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¿Por qué el veneno es más común en peces y serpientes que en otros vertebrados?

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Al leer esta pregunta, me pregunté por qué asociamos el veneno de los vertebrados con tanta frecuencia con serpientes y peces, y más raramente con lagartos, anfibios, mamíferos y aves (aparentemente nunca, ¿en las aves?).

¿Son los venenos más ventajosos para las serpientes y los peces, o más caros o peligrosos de producir para los otros taxones? ¿O está conectado con la historia evolutiva? ¿Es el veneno de alguna manera más "evolutivo" para los linajes de serpientes y peces?

O, tal vez, ¿es solo casualidad?


Este escrito de Carl Zimmer básicamente cubre todo lo que podría haber dicho. Se vincula a una serie de recursos, en particular Casewell et. Alabama. 2013, que a simple vista parece absolutamente fascinante y muy bien hecho. Zimmer recapitula la figura 1, que lo resume todo, o para citar a Carl:

"Cada linaje de animales venenosos se volvió mortal por sí solo, independiente de todos los demás. Y, sin embargo, al final, sus venenos se hacen eco entre sí Estos resultados muestran que hay un número limitado de formas de matar rápidamente a su víctima. Independientemente de los genes que se tomen prestados para la evolución del veneno, terminarán siendo muy similares a otros venenos ".

Otro artículo de Zimmer señala específicamente una investigación que pretende mostrar que los genes del veneno de serpiente son mucho más antiguos que las serpientes, tal vez 200 millones de años. Eso se difunde pero no responde del todo a tu pregunta. Una revisión anterior trató de fusionar las cosas (lo mejor que pudo en el '92), dedicando tiempo a concentrarse en los insectívoros y a tratar con los mamíferos. La teoría es que, si bien el veneno es una ventaja excelente, requiere una inversión significativa y, a menudo, funciona con lentitud. En un mundo con dientes afilados capaces de desgarrar, es posible que el veneno no sea necesario. Los mamíferos, por ejemplo, podrían evolucionar a no use veneno, ya que puede no ser adecuado para sus altas demandas diarias de energía. El pdf vinculado anteriormente toca brevemente el concepto de "reclutamiento inverso", donde los genes del veneno pueden reutilizarse de manera útil para otros procesos biológicos.

Referencia:

Nicholas R. Casewell, Wolfgang Wüster, Freek J. Vonk, Robert A. Harrison, Bryan G. Fry. Cócteles complejos: la novedad evolutiva de los venenos. Trends in Ecology & Evolution Volumen 28, Número 4, abril de 2013, páginas 219-229


Respuesta anterior:

La producción de veneno es una adaptación "difícil" de lograr **. Entonces, es concebible que los organismos más simples tuvieran suficiente tiempo evolutivo para obtener las mutaciones adecuadas para que esto suceda, lo que explicaría por qué el veneno está casi ausente (solo sé que un ornitorrinco es venenoso) en mamíferos y aves, y aparentemente abundante en peces. , anfibios (como ranas dardo) o reptiles.

Además, según tengo entendido, debería haber una gran presión selectiva y es más probable que la mutación en organismos más simples produzca descendencia viable que en los más complejos, lo que puede ser un factor contribuyente.


**ACTUALIZAR:

Me ha llamado la atención que la respuesta que di no es exactamente correcta. Al investigar mamíferos venenosos surgieron muchos más (no solo el ornitorrinco - ornitorrinco macho para ser más precisos), como murciélagos vampiros, solenodontes, muchos tipos de musarañas (gracias @releseabe), topos e incluso primates (los loris lentos, siendo lo posible) candidato único)

No hay aves conocidas por ser venenosas, pero algunas (como el pitohui, la ifrita y el roufous) pueden ser tóxicas para comer.

Mi creencia inicial de que la toxicidad es difícil de lograr (esta no es mi área de especialización, y tal vez debería haberme abstenido de responder algo incompleto), no parece estar realmente respaldada por la literatura, donde muchos organismos diferentes parecen haberse desarrollado tóxicos. / adaptaciones venenosas.

Quizás debería notarse que muchos de estos animales han desarrollado glándulas venenosas a partir de glándulas salivales / glándulas sudoríferas y que se describen como presentando evolución convergente. Otra advertencia es también que la mayoría (¿todas?) De las aves venenosas tienen Batracotoxinas que provienen de su dieta (que se concentran en su piel y plumas), no algo que producen ellos mismos y no son tan potentes como las producidas por las ranas dardo. En este sentido, quizás sean menos tóxicos que otros animales, y la intensidad de este efecto puede estar relacionada con la coevolución de esos organismos y sus presas / depredadores.

También vale la pena mencionar que el loris lento, aunque se considera venenoso, tiene el veneno de su glándula que se asemeja a un alérgeno de la saliva de gato, y tal vez sería mejor descrito como un inductor de alergia, en lugar de un veneno, o tal vez los gatos podrían considerarse venenosos (mi opinión, apenas vale nada). Otra posibilidad es que las sustancias utilizadas para marcar el territorio sean las mismas y provocar alergia sea una consecuencia involuntaria (del artículo: "En lugar de poseer una glándula braquial como el loris, los gatos pequeños agregan directamente proteínas alergénicas salivales a los objetos inanimados (...) idea de que los sistemas de reconocimiento de especies comparten una estrecha relación con el reconocimiento inmunológico ").

Mis opiniones sobre los animales tóxicos y venenosos cambiaron mientras revisaba este tema y, como lo veo ahora, es una propiedad ubicua en muchas ramas diferentes del árbol de la vida.

Enlace de Wikipedia sobre mamíferos venenosos. no es muy bueno hacer referencia porque las personas pueden cambiarlo en algún momento y la información a la que me refiero ya no estará allí, pero está fuertemente revisada por pares, ver aquí

robado descaradamente de wikipedia sobre la caracterización del veneno del loris lento Hablando a la defensiva: un uso dual para el exudado de la glándula braquial de los loris lentos y pigmeos Lee R. Hagey, Bryan G. Fry y Helena Fitch-Snyder

pitohui: JP Dumbacher, BM Beehler, TF Spande, HM Garraffo, JW Daly. Homobatracotoxina del género Pitohui: ¿defensa química en aves?

