Veneno

Anillo de avispa con una gota de veneno

Veneno o zootoxina es un tipo de toxina producida por un animal que se administra activamente a través de una herida por medio de una mordedura, picadura o acción similar. La toxina se administra a través de un aparato de veneno especialmente evolucionado, como colmillos o un aguijón, en un proceso llamado envenenamiento. El veneno a menudo se distingue del veneno, que es una toxina que se administra pasivamente al ser ingerido, inhalado o absorbido a través de la piel, y del toxungen, que se transfiere activamente a la superficie externa de otro animal a través de un mecanismo de administración física.

El veneno ha evolucionado en ambientes terrestres y marinos y en una gran variedad de animales: tanto depredadores como presas, vertebrados e invertebrados. Los venenos matan a través de la acción de al menos cuatro clases principales de toxinas, a saber, necrotoxinas y citotoxinas, que matan las células; neurotoxinas, que afectan los sistemas nerviosos; miotoxinas, que dañan los músculos; y hemotoxinas, que interrumpen la coagulación de la sangre. Los animales venenosos causan decenas de miles de muertes humanas al año.

Los venenos suelen ser mezclas complejas de toxinas de diferentes tipos. Las toxinas del veneno se usan para tratar una amplia gama de afecciones médicas, como la trombosis, la artritis y algunos tipos de cáncer. Los estudios en venómica están investigando el uso potencial de las toxinas del veneno para muchas otras condiciones.

Evolución

El uso de veneno en una amplia variedad de taxones es un ejemplo de evolución convergente. Es difícil concluir exactamente cómo este rasgo llegó a estar tan intensamente extendido y diversificado. Las familias multigénicas que codifican las toxinas de los animales venenosos se seleccionan activamente, creando toxinas más diversas con funciones específicas. Los venenos se adaptan a su entorno y víctimas y, en consecuencia, evolucionan para volverse máximamente eficientes en la presa particular de un depredador (en particular, los canales iónicos precisos dentro de la presa). En consecuencia, los venenos se especializan en la dieta estándar de un animal.

Mecanismos

Phospholipase A2, una enzima en el veneno de abeja, libera ácidos grasos, afectando la señalización de calcio.

Los venenos provocan sus efectos biológicos a través de las numerosas toxinas que contienen; algunos venenos son mezclas complejas de toxinas de diferentes tipos. Las principales clases de toxinas en los venenos incluyen:

• Necrotoxinas, que causan necrosis (es decir, muerte) en las células que encuentran. Los venenos de víboras y abejas contienen fosfolipas; los venenos víboras a menudo también contienen proteas de serina como la trippsia.
• Neurotoxinas, que afectan principalmente a los sistemas nerviosos de los animales, como las toxinas del canal de iones. Estos se encuentran en muchos taxones venenosos, incluyendo arañas de viuda negra, escorpiones, medusas de caja, caracoles de cono, centipedes y pulpos de cuerda azul.
• Miotoxinas, que dañan los músculos por unión a un receptor. Estos pequeños péptidos básicos se encuentran en serpientes (como serpientes de serpiente) y venenos lagartos.
• Citoxinas, que matan células individuales y se encuentran en la apitoxina de abejas de miel y el veneno de arañas viudas negras.

Rango taxonómico

El veneno está ampliamente distribuido taxonómicamente y se encuentra tanto en invertebrados como en vertebrados, en animales acuáticos y terrestres, y entre depredadores y presas. Los principales grupos de animales venenosos se describen a continuación.

Artrópodos

Los artrópodos venenosos incluyen arañas, que usan colmillos en sus quelíceros para inyectar veneno; y ciempiés, que usan fórcepes, patas modificadas, para administrar veneno; mientras que los escorpiones y los insectos que pican inyectan veneno con un aguijón. En abejas y avispas, la picadura es un dispositivo modificado para poner huevos: el ovopositor. En Polistes fuscatus, la hembra libera continuamente un veneno que contiene una feromona sexual que induce el comportamiento copulatorio en los machos. En avispas como Polistes exclamans, el veneno se utiliza como feromona de alarma, coordinando una respuesta con la del nido y atrayendo a las avispas cercanas para que ataquen al depredador. En algunas especies, como la Parischnogaster striatula, el veneno se aplica por todo el cuerpo como protección antimicrobiana.

Muchas orugas tienen glándulas venenosas defensivas asociadas con cerdas especializadas en el cuerpo llamadas vellos urticantes. Por lo general, estos son simplemente irritantes, pero los de la polilla Lonomia pueden ser fatales para los humanos.

