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Los organismos que ingieren especies con toxinas letales han desarrollado diversas tácticas ingeniosas para garantizar su supervivencia.
Un grupo de diez serpientes enfrentaba un desafío considerable.
Capturadas en la Amazonía colombiana, permanecieron varios días en cautiverio sin recibir alimento. Posteriormente, se les ofreció una presa particularmente desagradable: ranas venenosas de tres rayas (Ameerega trivittata).
La piel de estas ranas posee toxinas mortales, incluyendo histrionicotoxinas, pumiliotoxinas y decahidroquinolinas, que afectan proteínas celulares vitales.
Seis culebras pantaneras reales (Erythrolamprus reginae) optaron por no alimentarse. Cuatro, con determinación, se acercaron a la presa, pero antes de ingerir las ranas, las arrastraron por el suelo.
Este comportamiento recuerda al de ciertas aves que eliminan toxinas de sus presas del mismo modo, según la observación de la bióloga Valeria Ramírez Castañeda, de la Universidad de California en Berkeley, y su equipo, quienes llevaron a cabo este experimento.
Tres de esas cuatro serpientes sobrevivieron, lo que indica que sus organismos pudieron procesar las toxinas residuales.
Durante cientos de millones de años, los seres vivos han utilizado compuestos letales para defenderse y competir.
Los microbios fueron los primeros en emplear sustancias químicas para eliminar competidores o atacar células huésped invadidas; luego los animales las usaron para capturar presas o repeler depredadores, y las plantas para protegerse de herbívoros.
Numerosas especies desarrollaron mecanismos para resistir estas toxinas. En ocasiones, incluso las almacenan para emplearlas contra sus propios enemigos.
Investigadores están comenzando a descubrir estas complejas defensas antictoxinas y esperan que tales estudios conduzcan a mejores tratamientos para intoxicaciones en humanos.
Más allá de eso, hallan una fuerza que ha influido discretamente en la formación de las comunidades biológicas, señala la bióloga evolutiva Rebecca Tarvin, de la Universidad de California en Berkeley, supervisora del experimento con serpientes y autora del análisis publicado en 2023 en la revista Annual Review of Ecology, Evolution, and Systematics.
“Sólo unos miligramos de un compuesto específico pueden modificar completamente las interacciones en un ecosistema”, explica Tarvin.
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Guerra biológica
Las especies adquieren toxicidad por distintos métodos.
Algunas sintetizan sus propias toxinas.
Por ejemplo, los sapos bufónidos generan glucósidos cardíacos, compuestos que bloquean una proteína llamada bomba de sodio-potasio, responsable del paso de iones dentro y fuera de las células.
Este proceso es crucial para mantener el volumen celular, la contracción muscular y la señalización nerviosa.
Otros animales albergan bacterias productoras de toxinas en su organismo. Tal es el caso del pez globo, cuya carne posee tetrodotoxina, una sustancia letal si se ingiere.
Muchos más obtienen sus toxinas a través de la dieta. Por ejemplo, las ranas venenosas consumen insectos y ácaros tóxicos, como la especie usada para alimentar a las serpientes terrestres reales.
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A medida que ciertos animales se volvieron tóxicos, también adaptaron sus organismos para evitar el autoenvenenamiento, igual que quienes se alimentan de ellos o los consumen.
Las adaptaciones más conocidas implican modificaciones en proteínas que habitualmente son inhibidas por toxinas, para que estas se vuelvan resistentes.
Por ejemplo, insectos que consumen plantas de algodoncillo o asclepia con glucósidos cardíacos desarrollaron bombas de sodio-potasio resistentes a la unión con glucósidos.
No obstante, alterar una molécula esencial puede causar dificultades, indica la bióloga molecular Susanne Dobler, de la Universidad de Hamburgo.
En sus investigaciones con la chinche del algodoncillo, que se alimenta de semillas de esta planta, encontró que cuanto más resistente se vuelve la bomba de sodio-potasio a los glucósidos, menor es su eficacia.
Esto supone un reto particular en las neuronas, donde dicha bomba es especialmente crucial.
La chinche parece haber ideado una solución. En un estudio de 2023, Dobler y colaboradores analizaron tres variantes de esta bomba producidas por este insecto.
Descubrieron que la variante más activa, presente en el cerebro, también es la que muestra mayor sensibilidad a las toxinas. Por ello, la chinche del algodoncillo debe contar con otros mecanismos para proteger su cerebro de los glucósidos, según Dobler.
La investigadora sospecha que las proteínas conocidas como transportadores ABCB, ubicadas en membranas celulares y encargadas de eliminar residuos y productos no deseados, participan en esta protección.