Papel de loris lentos: Nekaris, K. Anne-Isola, Richard S. Moore, E. Johanna Rode y Bryan G. Fry. 2013. "Loco, malo y peligroso de saber: la bioquímica, la ecología y la evolución del veneno de Loris lento". Revista de animales venenosos y toxinas, incluidas las enfermedades tropicales 19 (1): 21. https://doi.org/10.1186/1678-9199-19-21.


Observo que tanto los peces como las serpientes carecen de extremidades y, de hecho, muchas criaturas venenosas y venenosas estarían casi indefensas sin el veneno / ser venenosas para comer o tocar. Hay casos de criaturas venenosas cuya única defensa es su coloración anunciando su naturaleza venenosa y el veneno en sí (y por supuesto son falsos anunciantes); estas criaturas dependen de que los depredadores elijan no comerlas, ni de ningún tipo de defensa activa.

Entonces sugiero que la falta de extremidades y / o ser lento y / o ser pequeño / frágil favorece la evolución de las toxinas como medio de autodefensa o para matar.


Veneno

Veneno es un tipo de veneno, especialmente uno secretado por un animal. [1] El veneno ha evolucionado en una amplia variedad de animales, tanto depredadores como presas, y tanto vertebrados como invertebrados.

Los venenos matan a través de la acción de al menos cuatro clases principales de toxinas, a saber, necrotoxinas y citotoxinas, que matan a las células, neurotoxinas, que afectan el sistema nervioso y miotoxinas, que dañan los músculos. Biológicamente, el veneno se distingue de otros venenos en que, a diferencia de los venenos ingeridos, el veneno se administra en forma de mordedura, picadura o acción similar. Los animales venenosos causan decenas de miles de muertes humanas al año. Sin embargo, las toxinas de muchos venenos tienen potencial para tratar una amplia gama de enfermedades.


El veneno de serpiente evolucionó para apuntar a la presa adecuada

Como el vino, algunos venenos de serpientes son más complejos que otros. Todo depende de la comida con la que se combine.

Una nueva investigación puede decirnos por qué. El estudio muestra que la diversidad evolutiva entre presas y ndash digamos, una combinación de ratones, tortugas y peces y ndash ha sido el impulsor clave de la complejidad del veneno en serpientes de cascabel, cabezas de cobre y otras víboras de hoyo de América del Norte.

Para llegar a esta conclusión, los investigadores agregaron datos sobre los genes y proteínas en muestras de veneno a un siglo y medio de estudios previos sobre lo que comían las serpientes. El equipo descubrió que una dieta que consistía en presas con la mayor distancia evolutiva entre ancestros comunes se asoció con el veneno de serpiente que contenía la más amplia gama de toxinas.

El veneno de serpiente incapacita a la presa al interrumpir una variedad de procesos fisiológicos, atacando el sistema nervioso, la capacidad de coagulación de la sangre, las membranas celulares y los músculos. Entonces, por ejemplo, una serpiente que se alimenta de mamíferos y anfibios necesitaría un veneno que pudiera actuar sobre las constituciones bastante diferentes que se encuentran en cada una de esas clases de animales.

& ldquoUn ratón es un ratón es un ratón para una serpiente de cascabel, mientras que un ratón y una rana y un lagarto son bastante diferentes y ndash debido a la forma en que se construyeron, su fisiología y la forma en que el veneno los ataca, & rdquo dijo H. Lisle Gibbs, profesor de evolución, ecología y biología de organismos en la Universidad Estatal de Ohio y coautor del estudio.

El hallazgo sugiere que la riqueza de especies y el número de especies diferentes en una comunidad ecológica no es la fuerza impulsora detrás de la complejidad de los rasgos de los depredadores. En cambio, la complejidad del veneno de serpiente ha evolucionado en respuesta a la divergencia, o cuán distantes están las especies de presas, para reflejar la divergencia de los objetivos fisiológicos del veneno y los rsquos.

& ldquoSi queremos explicar los orígenes y la continua evolución y diversificación de la vida, necesitamos modelos y reglas sobre qué escenarios llevan a la evolución a tomar una trayectoria frente a otra. ¿Se vuelve más simple o más complejo? ”, Dijo el primer autor Matthew Holding, un ex estudiante de posgrado en el laboratorio de Gibbs y que realizó este trabajo como investigador postdoctoral en la Universidad Estatal de Florida y la Universidad de Clemson.

"Hemos visto la evolución de venenos más simples y más complejos durante los últimos 12-18 millones de años, y ahora podemos decir por qué y qué lo impulsó".

Christopher Parkinson, profesor de ciencias biológicas en Clemson, es el autor principal del estudio.

La investigación se publica en línea hoy (19 de abril de 2021) en la revista procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias.

El estudio fue un trabajo de campo masivo y una empresa computacional, que involucró la captura de serpientes en sus hábitats naturales para recolectar su veneno y el análisis de grandes conjuntos de datos genéticos e información ecológica histórica para explorar las relaciones evolutivas entre la dieta y la complejidad del veneno.

"Lo que es poderoso acerca de este estudio es realmente poder vincular algunas dimensiones muy dispares de la biodiversidad", dijo el coautor del estudio Andrew Mason, un ex postdoctorado de Clemson que ahora es investigador postdoctoral en el laboratorio Gibbs en Ohio State. & ldquoLa gente tiene esta idea errónea sobre el veneno, que es solo este líquido lo que te duele. Pero se trata de decenas de proteínas diferentes, y cada especie podría tener una combinación o un conjunto diferente de ellas. Este documento define una regla fundamental para lo que gobierna la evolución de ese rasgo. & Rdquo

Los investigadores analizaron muestras biológicas de 169 serpientes venenosas de colmillos delanteros, un grupo que incluye serpientes de cascabel, bocas de algodón y cantiles, comparando la complejidad proteica del veneno en sí con los genes que se habían expresado en las glándulas del veneno. El análisis de los datos permitió a los científicos confirmar que lo visto a nivel genético reflejaba la complejidad del veneno en función de su contenido de proteínas, y también sirvió como base de un nuevo árbol de relaciones evolutivas para este grupo de serpientes.

