Il veleno permette a moltissime specie di serpenti di procurarsi il prossimo pasto. I veleni sono, di fatto, veri e propri cocktail proteici dalle caratteristiche citotossiche, emolitiche e neurotossiche, e sono il risultato di una selezione naturale guidata dalla tipologia di prede da abbattere. Ma non sempre gli adattamenti che coinvolgono questa formidabile arma sono a carattere offensivo.

All’interno dei serpenti elapidi, troviamo infatti i famosi cobra sputatori, sia africani che asiatici (genere Naja) e i rinkhals (genere Hemachatus), in grado di proiettare il proprio veleno fino a 2,5 metri di distanza, puntando agli occhi del malcapitato con letale precisione. Un meccanismo difensivo che provoca nell’aggressore un lancinante dolore agli occhi e al viso.

In un recente studio pubblicato sulla nota rivista Science, alcuni ricercatori hanno ricostruito la storia evolutiva di questo tratto che consente, a numerose specie di serpenti elapidi, di difendersi da una possibile minaccia. Gli scienziati hanno utilizzato un approccio multidisciplinare consistente di transcrittomica, proteomica, morfologia funzionale e comparazione filogenetica, per ricostruire la storia evolutiva del veleno di questi animali.

Il team ha stabilito che, sebbene il veleno nei cobra e nei suoi parenti si sia originato circa 26 milioni di anni fa, la capacità di proiettarlo sia una conquista più recente, comparsa per ben tre volte all’interno del clade in maniera indipendente: ci troviamo quindi di fronte a un caso di convergenza evolutiva dovuta a pressioni selettive comuni alle tre linee evolutive in cui si è verificato. Secondo lo studio, infatti, questo comportamento si sarebbe originato la prima volta circa 17 milioni di anni fa, quando il genere Hemachatus si separò dalla linea evolutiva dei veri cobra. La seconda volta nella linea dei cobra africani tra i 10,7 e i 6,7 milioni di anni fa, per poi ripetersi una terza volta nei cobra asiatici circa tra i 4,2 e i 2,5 milioni di anni fa.

Nei serpenti elapidi il veleno citotossico co-origina con un’altra struttura famosa di questi animali, ovvero il cappuccio (ovvero l’allargamento della regione cefalica). Cosi gli scienziati hanno ipotizzato che il tipico display aposematico, nel quale l’animale solleva la porzione anteriore del corpo ed estende il cappuccio nella direzione della minaccia, abbia cominciato ad arricchirsi di altre manifestazioni di pericolosità, come ad esempio, attacchi preventivi e occasionali rilasci di veleno. Mostrando una maggiore pericolosità, questi animali avrebbero ottenuto un vantaggio nella sopravvivenza, ponendo le basi per ben tre volte all’evoluzione indipendente dell’abilità di spruzzare il veleno, mantenendo il proprio aggressore a distanza.

Le modificazioni degli orifizi delle zanne e i cambiamenti comportamentali, che permettono tale tratto fenotipico, non sono le uniche che differenziano questi animali dagli altri serpenti non sputatori. Come dimostrato dagli scienziati il veleno dei serpenti sputatori non è più mortale di quello degli altri, ma risulta essere molto più doloroso, una volta raggiunti gli occhi della vittima.

Nei cobra, come in molti altri serpenti velenosi, la fosfolipasi A2 (PLA2) è la seconda tossina enzimatica multifunzione più abbondante. Una caratteristica tipica dei cobra e parenti è invece di avere un veleno ricco di citotossine 3FTX (CTX).

Gli scienziati hanno scoperto che queste due tossine lavorano in tandem: PLA2 aumenta l’attività emolitica di CTX, mentre viceversa, CTX aumenta l’effetto di PLA2 di attivazione sensoriale neuronale.  Inoltre, un evento di duplicazione riguardante i geni che esprimono PLA2, rende particolarmente abbondante questa tossina nel veleno dei cobra, infliggendo dolori immediati e lancinanti al bersaglio del getto velenoso.

CTX però è evolutivamente precedente alla comparsa del comportamento di proiezione del veleno. Significa che un tratto comparso con una funzione, successivamente ad altre novità evolutive fisiologiche e comportamentali, ne ha acquisita una nuova, cioè lavorare in concerto con PLA2. Un fenomeno, quindi, di exaptation.

Gli scienziati nella parte conclusiva della loro pubblicazione propongono un’interessante interpretazione della principale pressione selettiva che potrebbe spiegare questa convergenza evolutiva: gli esseri umani. Infatti, sebbene si concordi ampiamente che la proiezione di veleno sia a scopo difensivo, si dibatte sulla tipologia dell’aggressore che ne ha guidato l’evoluzione.

L’ipotesi, ad esempio, che i cobra si servano di questo comportamento per evitare di essere calpestati da animali come gli ungulati sembra in contrasto con il posizionamento degli occhi di questi ultimi, laterali e quindi non particolarmente vulnerabili ai getti di veleno. La nostra visione frontale invece risulta un bersaglio perfetto per i cobra e gli scienziati fanno notare come la separazione di Homo dagli altri primati in Africa, così come l’arrivo di Homo erectus in Asia, coincidano con i due episodi indipendenti di evoluzione della proiezione velenosa, da parte dei cobra africani nel primo caso e dei cobra asiatici nel secondo. Inoltre, sferrare un colpo da k.o. a distanza potrebbe essere stata la contromisura ad un predatore che si serve di utensili, come pietre e bastoni, per cacciare mantenendosi al sicuro.


Riferimenti:
D. Kazandjian, D. Petras, S. D. Robinson, J. van et al. Convergent evolution of pain-inducing defensive venom components in spitting cobras. Science 22 Jan 2021: Vol. 371, Issue 6527, pp. 386-390. DOI: 10.1126/science.abb9303

Immagine: Kamalnv, CC BY 3.0, via Wikimedia Commons

Simone Rebuffi

Mi sono laureato in Biologia Evoluzionistica all’Università degli Studi di Padova. Ho scritto per OggiScienza e sono attivo nel campo della divulgazione scientifica. Ho creato e dirigo il progetto di divulgazione scientifica multipiattaforma “Just a Story”