One fine day, when Charles Darwin was still a student at Cambridge, the budding naturalist tore some old bark off a tree and found two rare beetles underneath. He’d just taken one beetle in each hand when he spotted a third beetle. Stashing one of the insects in his mouth for safekeeping, he reached for the new specimen – when a sudden spray of hot, bitter fluid scalded his tongue.
Cierto día, Charles Darwin, siendo aún estudiante en Cambridge y naturalista en formación, observó que debajo de la añosa corteza de un árbol había dos extraños escarabajos. Tomó uno en cada mano, y luego vio un tercer escarabajo. Se puso uno de los insectos en la boca para liberar una mano y así poder tomar el nuevo espécimen. De pronto, sintió que un líquido ardiente y agrio le quemaba la lengua.
Darwin’s assailant was the bombardier beetle. It’s one of thousands of animal species, like frogs, jellyfish, salamanders, and snakes, that use toxic chemicals to defend themselves – in this case, by spewing poisonous liquid from glands in its abdomen. But why doesn’t this caustic substance, ejected at 100 degrees Celsius, hurt the beetle itself? In fact, how do any toxic animals survive their own secretions? The answer is that they use one of two basic strategies: securely storing these compounds or evolving resistance to them.
Quien lo había agredido fue el escarabajo bombardero. Es una de las miles de especies del reino animal, que como las ranas, las medusas, las salamandras y las víboras, se valen de sustancias químicas tóxicas para defenderse, en este caso, expulsando un líquido venenoso por las glándulas del abdomen. Pero ¿cómo es posible que esta sustancia cáustica eyectada a 100 grados Celsius, no dañe al propio escarabajo? De hecho, ¿cómo hacen los animales venenosos en general para sobrevivir a sus propias secreciones? La respuesta es que usan una de estas dos estrategias básicas: almacenando estas sustancias de manera segura o bien haciéndose resistentes a ellas.
Bombardier beetles use the first approach. They store ingredients for their poison in two separate chambers. When they’re threatened, the valve between the chambers opens and the substances combine in a violent chemical reaction that sends a corrosive spray shooting out of the glands, passing through a hardened chamber that protects the beetle’s internal tissues. Similarly, jellyfish package their venom safely in harpoon-like structures called nematocysts. And venomous snakes store their flesh-eating, blood-clotting compounds in specialized compartments that only have one exit: through the fangs and into their prey or predator.
Los escarabajos bombarderos usan la primera técnica. Almacenan los componentes del veneno en dos cámaras separadas. Ante una amenaza, se abre la válvula que está entre ambas cámaras, las sustancias se mezclan y producen una violenta reacción química, estimulando a las glándulas a expulsar un chorro corrosivo que pasa por una cámara más dura para proteger los tejidos internos del insecto. De manera similar, las medusas almacenan su veneno de manera segura en estructuras con forma de arpón llamadas "nematocistos". Y las víboras venenosas almacenan sus componentes de acción coagulante y destructiva en compartimentos especializados de una sola salida: los colmillos, con los cuales penetran en la presa o el predador.
Snakes also employ the second strategy: built-in biochemical resistance. Rattlesnakes and other types of vipers manufacture special proteins that bind and inactivate venom components in the blood. Meanwhile, poison dart frogs have also evolved resistance to their own toxins, but through a different mechanism. These tiny animals defend themselves using hundreds of bitter-tasting compounds called alkaloids that they accumulate from consuming small arthropods like mites and ants. One of their most potent alkaloids is the chemical epibatidine, which binds to the same receptors in the brain as nicotine but is at least ten times stronger. An amount barely heavier than a grain of sugar would kill you.
Estos animales también usan la segunda técnica: la resistencia bioquímica. Las víboras cascabel y otros ofidios fabrican proteínas especiales que se combinan para desactivar los componentes del veneno en la sangre. En tanto, las ranas dardo venenosas también son resistentes a sus propias toxinas, pero a través de otro mecanismo. Estos pequeños animales se defienden usando cientos de compuestos de sabor amargo llamados alcaloides, que acumulan al consumir pequeños artrópodos, como las termitas y hormigas. Uno de sus alcaloides más potentes es la sustancia química epibetadina, la cual se une a los mismos receptores en el cerebro que la nicotina, pero es, como mínimo, diez veces más potente. Una cantidad apenas superior a un grano de azúcar sería suficiente para matar a una persona.
