Un’evoluzione a due marce del veleno animale

Nelle prime fasi della loro evoluzione, le zootossine si modificano molto in fretta, incrementando la loro efficacia, per poi mantenersi conservate per un lungo periodo di tempo

Nel regno animale, sono molte le specie che si avvalgono della produzione di zootossine per la predazione e/o la difesa. Queste, si trovano nel sangue e negli organi interni, oppure in ghiandole specifiche, a concentrazioni che possono variare nel corso dell’anno o durante il ciclo vitale dell’animale. I veleni sono costituiti sia da molecole organiche che inorganiche (proteine, peptidi, sali, poliammine etc.) e possono essere assimilati da un organismo esterno, attraverso il sangue (p.es. forando la pelle e iniettandovi la sostanza potenzialmente letale) o per via orale/aerea (p.es. le tossine che si trovano sulla pelle degli anfibi).

In generale, è noto che i veleni si evolvono in seguito a selezione direzionale, che tende, nel corso del tempo, ad incrementare la loro efficacia (questo meccanismo viene anche detto di selezione positiva, perché mantiene uno specifico variante, facendo sì che la sua frequenza aumenti progressivamente nel tempo). Contemporaneamente, la selezione favorisce anche la nascita di nuove forme di resistenza al veleno, nelle specie predate o che entrano in contatto con un veleno specifico. Tuttavia, un aspetto poco considerato dalla comunità scientifica, riguarda l’azione sulle zootossine della selezione purificante (meccanismo anche detto di selezione negativa, perché rimuove varianti alleliche che risultano dannose, conservando così certe varianti, per lunghi periodi di tempo; questa si definisce negativa non per il suo effetto, che risulta benefico per le specie in questione, ma per la sua azione di eliminazione di possibili nuove varianti meno efficaci). Inoltre, sono molti gli studi che si sono focalizzati su taxa velenosi di origine recente (p.es. serpenti e molluschi del genere Conus, comparsi rispettivamente 54 milioni di anni e 33-50 milioni di anni fa), mentre sono stati scarsamente considerati i gruppi più antichi come ragni (apparsi 430 milioni di anni fa), cnidari (p.es. anemoni marini, coralli, meduse, apparsi 600 milioni di anni fa), cefalopodi coleoidei (p.es. polpi, seppie, calamari, apparsi 380-390 milioni di anni fa) e centopiedi (apparsi 420 milioni di anni fa). Fa eccezione l’ordine degli scorpioni (Ordine Scorpiones), apparso 430 milioni di anni fa, che risulta l’unico taxon antico largamente studiato in questo ambito.

Uno studio pubblicato su PLOS Genetics ha voluto approfondire proprio questi ultimi due aspetti, analizzando i pattern evolutivi di più di 3000 sequenze nucleotidiche di 85 famiglie di tossine di ragni, centopiedi e Toxicofera (il clade di rettili squamati comprendenti, tra gli altri, serpenti, varani, iguane, agame e camaleonti). Ciò che è emerso dai risultati è una forte conservazione delle sequenze geniche in ragni e centopiedi e, al contrario, una più rapida evoluzione delle tossine di Toxicofera. Da questi risultati gli autori hanno suggerito una nuova ipotesi sull’evoluzione del veleno riferendosi ai gruppi principali di ragni, centopiedi e il sottordine delle lucertole (clade Toxicofera), secondo la quale le zootossine seguirebbero due fasi evolutive differenti. In particolare, la selezione positiva si presenterebbe nei primi stadi di specializzazione ecologica, nella storia evolutiva dei taxa in questione, facendo sì che inizialmente, il veleno si perfezioni in fretta e seguirebbe poi, un successivo periodo di mantenimento delle tossine potenti e di eliminazione delle varianti meno efficaci, promosso dalla selezione purificante.

Tuttavia, le linee evolutive che si troverebbero in quest’ultima fase, potrebbero essere nuovamente oggetto della selezione positiva nel caso in cui si presenti un cambiamento ecologico significativo. Questo processo porta all’eliminazione dei veleni meno efficaci, lasciando quindi spazio negli ambienti naturali, agli individui che hanno elaborato veleni più tossici. In pratica, spiegano gli autori, quando una specie velenosa si trova in un nuovo ambiente, questa ha bisogno di “raffinare” le proprie armi tossiche, sulle quali inizialmente vi agisce la selezione positiva (le zootossine presentano un veloce tasso evolutivo). Questa sarebbe la fase in cui si troverebbero attualmente i serpenti e i molluschi del genere Conus. Una volta che queste specie hanno trovato un loro posto nell’ecosistema, avranno la necessità di mantenere e conservare i veleni più efficaci. Ecco quindi che su di essi agirà la selezione negativa (le zootossine presentano un lento tasso evolutivo). Questa nuova ipotesi avrà ora certamente bisogno di ulteriori supporti empirici e teorici.


Riferimenti:
Sunagar K. et Moran Y. (2015). The Rise and Fall of an Evolutionary Innovation: Contrasting Strategies of Venom Evolution in Ancient and Young Animals, PLOS Genetics DOI: 10.1371/journal.pgen.1005596

Credit image: By Kamalnv (Own work) [CC BY 3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/3.0)], via Wikimedia Commons