Los datos sobre las dietas de las serpientes provienen de estudios publicados anteriormente realizados a lo largo de los años que examinaron el contenido del estómago para determinar qué comían estas serpientes. Los datos mostraron un promedio de alrededor de seis clases diferentes de presas y una divergencia promedio de especies de presas de sus ancestros compartidos de 365 millones de años.

Añadiendo datos de árboles evolutivos existentes para diferentes tipos de presas, los investigadores produjeron un árbol unido que representa las especies de presas y la divergencia rsquo para calcular la diversidad de la dieta.

"Dividimos toda esta información en capas y producimos correlaciones", dijo Holding, ahora investigador postdoctoral en la Universidad de Michigan. "Recopilamos los datos para encontrar un solo número que nos diga cuánta variedad hay en la dieta de una serpiente frente a otra, y esto mostró la relación positiva entre tener una dieta compleja y tener un veneno complejo".

Además de responder a una importante pregunta evolutiva, la investigación tiene implicaciones prácticas para los humanos. Cuanto más se sepa sobre el veneno, mejor posicionados estarán los científicos para desarrollar agentes anti-veneno para tratar a las personas mordidas por serpientes. Los datos genéticos detallados obtenidos de las serpientes también podrían abrir nuevas posibilidades para el uso de proteínas del veneno como base para analgésicos y anticoagulantes.

"Ese conocimiento por sí solo es realmente valioso desde una perspectiva de salud pública", dijo Gibbs. & ldquoMuchas de estas serpientes nunca se han caracterizado con esta cantidad de detalles. & rdquo

El equipo internacional de científicos de Estados Unidos, México y Brasil que lleva a cabo este trabajo es apoyado en parte por una subvención de la National Science Foundation Dimensions of Biodiversity.


Evolutivamente ágil

De los genes que experimentan el cambio evolutivo más fuerte, muchos están involucrados en la forma del cuerpo y el desarrollo de órganos, el metabolismo, la producción de veneno y el sentido del olfato.

Muchos de esos cambios se produjeron en las partes de los genes que codifican proteínas, más que en las secuencias reguladoras que activan y desactivan los genes. Esto va en contra de una teoría de larga data de que la mayoría de los cambios evolutivos ocurren al alterar no los genes en sí mismos, sino cuando se activan.

Pollock dice que los genomas de las serpientes pueden ser inusualmente propensos a cambiar porque contienen muchas secuencias repetidas que promueven la desalineación de los cromosomas y, por lo tanto, hacen que las duplicaciones de genes sean más comunes. Muchos de los genes que controlan la glándula del veneno de la cobra parecen haber surgido de duplicaciones de genes que de otro modo se usarían en otros órganos como el estómago, el bazo, los testículos y los ovarios, encontró el equipo.

Esta agilidad evolutiva también puede hacer que las serpientes sean más capaces de adaptarse a los desafíos futuros, dice Scott Edwards, biólogo evolutivo de Harvard. Sin embargo, agrega, las serpientes & # 8217 & # 8220 & # 8220fast & # 8221 cambios evolutivos todavía tardaron millones de años en acumularse. & # 8220No está claro si & # 8217 son lo suficientemente lábiles para resistir todos los desafíos de la pérdida de hábitat y el cambio climático & # 8221, dice. & # 8220Es & # 8217 una escala de tiempo diferente. & # 8221


Hechos de serpientes disimuladas

Todos sabemos que las serpientes son disimuladas, ¡pero no todos aprecian lo fascinantes que son realmente estos deslizadores resbaladizos y otros bichos espeluznantes venenosos! Esta semana, comenzamos una serie en la que respondemos algunas de las preguntas más comunes que la gente hace sobre las serpientes y otras criaturas venenosas. ¡Abróchate el cinturón para conocer algunos hechos extraños!

Hechos de la Serpiente Sneaky Volumen 1

La lengua larga y bifurcada de una culebra (Thamnophis sp.). Centro de Ciencias Da Vinci (DSC) CC2.

¿Por qué las serpientes sacan la lengua?

Es posible que haya notado que las serpientes sacan mucho la lengua, especialmente cuando están en movimiento. Esto se debe a que usan la lengua para "oler" el aire, lo que les ayuda a navegar. Esto se llama quimiorrecepción, que literalmente significa recibir (recepción) de productos químicos (quimio). Los productos químicos en el aire se adhieren a la lengua de la serpiente y rsquos cuando está asomando, y la serpiente puede identificar las partículas gracias a un órgano especial llamado órgano vomeronasal (o de Jacobson y rsquos).

El vomeronasal (u órgano de Jacobson & rsquos) permite a las serpientes detectar sustancias químicas en el aire, de manera similar a como olemos. Fred la ostra CC4.

El órgano vomeronasal se encuentra en el techo de la boca de una serpiente y rsquos, y hay dos pequeños orificios de entrada que lo conducen a él como fosas nasales, pero en el interior de la boca. Una vez que la serpiente ha agitado su lengua bifurcada lo suficiente para obtener una buena capa de productos químicos, vuelve a llevar la lengua a la boca y presiona las puntas de sus tenedores contra el órgano y clava una punta de tenedor en cada agujero. Esto envía una señal al cerebro de la serpiente y rsquos, indicándole qué es el & ldquosmell & rdquo. Y si la señal es más fuerte en una punta del tenedor de lengua que en la otra, le dice a la serpiente de qué dirección proviene ese olor. Así es como las serpientes pueden encontrar presas escondidas. Si quieres saber cómo silban las serpientes, ¡puedes averiguarlo aquí!

