB situadas alrededor de sus tejidos nerviosos para sacar los glucósidos cardíacos de las células. Quizás el insecto del algodoncillo esté haciendo algo similar.
Dobler también está probando la hipótesis de que muchos insectos tienen transportadores ABCB en las membranas de sus intestinos, lo que impide que las sustancias tóxicas entren en el cuerpo. Eso podría explicar cómo el escarabajo de la cebolla de color rojo brillante, que se alimenta de lirio de los valles rico en glucósidos, aparentemente no se inmuta ante las toxinas y simplemente las excreta. Las heces resultantes tienen el beneficio de repeler a las hormigas depredadoras, informó Dobler en 2023.
Para las serpientes terrestres reales, el hígado parece ser la clave. A partir de experimentos de cultivo celular, el equipo de Tarvin tiene evidencia de que algo en el extracto de hígado de serpiente protege contra las toxinas de las ranas dardo venenosas de tres rayas.
El equipo plantea la hipótesis de que las serpientes tienen enzimas que convierten las sustancias mortales en formas no tóxicas, de forma muy parecida a como lo hacen los cuerpos humanos con el alcohol y la nicotina. El hígado de serpiente también puede contener proteínas que se adhieren a las toxinas y las incapacitan para unirse a sus objetivos, limpiándolas como esponjas.
Los científicos han descubierto proteínas de “esponja de toxinas” en la sangre de algunas ranas venenosas, lo que les permite resistir las saxitoxinas mortales y las toxinas alcaloides que obtienen de su dieta.
Las ardillas terrestres de California parecen utilizar un truco similar para defenderse del veneno de la serpiente de cascabel, un cóctel de docenas de toxinas que destruyen las paredes de los vasos sanguíneos, evitan que la sangre se coagule y más. La sangre de las ardillas terrestres contiene proteínas que bloquean algunas de estas toxinas, como las proteínas que las cascabeles usan para protegerse en caso de que el veneno escape de sus glándulas venenosas especializadas.
La composición del veneno difiere entre las poblaciones de serpientes, y el biólogo evolutivo Matthew Holding de la Universidad de Michigan tiene evidencia de que la mezcla de antiveneno de las ardillas terrestres está diseñada para coincidir con las serpientes locales.
Estas defensas no son a prueba de balas. Las serpientes de cascabel están constantemente desarrollando nuevo veneno para superar las defensas de las ardillas, dice Holding, e incluso una cascabel morirá si se le inyecta suficiente veneno.
Por eso los animales, incluso los resistentes, intentan, como primera medida defensiva, evitar las toxinas. De ahí el comportamiento de arrastre de las serpientes terrestres y la práctica de algunas tortugas de consumir sólo la piel del vientre y las entrañas de los tritones tóxicos, no la mortal piel del lomo.
Incluso los insectos como las orugas monarca, que son resistentes a los glucósidos cardíacos, cortan las venas de las plantas de algodoncillo para drenar el líquido tóxico antes de introducirse en la planta.
Cooptando toxinas
Muchos animales también encuentran formas de almacenar de forma segura las sustancias químicas tóxicas que consumen y utilizarlas para sus propios fines. El escarabajo adelfa iridiscente, por ejemplo, obtiene glucósidos cardíacos de sus plantas huésped y luego, probablemente a través de transportadores ABCB, los transporta a su espalda para defenderse.
“Cuando de alguna manera molestas a estos escarabajos, puedes ver pequeñas gotas que aparecen en sus élitros, su superficie dorsal”, dice Dobler.
A través de este tipo de absorción de veneno, algunos insectos se vuelven dependientes de sus plantas hospedantes para sobrevivir. La relación entre la mariposa monarca y la planta de algodoncillo es un excelente ejemplo, y también un excelente ejemplo del largo alcance que tales conexiones entrelazadas pueden tener.
En un estudio de 2021, el biólogo evolutivo y genetista Noah Whiteman de UC Berkeley y su colega identificaron cuatro animales que han evolucionado para tolerar los glucósidos cardíacos, lo que les permite alimentarse de las monarcas. Uno es el picogrueso de cabeza negra, un ave que se alimenta de las monarcas en los bosques de abetos de las cimas de las montañas de México, donde las mariposas vuelan hacia el sur para pasar el invierno.
Piénselo, dice Whiteman: una toxina que se reunió en una planta de algodoncillo en una pradera de Ontario ha ayudado a moldear la biología de un ave para que pueda cenar con seguridad en un bosque a miles de kilómetros de distancia.
“Es simplemente asombroso”, dice, “el viaje recorrido por esta pequeña molécula y la influencia que tiene en la evolución”.
Este artículo apareció originalmente en Knowable Magazine, una publicación sin fines de lucro dedicada a hacer que el conocimiento científico sea accesible para todos. Suscríbase al boletín de la revista Knowable.