Las abejas sintetizan y emplean un veneno ácido (apitoxina) para defender sus colmenas y reservas de alimentos, mientras que las avispas utilizan un veneno químicamente diferente para paralizar a sus presas, de modo que sus presas permanezcan vivas para abastecer las cámaras de alimentos de sus crías. El uso de veneno está mucho más extendido que solo estos ejemplos; muchos otros insectos, como las chinches y muchas hormigas, también producen veneno. La especie de hormiga Polyrhachis dives utiliza el veneno de forma tópica para la esterilización de patógenos.

Otros invertebrados

La medusa de la caja tamaño de uñas Malo Kingi tiene entre el veneno más peligroso de cualquier animal, causando el síndrome de Irukandji – dolor severo, vómitos y aumento rápido de la presión arterial.

Hay invertebrados venenosos en varios filos, incluidas medusas como la peligrosa medusa de caja, el buque de guerra portugués (un sifonóforo) y las anémonas de mar entre los Cnidaria, los erizos de mar entre los Echinodermata y los caracoles cono y cefalópodos. incluidos los pulpos, entre los moluscos.

Vertebrados

Pescado

El veneno se encuentra en unos 200 peces cartilaginosos, incluidas rayas, tiburones y quimeras; los bagres (alrededor de 1000 especies venenosas); y 11 clados de peces de rayos espinosos (Acanthomorpha), que contienen peces escorpión (más de 300 especies), peces piedra (más de 80 especies), percas rubias, blénidos, peces conejo, peces cirujano, algunos peces terciopelo, algunos peces sapo, cuclillas de coral, peces terciopelo rojo, excrementos, peces roca, peces escorpión de aguas profundas, peces avispa, tejedores y observadores de estrellas.

Anfibios

Algunas salamandras pueden sacar costillas afiladas con puntas de veneno. Dos especies de ranas en Brasil tienen pequeñas espinas alrededor de la coronilla de sus cráneos que, al impactar, envían veneno a sus objetivos.

Reptiles

El veneno de la broma de la pradera, Crotalus viridis (izquierda), incluye metalloproteinasas (ejemplo a la derecha) que ayudan a digerir la presa antes de comer.

Unas 450 especies de serpientes son venenosas. El veneno de serpiente es producido por las glándulas debajo del ojo (las glándulas mandibulares) y se entrega al objetivo a través de colmillos tubulares o canalizados. Los venenos de serpiente contienen una variedad de toxinas peptídicas, incluidas las proteasas, que hidrolizan los enlaces peptídicos de las proteínas; nucleasas, que hidrolizan los enlaces fosfodiéster del ADN; y neurotoxinas, que interrumpen la señalización en el sistema nervioso. El veneno de serpiente causa síntomas que incluyen dolor, hinchazón, necrosis tisular, presión arterial baja, convulsiones, hemorragia (que varía según la especie de serpiente), parálisis respiratoria, insuficiencia renal, coma y muerte. El veneno de serpiente puede haberse originado con la duplicación de genes que se habían expresado en las glándulas salivales de los antepasados.

El veneno se encuentra en algunos otros reptiles, como el lagarto de cuentas mexicano, el monstruo de gila y algunos lagartos monitores, incluido el dragón de Komodo. La espectrometría de masas mostró que la mezcla de proteínas presente en su veneno es tan compleja como la mezcla de proteínas que se encuentra en el veneno de serpiente. Algunas lagartijas poseen una glándula venenosa; forman un clado hipotético, Toxicofera, que contiene los subórdenes Serpentes e Iguania y las familias Varanidae, Anguidae y Helodermatidae.

Mamíferos

Euchambersia, un género extinto de terocéfalos, tenía glándulas venenosas adheridas a sus dientes caninos.

Algunas especies de mamíferos vivos son venenosas, incluidos los solenodontes, las musarañas, los murciélagos vampiros, los ornitorrincos machos y los loris perezosos. Las musarañas tienen saliva venenosa y lo más probable es que hayan desarrollado su rasgo de manera similar a las serpientes. La presencia de espolones tarsales similares a los del ornitorrinco en muchos grupos de Mammaliaformes no terianos sugiere que el veneno era una característica ancestral entre los mamíferos.

