Perché alcuni serpenti sono più velenosi di altri?

Come la velenosità dei serpenti si è evoluta in relazione alla loro ecologia trofica

Una delle caratteristiche che contraddistinguono i serpenti, oltre alla completa assenza degli arti, è certamente la loro velenosità. Da diversi anni, le sostanze contenute nel veleno suscitano grande interesse in campo biomedico, per lo sviluppo di farmaci innovativi e nuove terapie: sono soprattutto molecole proteiche ed enzimi con effetti neurotossici, emotossici o citotossici, che per i serpenti costituiscono un’arma in grado di paralizzare o uccidere le prede

Healy e colleghi, in un lavoro recentemente pubblicato su Ecology Letters, hanno preso in considerazione 102 specie di serpenti velenosi, appartenenti a sei famiglie (Elapidae, Viperidae, Natricidae, Colubridae, Dipsadidae e Lamprophiidae), e hanno collezionato un dataset di 538 misurazioni degli effetti del loro veleno su modelli sperimentali di prede (prede-modello), soprattutto mammiferi. La potenza del veleno è stata quantificata tramite la Dose Letale 50 (LD50), l’unità di misura impiegata in tossicologia che indica la quantità di sostanza capace di uccidere il 50% del campione al quale è stata somministrata una sola volta. I ricercatori hanno calcolato la distanza filogenetica tra le prede naturali dei serpenti e le prede-modello e hanno riscontrato che il veleno risulta più efficace (valori di LD50 minori) se somministrato a una specie filogeneticamente vicina alla preda naturale del serpente. Per quanto riguarda la quantità di veleno prodotto, lo studio ha rivelato che essa è correlata al tasso metabolico (e quindi alla massa corporea) del serpente, e inoltre ha confermato l’ipotesi secondo cui i serpenti che si nutrono di uova (oofagi), e dunque non necessitano di immobilizzare e uccidere la preda, producono scarse quantità di veleno.

Oltre alla tipologia di preda e al metabolismo, i ricercatori hanno ipotizzato che l’evoluzione del veleno nei serpenti potesse essere stata condizionata anche da fattori ambientali, e in particolare dalla struttura dell’habitat. La complessità dell’habitat, infatti, può influenzare l’interazione tra predatori e prede, dal momento che la probabilità di incontrare prede e la probabilità di fuga di queste ultime sono maggiori in ambienti multi-dimensionali. I serpenti vivono in habitat che possono essere bidimensionali (terrestri e fossori) o tridimensionali (acquatici o arborei) e dalle analisi effettuate sul campione risulta che le specie che occupano ambienti tridimensionali hanno una resa di veleno inferiore di circa la metà rispetto alle altre, contrariamente a quanto ci si poteva aspettare. Questo risultato potrebbe essere legato al fatto che in ambienti come quelli arborei i serpenti frequentemente trattengono la preda dopo averla morsa, anziché rilasciarla subito, ed effettuano una somministrazione accurata di piccole quantità di veleno; inoltre, dal momento che in un ambiente tridimensionale le opportunità di predazione sono maggiori, perdere una preda a causa di una dose troppo scarsa di veleno rappresenterebbe un costo trascurabile a fronte del costo energetico di produzione di maggiori quantità di veleno.

Da questo studio si può concludere che il veleno dei serpenti si è evoluto in maniera preda-specifica e sulla base del tasso metabolico del predatore e del suo habitat. Molteplici e differenti fattori, trofici, fisiologici e macroecologici hanno quindi influenzato un singolo tratto, la velenosità, e attraverso l’approccio comparativo gli scienziati hanno potuto delineare come essi ne abbiano guidato l’evoluzione. Tale approccio si potrebbe applicare anche allo studio del veleno in altre specie velenose, come ragni e meduse, e utilizzare come sistema modello per studiare più in generale l’evoluzione dei tratti predatori.


Riferimenti:
Healy, K., Carbone, C., & Jackson, A. L. (2019). Snake venom potency and yield are associated with prey‐evolution, predator metabolism and habitat structure. Ecology letters.

Immagine da Pixnio