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Dobler halló que ciertas polillas esfinge emplean proteínas transportadoras ABCB en tejidos nerviosos para expulsar glucósidos cardíacos de las células. Es posible que la chinche del algodoncillo use un mecanismo similar.
Además, investiga la teoría de que muchos insectos tienen transportadores ABCB en las membranas intestinales, bloqueando así la absorción de toxinas.
Esto podría explicar cómo el escarabajo de lirio rojo, que se alimenta del lirio de los valles, planta rica en glucósidos, no resulta afectado por las toxinas y simplemente las elimina con las heces, las cuales a su vez repelen hormigas depredadoras, según comunicó Dobler en un estudio de 2023.
En cambio, para las culebras terrestres reales, el órgano clave parece ser el hígado. En cultivos celulares, el equipo de Tarvin logró probar que un componente del extracto hepático de la serpiente protege contra las toxinas de las ranas venenosas de tres rayas.
Se plantea la hipótesis de que las serpientes producen enzimas que transforman las sustancias letales en compuestos inofensivos, al igual que el cuerpo humano metaboliza el alcohol y la nicotina.
El hígado serpentino también podría contener proteínas que se unen a toxinas, evitando que estas alcancen sus objetivos y actuando como una especie de esponja para captarlas.
De forma similar, se descubrieron proteínas en la sangre de algunas ranas venenosas que funcionan como «esponjas de toxinas», permitiéndoles resistir sustancias letales como saxitoxina y alcaloides.
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Las ardillas terrestres de California parecen emplear un método análogo para protegerse del veneno de la serpiente de cascabel, una mezcla compleja de múltiples toxinas que destruyen las paredes vasculares y evitan la coagulación sanguínea, entre otros efectos.
La sangre de estas ardillas contiene proteínas que neutralizan algunas toxinas, actuando similarmente a las proteínas que las propias serpientes utilizan para protegerse en caso de envenenamiento accidental de sus glándulas.
El perfil tóxico varía entre diferentes poblaciones de serpientes y el biólogo evolutivo Matthew Holding, de la Universidad de Michigan, ha encontrado evidencias que el sistema de defensa de las ardillas está adaptado específicamente a las serpientes locales.
No obstante, estas defensas no son infalibles. Las serpientes de cascabel continúan desarrollando nuevos venenos para superar las resistencias de las ardillas y, de hecho, una serpiente puede morir si recibe suficiente de su propio veneno, señala Holding.
Por este motivo, incluso los animales resistentes procuran, como primera línea de defensa, evitar el contacto con las toxinas. De ahí, por ejemplo, la conducta de arrastrar a las presas en serpientes terrestres y la selección cuidadosa de las zonas que consumen en salamandras venenosas por algunas tortugas, que eligen sólo la piel ventral y vísceras, evitando la piel dorsal, que es letal.
Incluso insectos como las orugas monarca, que toleran glucósidos cardíacos, cortan las venas de plantas de algodoncillo para drenar el fluido tóxico antes de alimentarse.
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Aprovechamiento de toxinas
Numerosos animales hallan formas de almacenar con seguridad sustancias químicas tóxicas que ingieren para emplearlas en su propia defensa.
Un ejemplo es el escarabajo dogbane iridiscente, que absorbe glucósidos cardíacos de sus plantas hospedadoras y, mediante lo que se presume son transportadores ABCB, los transporta hasta su espalda para protegerse.
“Al molestarlos, se pueden observar pequeñas gotas en sus élitros, la superficie dorsal”, describe Dobler.
Gracias a este aprovechamiento de toxinas, ciertos insectos dependen de sus plantas hospedadoras para su supervivencia.
La relación simbiótica entre la mariposa monarca y la planta de algodoncillo es un ejemplo prototípico que ilustra la profundidad de estas conexiones.
En un estudio del 2021, el biólogo evolutivo y genetista Noah Whiteman, de la Universidad de California en Berkeley, junto con un colega, identificaron cuatro especies que evolucionaron para resistir glucósidos cardíacos, permitiéndoles alimentarse de mariposas monarca.
Entre ellas se encuentra el picogrueso cabecinegro, un ave que se alimenta de mariposas monarca en los bosques de oyamel en las montañas mexicanas, destino invernal de estas mariposas.
Whiteman señala: “Piensa que una toxina producida por una planta de algodoncillo en una pradera de Ontario ha influido en la biología de un ave capaz de alimentarse sin riesgo miles de kilómetros más lejos”.
“Es increíble el recorrido de esta pequeña molécula y su impacto evolutivo”.
El artículo original en inglés y enlaces a los estudios científicos pueden consultarse en BBC Future Earth.
Este texto fue publicado inicialmente en Knowable y se reproduce aquí bajo licencia Creative Commons.