Serpientes, como esta pitón arborícola verde (Morelia viridis), son tan flexibles que puede parecer que no tienen huesos, ¡pero los tienen! David441491 CC2.

¿Las serpientes tienen huesos?

Como las serpientes son tan flexibles, puede resultar tentador pensar que las serpientes no tienen huesos. Sin embargo, las serpientes sí tienen huesos. De hecho, tienen cientos y ndash incluso más que los humanos.

Los animales pueden clasificarse como invertebrados (animales sin columna vertebral) o vertebrados (animales con columna vertebral). Los invertebrados incluyen animales como medusas, calamares, arañas e insectos. Sus cuerpos pueden ser muy blandos y blandos, como un gusano, o pueden tener un exoesqueleto (una capa exterior endurecida, como la de un cangrejo, escarabajo o escorpión).

Las serpientes pertenecen a los vertebrados, junto con todos los demás reptiles y anfibios, mamíferos, aves y peces. Todos estos animales tienen un esqueleto interno.

Los huesos dan estructura y fuerza a los cuerpos. Los músculos están unidos a los huesos y esto nos permite movernos mientras nuestros músculos se contraen. Las serpientes necesitan muchos huesos para que puedan ser fuertes y flexibles. Tienen un cráneo especial (¡más sobre esto más adelante!) Y tienen una columna vertebral muy larga, formada por cientos de vértebras (los huesos que forman nuestra columna vertebral). También tienen cientos de costillas, casi todo el camino por el cuerpo, para proteger sus órganos. Algunas serpientes capturan y matan a sus presas por constricción. Esto significa que contraen (aprietan) su cuerpo fuerte y musculoso alrededor del animal que han atrapado y lo aprietan hasta la muerte, con la ayuda de sus huesos. ¡Estas serpientes son súper fuertes! Otras serpientes capturan y matan a sus presas con veneno. Hablaremos todo sobre el veneno en un futuro blog, ¡así que estad atentos!

El esqueleto de esta víbora de Gabón (Bitis gabonica) se compone principalmente de cientos de vértebras y costillas. Stefan3345 CC4.

¿Cómo comen las serpientes cosas tan grandes?

Entonces, una vez que una serpiente ha atrapado a su presa, ¿cómo es que realmente se traga algo mucho más grande que su cabeza? Para responder a esta pregunta, primero veremos la estructura del cráneo de un vertebrado típico.

Un cráneo robusto de oso polar y rsquos ayuda a que su mordedura sea tan poderosa. WitmerLab en la Universidad de Ohio CC4.

La mayoría de los animales tienen cráneos que son similares en estructura a este cráneo de oso polar y rsquos (mostrado arriba). Estos cráneos se componen de dos partes principales: el cráneo (caso del cerebro) y el mandíbula (mandíbula inferior). También está el maxilar superior (mandíbula superior), pero en la mayoría de los animales se fusiona con la parte inferior del cráneo para formar una estructura grande y fuerte. El cráneo y los huesos mandibulares encajan en su lugar y se mantienen unidos por fuertes ligamentos. Tener solo dos partes principales en un cráneo asegura que sea muy fuerte y resistente. Esto es importante para todos los mordiscos y masticaciones que hacemos. Sin embargo, también restringe el movimiento, y esto significa que no podemos abrir la boca mucho. Consulte este sitio web interactivo para comparar los cráneos de muchos animales diferentes.

Las serpientes, sin embargo, tienen un cráneo único que está formado por muchos huesos separados. Tanto la mandíbula superior como la inferior se dividen en dos partes cada una (lado izquierdo y lado derecho), y el cráneo también está separado. Los huesos se mantienen unidos por ligamentos flexibles, pero no encajan en su lugar de la forma en que lo hacen la mayoría de los cráneos de otros animales y rsquo. Esto hace que el cráneo de serpiente y rsquos sea increíblemente flexible, y la mandíbula puede estirarse ampliamente en múltiples direcciones.

El cráneo de esta boa de árbol está hecho de muchos huesos no fusionados que se mantienen unidos por tejido y ligamentos. WitmerLab en la Universidad de Ohio CC4.

Las serpientes incluso pueden mover el lado izquierdo y derecho de la mandíbula de forma independiente. Al mover un lado de la mandíbula hacia adelante mientras el otro lado agarra la comida, pueden empujar lentamente la comida hacia la boca. ¡Así es como pueden tragar presas tan grandes enteras y ndash y sin usar las manos!

Una gran comida para esta pitón de roca africana. alex_griffiths CC2

Esta semana, hemos aprendido un poco sobre cómo las serpientes encuentran, atrapan y se tragan a sus presas. ¡La próxima vez, descubriremos qué les sucede a sus cuerpos una vez que se han tragado algo tan grande! También hablaremos de otra estrategia de depredación y veneno ndash.

Si tiene una pregunta candente que desea que respondamos en nuestro próximo blog, no dude en enviarnos un correo electrónico.

¡Gracias por leer y no olvides volver para ver más datos sobre serpientes furtivas y otra información sobre criaturas venenosas!


Por qué algunos animales tienen venenos tan letales que no pueden usarlos

Todos hemos escuchado historias sobre serpientes, medusas y escorpiones que pueden matar a los humanos. Pero, ¿por qué estos animales han desarrollado venenos tan tóxicos cuando son de tan poca utilidad?

Esta historia forma parte de la lista "Lo mejor de 2016" de BBC Earth, nuestros grandes éxitos del año. Examine la lista completa.

Mi ensueño mientras camino por el hermoso Parque Nacional Corcovado de Costa Rica se detiene repentinamente cuando el brazo del guía golpea mi pecho. "¡Parada!" grita, señalando algo que se agita en la arena. "Serpiente de mar".

Mientras observo a la serpiente marina de vientre amarillo, fuera de su elemento y aparentemente angustiada, una trivia de mi infancia surge en mi cerebro.