So what prevents poison frogs from poisoning themselves? Think of the molecular target of a neurotoxic alkaloid as a lock, and the alkaloid itself as the key. When the toxic key slides into the lock, it sets off a cascade of chemical and electrical signals that can cause paralysis, unconsciousness, and eventually death. But if you change the shape of the lock, the key can’t fit. For poison dart frogs and many other animals with neurotoxic defenses, a few genetic changes alter the structure of the alkaloid-binding site just enough to keep the neurotoxin from exerting its adverse effects.
Entonces, ¿cómo hacen las ranas para no envenenarse a sí mismas? Imaginemos al objetivo molecular de un alcaloide neurotóxico como un candado y al propio alcaloide como la llave. Cuando la llave tóxica gira dentro de la cerradura, dispara una cascada de señales químicas y eléctricas que pueden causar parálisis, inconsciencia e incluso la muerte. Pero si cambiamos la forma de la cerradura, la llave no encaja. En las ranas dardo venenosas y otros animales con defensas neurotóxicas, algunos cambios genéticos alteran la estructura del sitio de unión de los alcaloides e impiden que la neurotoxina provoque sus efectos adversos.
Poisonous and venomous animals aren’t the only ones that can develop this resistance: their predators and prey can, too. The garter snake, which dines on neurotoxic salamanders, has evolved resistance to salamander toxins through some of the same genetic changes as the salamanders themselves. That means that only the most toxic salamanders can avoid being eaten— and only the most resistant snakes will survive the meal. The result is that the genes providing the highest resistance and toxicity will be passed on in greatest quantities to the next generations. As toxicity ramps up, resistance does too, in an evolutionary arms race that plays out over millions of years.
Los animales venenosos no son los únicos que pueden desarrollar esta resistencia: también lo pueden hacer sus predadores y sus presas. La culebra rayada, que se alimenta de salamandras neurotóxicas, se hizo resistente a las toxinas de la salamandra mediante algunos de los mismos cambios genéticos de la propia salamandra. Eso significa que solo las salamandras más tóxicas escapan a ser engullidas, y solo las víboras más resistentes sobrevivirán a la comida. Como resultado, los genes que brindan la mayor resistencia y toxicidad son los que más transmitirán a las siguientes generaciones. A medida que la toxicidad aumenta, también lo hace la resistencia, desplegando una carrera armamentística que lleva millones de años de evolución.
This pattern appears over and over again. Grasshopper mice resist painful venom from scorpion prey through genetic changes in their nervous systems. Horned lizards readily consume harvester ants, resisting their envenomed sting with specialized blood plasma. And sea slugs eat jellyfish nematocysts, prevent their activation with compounds in their mucus, and repurpose them for their own defenses.
Este patrón se repite una y otra vez. Los ratones saltamontes resisten al doloroso veneno del escorpión a través de cambios genéticos en su sistema nervioso. Los lagartos cornudos consumen hormigas cosechadoras sin problema, pues resisten a los aguijones venenosos con el plasma especializado de su sangre. Y cuando las babosas de mar comen los nematocistos de las medusas, los desactivan usando los compuestos de sus mucosas y los reprograman para defensa propia.
The bombardier beetle is no exception: the toads that swallow them can tolerate the caustic spray that Darwin found so distasteful. Most of the beetles are spit up hours later, amazingly alive and well. But how do the toads survive the experience? That is still a mystery.
El escarabajo bombardero no es la excepción: cuando los sapos se los comen, resisten el chorro cáustico que tan desagradable había resultado para Darwin. Horas después, el sapo expulsa la mayoría de los escarabajos, los cuales salen increíblemente sanos y salvos. Pero ¿cómo hacen los sapos para sobrevivir a esta experiencia? Eso es aún un misterio.