¿Una Carrera armamentista entre animales venenosos?


Anderson's Pitviper (Trimeresurus Andersoni), una serpiente altamente venenosa, fotografiada por el Dr. Kartik Sunagar en las Islas Andaman de India.En un nuevo estudio publicado en la revista 'PLOS Genetics', científicos de la Universidad Hebrea de Jerusalem han revelado nuevos descubrimientos sobre cómo evoluciona el veneno animal.

El veneno es una mezcla compleja de proteínas y otras sustancias químicas tóxicas producidas por animales como serpientes y arañas, ya sea para incapacitar a sus presas o para defenderse de los depredadores. La influencia de la selección positiva (el proceso por el cual una proteína cambia rápidamente a escala del tiempo evolutivo) en la expansión y diversificación de los venenos de animales es ampliamente reconocida.

Una hipótesis para explicar este proceso es el resultado de una 'carrera evolutiva de armamentos químicos', en donde los animales depredadores cada vez desarrollan venenos más fuertes y a su vez, las presas desarrollan mejor resistencia a esos venenos, ejerciendo una presión de selección recíproca.

En contraste con la selección positiva, el papel de la selección negativa (también conocida como selección depurativa, que es la eliminación selectiva de los cambios genéticos deletéreos de una población) rara vez ha sido considerado en la evolución del veneno.

Por otra parte, la investigación sobre el veneno ha descuidado en su mayoría a los grupos de animales más antiguos centrándose en vez  en las serpientes venenosas y los 'caracoles conus', que son los dos grupos de animales "jóvenes" que se originaron en las escalas más recientes del tiempo evolutivo, hace aproximadamente 50 millones de años. En consecuencia, se concluyó que la evolución del veneno se debe principalmente a la selección positiva.

En el nuevo estudio, el Dr. Yehu Moran del Departamento de Ecología, Evolución y Comportamiento de la Universidad Hebrea y el científico invitado Dr. Kartik Sunagar examinaron numerosos genes venenosos en diferentes animales con el fin de desentrañar las estrategias evolutivas únicas de las familias genéticas de aquellas toxinas.

Los investigadores analizaron y compararon los patrones evolutivos de más de 3.500 secuencias de toxina de 85 familias genéticas. Estas toxinas abarcaron el reino animal en todo su espectro, incluidos los grupos venenosos más antiguos como los ciempiés, escorpiones, arañas, Coleoideos (pulpos, sepias y calamares) y cnidarios (medusas, anémonas de mar e hidras).

Inesperadamente, a pesar de sus largas historias evolutivas, se encontró que los grupos de animales antiguos solo acumularon una baja variación en sus toxinas.

El análisis también reveló un sorprendente contraste entre la evolución del veneno en los grupos de animales antiguos, en comparación con los animales evolutivamente "jóvenes". También puso de relieve el importante papel desempeñado por la selección negativa o purificadora en la  de la configuración de los venenos.

"Nuestra investigación muestra que mientras que los venenos de linajes antiguos evolucionan más lentamente a través de la selección , los venenos de los linajes más recientes se diversifican rápidamente bajo la influencia de la selección positiva." comentó el Dr. Yehu Moran.

Los hallazgos permiten la postulación de una nueva teoría evolutiva sobre el veneno. Según esta teoría, los genes que producen toxinas venenosas en los grupos jóvenes que entran a un nicho ecológico nuevo, experimentan una fuerte influencia de la selección positiva que diversifica sus toxinas, aumentando así sus posibilidades de paralizar de manera eficiente a su presa y especies depredadoras de su nuevo entorno.

Sin embargo, en el caso de los antiguos grupos venenosos, donde el veneno esta ya "optimizado" y es altamente adecuados para su nicho ecológico, la tasa de variación del veneno que se va acumulando se ralentiza bajo la influencia de la selección negativa, que conserva las potentes toxinas generadas previamente.

La propuesta de "dos velocidades" sobre la evolución del veneno destaca la fascinante dinámica evolutiva de este complejo cóctel bioquímico, al mostrar por primera vez el importante papel desempeñado por las diferentes fuerzas de la selección natural en la conformación del venenos de los animales.

De acuerdo a los Doctores Moran y Sunagar, "El modo de 'dos velocidades' de la evolución de los venenos implica un período inicial de expansión, lo que resulta en la rápida diversificación del arsenal venenoso, seguido por períodos más largos de selección depurativa (selección negativa) que preservan la ahora potente toxina farmacopea. Sin embargo, las especies que han entrado en la etapa de la purificación y la fijación podrían volver a entrar al período de expansión si experimentan un cambio importante en la ecología y/o en su medio ambiente ".

La investigación fue apoyada por una beca de la Fundación de Ciencias de Israel concedida al Dr. Moran. El  Dr. Kartik Sunagar fue apoyado por la beca individual de Marie Sklodowska-Curie de la CE.