"Las serpientes marinas", me recuerda mi yo más joven, "son las serpientes más peligrosas de todas. Debes tener cuidado".

Este "hecho" es en realidad una exageración, pero es cierto que algunas serpientes marinas son increíblemente venenosas. También lo son ciertas serpientes terrestres: un solo bocado de un taipán del interior contiene suficiente veneno para matar 250.000 ratones, por ejemplo. Y no son solo las serpientes las que tienen este tipo de poder. Una gota de veneno de concha cónica jaspeada puede matar a 20 humanos. Una picadura de medusa de caja puede causar un paro cardíaco y la muerte en cuestión de minutos.

Esto plantea la pregunta: ¿por qué poseer un arma lo suficientemente poderosa como para matar a decenas si solo la vas a usar en una situación de uno a uno, y específicamente si no tienes la intención de cazar nada del tamaño de un humano?

Es una reminiscencia del mito comúnmente sostenido (y es un mito) sobre las patas largas de papá, a saber, que poseen el veneno más poderoso conocido por el hombre, pero lo desarrollaron para nada porque carecen de los medios para administrarlo. Los venenos más poderosos simplemente parecen no tener sentido evolutivo.

La razón por la que un animal posee armas tóxicas es bastante simple. El veneno es un medio para someter a sus presas sin arriesgar su propio cuello en la lucha. En segundo lugar, también es una estrategia defensiva útil.

Lo que es extraño, sin embargo, es el nivel de exceso venenoso que se encuentra en la naturaleza. ¿Por qué una serpiente tiene la capacidad de matar cientos de miles de ratones con cada mordisco? Esto es especialmente extraño si se tiene en cuenta lo caro que es el veneno de un arma.

Una sola mordedura de una serpiente taipán contiene suficiente veneno para matar 250.000 ratones

El veneno tiende a contener mezclas de toxinas basadas en proteínas, que a menudo actúan de forma sinérgica para causar estragos en los órganos internos. Un veneno hemotóxico de serpiente puede contener un componente que evita la coagulación de la sangre y otro que rompe las paredes de los vasos sanguíneos. Los resultados son predeciblemente desordenados.

La síntesis de proteínas requiere una inversión energética sustancial, pero esto no ha detenido la evolución de venenos que contienen miles de péptidos y proteínas, a un costo considerable para los animales en cuestión.

Y, hasta cierto punto, los animales venenosos son responsables de estos costes. Es difícil probar estas cosas directamente, pero parece que las serpientes ajustan la cantidad de veneno que inyectan según el tamaño de su presa, para no desperdiciarlo.

Además, un experimento realizado con víboras de pozo demostró un aumento del 11% en la actividad metabólica después de la extracción del veneno, lo que indica un vínculo entre el esfuerzo físico y la producción de veneno.

Aun así, la visión clásica de la selección natural vería eliminados esos rasgos costosos a menos que fueran absolutamente necesarios. De hecho, esto ha sucedido en algunas especies: la serpiente de mar jaspeada, que ha vuelto a comer huevos, en consecuencia perdió su capacidad de producir veneno.

El hecho es, sin embargo, que hay muchos animales con costosos cócteles de químicos en sus colmillos, púas y espinas que parecen ser mucho más potentes de lo necesario. ¿Por qué?

El veneno tiene que ser 100% eficiente y causar la muerte muy rápidamente.

Una visión tradicional sostiene que el aumento de la toxicidad es el resultado de la evolución que compensa las deficiencias en otras áreas.

Como cualquier habitante del desierto te dirá, cuando se trata de escorpiones, no debes tener cuidado con los grandes y de aspecto aterrador, sino con especies más pequeñas como el evocador nombre Deathstalker & ndash generalmente considerado el escorpión más peligroso del mundo. .

"Las medusas de caja son otro buen ejemplo", dice Yehu Moran, investigador de la Universidad Hebrea de Jerusalén, quien junto con su colega Kartik Sunagar ha realizado recientemente un análisis de cómo actúa la selección natural sobre las toxinas en linajes de animales venenosos.

"Son muy frágiles, y algo tan musculoso como un pez podría hacer que se rompan desde el interior cuando intentan comerlo. Por lo tanto, el veneno tiene que ser 100% eficiente y causar la muerte muy rápidamente".

Si un depredador es pequeño, débil o lento, es vital que su veneno sea capaz de incapacitarlo casi instantáneamente para evitar que la presa se escape o luche. En tales casos, es fácil ver hasta qué punto se puede seleccionar la alta toxicidad.

La economía también juega un papel. El taipán del interior habita el árido corazón de Australia, donde es crucial que el veneno provoque una muerte segura e inmediata. En el desierto, cada comida cuenta, por lo que la serpiente no puede permitirse dejar escapar una.

Aun así, poder matar 250.000 ratones con un solo mordisco parece un poco innecesario. Cuando se le preguntó sobre la cantidad de muertes de ratones que pueden resultar de una sola mordedura de taipán, Wolfgang Wuster y ndash, un experto en veneno de serpiente de la Universidad de Bangor, Reino Unido, tiene una respuesta simple.

La mayoría de los animales venenosos se dirigen a una gama específica y estrecha de especies de presas, y son estas especies las que dan forma a la evolución de su veneno.

"Es porque no comen ratones de laboratorio", dice. "Observar la letalidad del veneno para esos ratones es completamente irrelevante para lo que hace la serpiente en la naturaleza".

Si bien la prueba LD50 (dosis letal 50% y la cantidad requerida para matar a la mitad de un grupo de prueba) con ratones es el medio principal para evaluar la toxicidad del veneno, tiene fallas.

"El modelo de ratón permite adquirir datos estándar", dice Robert Harrison, director de la Unidad de Investigación de Venenos Alistair Reid en la Escuela de Medicina Tropical de Liverpool, Reino Unido. "Pero los mamíferos no siempre son la dieta de preferencia, por lo que la toxicidad en los mamíferos es simplemente una métrica estandarizada que probablemente no tiene relación con la toxicidad para un anfibio, un artrópodo o un pájaro".

