SIBE, Società Italiana di Biologia Evoluzionistica - ISEB, Italian Society for Evolutionary Biology
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L’evoluzione dei veleni

Ragni, meduse, scorpioni e serpenti, certo. Ma anche lumache marine, toporagni, ornitorinchi e scorfani. Cos’hanno in comune questi organismi, appartenenti alle linee evolutive più disparate? La risposta non è affatto ovvia: sono tutti animali velenosi.
 

I veleni hanno un grande interesse evolutivo: i peptidi e le proteine del veleno sono, infatti, codificati nel genoma degli organismi velenosi, mentre i loro bersagli molecolari sono in un altro organismo. È possibile quindi ricostruire in maniera molto diretta il link genotipo-fenotipo-adattamento, e investigare i meccanismi molecolari alla base dell’evoluzione del veleno e la loro interazione con fattori di tipo ecologico e adattativo.

In natura il veleno può avere varie funzioni, ma quella primaria è rendere la preda incapace di nuocere. Questo effetto può essere indotto da neurotossine, come nel caso dei ragni mangiatori di formiche (Zodariidae) che consumano prede fino a 30 volte più pesanti di loro (Pekar, 2014), oppure da proteine anticoagulanti, come nel varano di Komodo la cui saliva induce una potente emorragia che provoca la perdita di coscienza della preda (Fry, 2009).

Alcune lumache marine del genere Conus possono indurre addirittura uno shock ipoglicemico nei pesci a distanza, emettendo nell’acqua un’insulina la cui sequenza è molto simile a quella dei pesci (Safavi-Hemami 2016).

Spesso i veleni sono miscele complesse, forse perché modellate da una intensa interazione coevolutiva fra preda e predatore.

Sebbene la composizione dei veleni sia estremamente variabile, esistono tracce evidenti di evoluzione convergente a diversi livelli. Infatti, le tossine di veleni diversi derivano spesso dalle stesse proteine ancestrali non tossiche (ad esempio le defensine), che sono state indipendentemente reclutate nel veleno di organismi filogeneticamente distanti, (Fry et al, 2009).

 


A livello funzionale, diversi organismi hanno evoluto in modo indipendente tossine con uno stesso target molecolare: ad esempio i recettori presinaptici del sodio sono il bersaglio sia delle tossine degli anemoni di mare che delle atracotossine dei ragni e delle calliotossine dei serpenti (Suranse et al., 2018).

L’origine e la traiettoria evolutiva dei veleni sono oggetto di un intenso dibattito. Un’ipotesi affascinante sostiene che durante gli eventi di speciazione il veleno vada incontro ad una fase iniziale di diversificazione particolarmente rapida, funzionale all’adattamento ad una nuova nicchia ecologica, seguito da un periodo più lungo di selezione purificante che ottimizza l’affinità di legame con la preda. Sembrerebbe quindi che queste due antitetiche pressioni selettive, quella purificante e quella divergente, giochino entrambe un ruolo fondamentale nel modellare la composizione biochimica del veleno (Sunagar & Moran, 2015).

LETTERATURA CITATA: Pekár S, Šedo O, Líznarová E, Korenko S, Zdráhal Z. 2014. David and Goliath: potent venom of an ant-eating spider (Araneae) enables capture of a giant prey. Naturwissenschaften 101:533–540, https://doi.org/10.1007/s00114-014-1189-8; Safavi-Hemami H, Lu A, Li Q, Fedosov AE, Biggs J, Showers Corneli P, Seger J, Yandell M, Olivera BM. 2016. Venom Insulins of Cone Snails Diversify Rapidly and Track Prey Taxa, Mol.  Biol. Evol., 33 (11): 2924–2934, https://doi.org/10.1093/molbev/msw174; Fry BG, Roelants K, Champagne DE, Scheib H, Tyndall JDA, King GF, Nevalainen TJ, Norman JA, Lewis RJ, Norton RS, Renjifo C, Rodríguez de la Vega RC. 2009. The toxicogenomic multiverse: convergent recruitment of proteins into animal venoms. Annu Rev Genomics Hum Genet, 10:483-511. doi: 10.1146/annurev.genom.9.081307.164356; Suranse V, Srikanthan A, and Sunagar K 2018. Animal Venoms: Origin, Diversity and Evolution. In eLS, John Wiley & Sons, Ltd (Ed.) https://doi.org/10.1002/9780470015902.a0000939.pub2; Sunagar K and Moran Y. 2015. The Rise and Fall of an Evolutionary Innovation: Contrasting Strategies of Venom Evolution in Ancient and Young Animals.. PLoS Genetics. 11(10): e1005596.
 

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