Una extensa investigación sobre los ornitorrincos muestra que su toxina se formó inicialmente a partir de la duplicación de genes, pero los datos proporcionan evidencia de que la evolución posterior del veneno de los ornitorrincos no depende tanto de la duplicación de genes como se pensaba. Las glándulas sudoríparas modificadas son las que se convirtieron en glándulas venenosas de ornitorrinco. Aunque está comprobado que el veneno de reptiles y ornitorrincos ha evolucionado de forma independiente, se cree que hay ciertas estructuras proteicas que se ven favorecidas para evolucionar hacia moléculas tóxicas. Esto proporciona más evidencia de por qué el veneno se ha convertido en un rasgo homoplástico y por qué animales muy diferentes han evolucionado de manera convergente.

Veneno y humanos

El envenenamiento resultó en 57 000 muertes humanas en 2013, frente a las 76 000 muertes en 1990. Los venenos, que se encuentran en más de 173 000 especies, tienen potencial para tratar una amplia gama de enfermedades, exploradas en más de 5000 artículos científicos.

En medicina, las proteínas del veneno de serpiente se utilizan para tratar afecciones como la trombosis, la artritis y algunos tipos de cáncer. El veneno del monstruo de Gila contiene exenatida, que se usa para tratar la diabetes tipo 2. Las solenopsinas extraídas del veneno de la hormiga de fuego han demostrado aplicaciones biomédicas, que van desde el tratamiento del cáncer hasta la psoriasis. Se ha establecido una rama de la ciencia, la venómica, para estudiar las proteínas asociadas con el veneno y cómo se pueden usar los componentes individuales del veneno con fines farmacéuticos.

Resistencia

La ardilla terrestre de California es resistente al poderoso veneno del Pacífico Norte.

Muchas especies de depredadores utilizan el veneno como arma trófica. La coevolución entre depredadores y presas es la fuerza motriz de la resistencia al veneno, que ha evolucionado varias veces en todo el reino animal. La coevolución entre depredadores venenosos y presas resistentes al veneno se ha descrito como una carrera armamentista química. Se espera que las parejas de depredadores y presas coevolucionen durante largos períodos de tiempo. A medida que el depredador se aprovecha de los individuos susceptibles, los individuos sobrevivientes se limitan a aquellos que pueden evadir la depredación. La resistencia generalmente aumenta con el tiempo a medida que el depredador se vuelve cada vez más incapaz de someter a la presa resistente. El costo de desarrollar resistencia al veneno es alto tanto para el depredador como para la presa. La recompensa por el costo de la resistencia fisiológica es una mayor posibilidad de supervivencia para la presa, pero permite que los depredadores se expandan hacia nichos tróficos infrautilizados.

La ardilla terrestre de California tiene diversos grados de resistencia al veneno de la serpiente de cascabel del Pacífico Norte. La resistencia implica la eliminación de toxinas y depende de la población. Donde las poblaciones de serpientes de cascabel son más densas, la resistencia de las ardillas es mayor. Las serpientes de cascabel han respondido localmente aumentando la eficacia de su veneno.

Las serpientes reyas de las Américas son constrictoras que se alimentan de muchas serpientes venenosas. Han desarrollado una resistencia que no varía con la edad o la exposición. Son inmunes al veneno de las serpientes de su entorno inmediato, como las cabezas de cobre, las bocas de algodón y las serpientes de cascabel norteamericanas, pero no al veneno de, por ejemplo, las cobras reales o las mambas negras.

Los ocellaris clownfish siempre viven entre los tentáculos venomosos de anémona marina y son resistentes al veneno.

Entre los animales marinos, las anguilas son resistentes a los venenos de serpientes marinas, que contienen mezclas complejas de neurotoxinas, miotoxinas y nefrotoxinas, que varían según la especie. Las anguilas son especialmente resistentes al veneno de las serpientes marinas que se especializan en alimentarse de ellas, lo que implica una coevolución; los peces que no son presa tienen poca resistencia al veneno de serpientes marinas.

Los peces payaso siempre viven entre los tentáculos de las anémonas marinas venenosas (una simbiosis obligatoria para los peces), y son resistentes a su veneno. Solo 10 especies conocidas de anémonas albergan peces payaso y solo ciertos pares de anémonas y peces payaso son compatibles. Todas las anémonas de mar producen venenos que se liberan mediante la descarga de nematocistos y secreciones mucosas. Las toxinas están compuestas de péptidos y proteínas. Se utilizan para adquirir presas y disuadir a los depredadores al causar dolor, pérdida de coordinación muscular y daño tisular. El pez payaso tiene una mucosidad protectora que actúa como un camuflaje químico o un mimetismo macromolecular que evita que el "no sea uno mismo" reconocimiento por la anémona de mar y descarga de nematocistos. El pez payaso puede aclimatar su moco para parecerse al de una especie específica de anémona de mar.