La mayoría de los animales venenosos se dirigen a una gama específica y estrecha de especies de presas, y son estas especies las que dan forma a la evolución de su veneno.

El resultado es una carrera armamentista coevolutiva. La especie de presa desarrolla resistencia al veneno, solo para luego enfrentarse a un veneno más potente más adelante.

Pondría bastante dinero en que haya una madre dura de rata en Australia que pueda sobrevivir al veneno de taipán.

Maravillarse de cuántos ratones podrían morir por una sola mordedura de serpiente tiene tanto sentido como sorprenderse de que un guepardo pueda superar fácilmente a una tortuga. El guepardo simplemente no evolucionó para cazar tortugas y, en consecuencia, la tortuga no evolucionó para escapar de los guepardos.

"No existe la toxicidad absoluta", dice Wuster. "Si quieres saber qué tan tóxico es algo, lo primero que te voy a preguntar es: '¿qué quieres matar?'"

Por supuesto, no en vano se prueban los venenos en ratones. "El ensayo se diseñó principalmente para establecer la toxicidad en mamíferos y ndash, es decir, para nosotros y ndash, con el fin de informar el diseño del antiveneno", explica Harrison.

Pero no todos los mamíferos son tan susceptibles al veneno. Las mangostas, las ardillas terrestres e incluso los erizos son capaces de sobrevivir a las mordeduras de ciertas serpientes que podrían matar fácilmente a los humanos.

"Hay una especie de ratón en Israel que pesa 20 gy puede sobrevivir a una mordedura de una víbora con escamas de sierra que nos haría sangrar a usted oa mí por todos los orificios y en cuidados intensivos", continúa Wuster. "Yo apostaría bastante dinero por que haya una madre dura de rata en Australia que pueda sobrevivir al veneno de taipán".

Si quieres saber qué tan tóxico es algo, lo primero que te voy a preguntar es: '¿qué quieres matar?'

Este superratón probablemente ha desarrollado su resistencia a la mordedura de víbora porque es un componente clave de la dieta de la serpiente. Paradójicamente, algunos animales son particularmente vulnerables a las toxinas precisamente porque son atacados específicamente por animales venenosos.

Las víboras de escamas de sierra que se alimentan principalmente de escorpiones, por ejemplo, poseen venenos especiales con una mayor toxicidad para los escorpiones. Se ha observado un fenómeno similar en las serpientes coralinas, que poseen venenos específicos que son más tóxicos para sus especies de presas preferidas, ya sean peces, roedores u otras serpientes.

En estos casos, es probable que las especies de presa en cuestión no estén bajo presión para desarrollar formas de sobrevivir al veneno, porque en su hábitat las serpientes venenosas son relativamente poco comunes. Si se enfrentan a ataques de una variedad de depredadores, de los cuales las serpientes solo constituyen una pequeña proporción, habrá menos presión sobre ellos para desarrollar tales defensas específicas de depredadores y ndash potencialmente a un alto costo energético.

Ninguna especie venenosa ha evolucionado específicamente para cazar humanos.

La producción de múltiples toxinas también se relaciona con la evolución del veneno, al menos, para empezar. Cuantos más componentes diferentes se incorporen al veneno, es menos probable que una especie de presa adquiera inmunidad a cada uno. Por tanto, la selección natural podría favorecer los venenos complejos.

En su artículo reciente, Sunager y Moran encontraron que este es, de hecho, el caso en grupos de animales, como las serpientes y los caracoles cono, que se han vuelto venenosos relativamente recientemente en el pasado evolutivo.

Sin embargo, algunos animales venenosos, como medusas, arañas y ciempiés, con una historia mucho más antigua de ser venenosos, producen menos tipos diferentes de toxinas. Parece que han pasado por una segunda etapa de evolución, donde la selección negativa o "purificadora" elimina la mayoría de los elementos de la toxina venenosa y se enfoca en preservar un pequeño puñado de toxinas altamente potentes.

Afortunadamente, ninguna especie venenosa ha evolucionado específicamente para cazar humanos y, sin embargo, hay miles de casos documentados de muertes humanas luego de desafortunados encuentros con serpientes, medusas, escorpiones y otras criaturas venenosas.

Hay una especie de ratón en Israel que pesa 20 gy puede sobrevivir a la mordedura de una víbora con escamas de sierra

"Los primates simplemente no parecen ser propensos a desarrollar resistencia al veneno", explica Wuster. Por lo tanto, es probable que algo que ha desarrollado un potente veneno para derribar objetivos altamente resistentes posea una potencia de fuego más que suficiente para matar a un humano.

La mala suerte también entra en juego. A bite from a Sydney funnel-web spider is extremely dangerous for humans, whereas rodents are relatively unaffected by their venom. Since these spiders evolved to eat neither rodents nor humans, this can be seen as nothing more than an unfortunate alignment of the spider's neurotoxin with a receptor on some of our cells.

It is of course important to study how venoms affect human physiology. Such studies have allowed us to develop antivenoms, as well as other drugs such as the blood pressure medication captopril, which is based on pit viper toxins.

To really understand them, however, we need to expand our horizons beyond humans and investigate how venoms are used in nature.

What should be clear is that toxins, like a lot of useful traits in the animal kingdom, come with a price.

Its small jaws and insufficient fangs mean it rarely bites anything much larger than a fish

Snakes, jellyfish and cone snails did not evolve powerfully potent venoms just for the sake of it. Their venoms are specialised, and capable of doing exactly the job they are meant for &ndash even if that job is not immediately obvious to us.

Back in Costa Rica, our guide manoeuvres the sea snake back into the water, gripped between two sticks, so as to prevent any less wary passers-by treading on it. I am satisfied that I have just avoided a grisly death as we continue with our walk.

Later I find out that I need not have worried. It turns out that our sea snake does not rank high on the list of venomous animals. What's more, even though its venom is certainly powerful enough to kill a human, its small jaws and insufficient fangs mean it rarely bites anything much larger than a fish.

And that is just fine as far as the sea snake is concerned. Fish are a natural part of its diet, and humans are not.


Snakes (General)

They might change physically, growing shorter, wider, longer, fatter, or their coloration might change to blend in with its surroundings.

Also, they have adapted their behavior patterns so they may be only active for only parts of the year, hiding in burrows during the hottest seasons or becoming active for a few short hours in the middle of the night. During the winter, these same species may become active only during the day to avoid cold night temperatures.

For example, one lung is father down the body than the other, and in most snakes, only one lung functions, Likewise, the kidneys are placed one ahead of the other, as are the testes in a male and ovaries in a female.

The liver in snakes is greatly elongated in comparison to birds, mammals or reptiles of similar size.

The digestive track of a snake is like those of other vertebrates in having an esophagus, stomach, and small and large intestines that lead to the cloaca, which is where both the feces and urine come out, as well as the reproductive organ.


Snake venom evolved to target just the right prey

Like wine, some snake venom is more complex than others. It all depends on the meal it is paired with.

New research can tell us why. The study shows that evolutionary diversity among prey – say, a combination of mice, turtles and fish – has been the key driver of venom complexity in rattlesnakes, copperheads and other North American pit vipers.

To arrive at this conclusion, researchers added data on the genes and proteins in venom samples to a century’s worth of previous studies of what snakes ate. The team found that a diet consisting of prey with the greatest evolutionary distance between common ancestors was associated with snake venom that contained the widest range of toxins.

Snake venom incapacitates prey by disrupting a variety of physiological processes, attacking the nervous system, blood-clotting capabilities, cell membranes and muscles. So, for example, a snake that eats mammals and amphibians would need venom that could act on the quite different constitutions found in each of those classes of animals.

“A mouse is a mouse is a mouse to a rattlesnake, whereas a mouse and a frog and a lizard are quite different – because of the way that they’re built, their physiology, and the way venom attacks them,” said H. Lisle Gibbs, professor of evolution, ecology and organismal biology at The Ohio State University and a co-author of the study.

The finding suggests that species richness – the number of different species in an ecological community – is not the driving force behind predator trait complexity. Instead, snake venom complexity has evolved in response to the divergence, or how distantly related prey species are, to mirror the divergence of the venom’s physiological targets.

“If we’re going to explain the origins and continued evolution and diversification of life, we need models and rules for what scenarios lead evolution to take one trajectory versus another. Do you become more simple or do you become more complex?” said first author Matthew Holding, a former graduate student in Gibbs’ lab who conducted this work as a postdoctoral researcher at Florida State University and Clemson University.

“We’ve seen the evolution of both more simple and more complex venoms over the past 12-18 million years, and we can now say why, and what drove it.”

Christopher Parkinson, professor of biological sciences at Clemson, is the senior author of the study.

The research is published online today (April 19, 2021) in the journal procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias.

The study was a massive field-work and computational undertaking, involving capturing snakes in their natural habitats to collect their venom and the analysis of large sets of genetic data and historic ecological information to explore the evolutionary relationships between diet and venom complexity.

“What’s powerful about this study is really being able to link some very disparate dimensions of biodiversity together,” said study co-author Andrew Mason, a former Clemson postdoc who is now a postdoctoral researcher in Gibbs’ lab at Ohio State. “People have this misconception about venom, that it’s just this liquid that hurts you. But it’s tens of different proteins, and every species could have a different combination or set of them. This paper defines a fundamental rule for what governs the evolution of that trait.”

Researchers analyzed biological samples from 169 front-fanged venomous snakes, a group that includes rattlesnakes, cottonmouths and cantils, comparing the protein complexity of the venom itself to the genes that had been expressed in the venom glands. The data analysis allowed the scientists to confirm that what was seen at the genetic level reflected the complexity of venom based on its protein content, and also served as the basis of a new tree of evolutionary relationships for this group of snakes.

The data on snake diets came from previously published studies conducted over the years that examined stomach contents to determine what these snakes ate. The data showed an average of about six different classes of prey and an average divergence of prey species from their shared ancestors of 365 million years.

Adding data from existing evolutionary trees for different types of prey, the researchers produced a united tree representing prey species’ divergence to calculate diet diversity.

“We layered all of this information and produced correlations,” said Holding, now a postdoctoral research fellow at the University of Michigan. “We crunched the data together to find a single number that tells us how much variety there is in the diet of one snake versus another, and this showed the positive relationship between having a complex diet and having complex venom.”

In addition to answering an important evolutionary question, the research has practical implications for humans. The more that is known about venom, the better positioned scientists are to develop anti-venom agents to treat people bitten by snakes. The detailed genetic data gleaned from the snakes could also open up new possibilities for the use of venom proteins as the basis for clot-busting and pain medications.

“That knowledge alone is really valuable from a public health perspective,” Gibbs said. “Many of these snakes have never been characterized in this amount of detail.”

The international team of scientists from the United States, Mexico and Brazil conducting this work is supported in part by a National Science Foundation Dimensions of Biodiversity grant.


The Animals That Venom Can’t Touch

In 1976, a student at the Texas A&M University-Kingsville was tasked with feeding the snakes in what is now the university’s National Natural Toxins Research Center. Thinking it didn’t make much difference what kind of rodent the serpents ate, the student offered one of the Center’s western diamondback rattlesnakes a plump, fuzzy woodrat. The snake attacked by sinking its fangs into the rat’s fur—a maneuver that’s usually followed by near-instant hemorrhaging, clotting in the liver, and cardiac arrest.

But instead of keeling over, the rodent stared back at the God of Death and whispered:

Now, the woodrat is no honey badger, the snake-defying creature crowned by the internet as the namesake of casual badassery. Woodrats weigh less than a pound, have neither large claws nor crazy fangs, and certainly don’t look capable of tangoing with a full-grown rattlesnake. And yet, when the scientists repeated the trial, they found that the woodrats not only held their own against the rattlers, the rodents sometimes scratched and bit the snakes. a muerte. Woodrats, as it turns out, are immune to rattlesnake venom. 

Makes sense, right? If you’re a cute little ball of fur that lives in rattlesnake country, then it’d sure be swell to be able to take a bite or two and still make it to hot yoga on time. For woodrats, venom immunity is like having a can of Fix-A-Flat in the car: You hope you never need it, but it’s handy in a pinch.

In our reverence for the venomous, are we overlooking an equally admirable group of animals? (All Canada Photos / Alamy)

The scorpion’s sting. The rattlesnake’s bite. The jellyfish’s slimy embrace. We humans spend a lot of time standing in awe and fear of the world’s most venomous creatures. Which makes sense: Any animal that can kill with little more than a prick of the skin is worthy of our respect. But there is a whole other class of creatures that does not cower before the venomous villains of the wild. These are the venom-immune. And they don’t give a cuss.

In fact, numerous critters have shown a honey-badger-like moxie when it comes to weathering the effects of chemical weapons. In the mammalian realm, hedgehogs, skunks, ground squirrels, and pigs have shown resistance to venom. Some scientists even believe the lowly opossum, which wields a venom-neutralizing peptide in its blood, may hold the key to developing a universal antivenom. Egyptian mongooses may be even more venom-indifferent than opossums, but alas, their protections don’t seem to be transferable. (Instead of antivenin blood, mongooses possess mutations on their very cells that block snake neurotoxins like a wad of gum in a keyhole.)

In this venom-fighting menagerie, woodrats are an exception of sorts. “Venom resistance is expensive and only works on certain predators, while other adaptations might be cheaper,” explains Christie Wilcox, author of the new book Venomous: How Earth’s Deadliest Creatures Mastered Biochemistry. In fact, venom resistance is far more common in those who eat venomous animals than those who venomous animals regularly feed upon.

For instance, grasshopper mice can shrug off the paralyzing effects of bark scorpions, upon which they feast. Same goes for the fan-fingered geckoes of the Middle East and the yellow scorpions they hunt. And Texas horned lizards are� times more resistant to harvester ants than mice, a general indicator of toxicity.

Why would venom resistance evolve in predators more often than prey? Well, think of it this way: if you’re a predator, the number of dishes you can partake in at the buffet gets a lot larger if you can eat the spicy dishes everyone else is afraid of. You just have to figure out a way to neutralize the venomous animal’s hot sauce. Not only might this mean the difference between satiation and starvation, but it could be the difference between reproducing once versus four times over the course of the animal’s life.

“Those are big fitness consequences,” says Danielle Drabeck, an evolutionary biologist at the University of Minnesota and lead author of a Toxicon paper in 2015 that investigated the origins of honey badger immunity.

Plus, when you get right down to it, venomous creatures are pretty wimpy. “Snakes are limbless, small-boned, little bags of meat,” says Drabeck. “Even venomous snakes only have one pointy-end.” The same goes for cone snails, wasps, jellyfish, ants—take away their magical weapons and they’re almost pitiful. (OK, scorpions could still pinch, but that makes them about as formidable as a hermit crab.)  

A leatherback sea turtle photographed in the open ocean off of Florida. (Michael Patrick O'Neill / Alamy )

Besides mammals and lizards, there are plenty of snakes that are immune to snake venom. In some cases, it may be that immunity prevents the serpents from inadvertently committing suicide when they miss a mouse and hit themselves instead. (You know what it’s like to bite your cheek while you’re eating? Now imagine you’re venomous.) But in other cases, immunity points towards ophiophagy, or snake-eating.

“Venomous snakes exist in ecosystems as both predators and prey,” says Drabeck, “and in truth we understand relatively little about how their role as prey has shaped their evolution.” In fact, it’s entirely possible that snake venom first evolved as a defense mechanism: “Are the predatory uses of venoms more of a bonus side effect than their most important evolutionary purpose?” asks Wilcox, who is also a biologist studying jellyfish venoms at the University of Hawaii’s Pacific Cnidaria Research Laboratory.

“These are the kinds of questions that keep venom scientists up at night.”

By the way, you don’t need to have a fancy molecular mechanism to defeat venomous creatures. Some creatures just evolved really, really thick skin. (The honey badger has both: molecular defenses against cobra venom's neurotoxins, and loose, thick skin to help it avoid getting struck in the first place.)

Just look at leatherback sea turtle, says Wilcox. These oceanic behemoths make a living slurping up super-venomous jellyfish, stinging tentacles and all, like it ain’t no thing. As far we know, leatherbacks are not immune to the jellyfish’s sting. It’s just that they never get stung. From their shells and scaly skin to an esophagus that looks like the business end of a Sarlacc, the turtles have evolved countermeasures that prevent jellyfish from delivering their microscopic venom harpoons.

 Of course, all of the turtle’s defenses might be rendered moot if it ate a poisonous animal as opposed to a venomous one. But that’s a whole other story. 


Snake Venom and Medicine

In addition to the development of anti-venom, the study of snake venoms and their biological actions has become increasingly important for the discovery of new ways to fight human diseases. Some of these diseases include stroke, Alzheimer's disease, cancer, and heart disorders. Since snake toxins target specific cells, researchers are investigating the methods by which these toxins work to develop drugs that are able to target specific cells. Analyzing snake venom components has aided in the development of more powerful pain killers as well as more effective blood thinners.

Researchers have used the anti-clotting properties of hemotoxins to develop drugs for the treatment of high blood pressure, blood disorders, and heart attack. Neurotoxins have been used in the development of drugs for the treatment of brain diseases and stroke.

The first venom-based drug to be developed and approved by the FDA was captopril, derived from the Brazilian viper and used for the treatment of high blood pressure. Other drugs derived from venom include eptifibatide (rattlesnake) and tirofiban (African saw-scaled viper) for the treatment of heart attack and chest pain.


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