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.
Um belo dia, quando Charles Darwin ainda era um aluno em Cambridge, o futuro naturalista arrancou um pedaço da casca de uma árvore e descobriu, por baixo, dois escaravelhos raros. Com um escaravelho em cada mão, reparou num terceiro escaravelho. Meteu um dos insetos na boca, para não o perder e tentou apanhar o novo exemplar quando um súbito jato de líquido quente e amargo lhe escaldou a língua.
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.
O atacante de Darwin era o escaravelho bombardeiro. É um dos milhares de espécies animais, como as rãs, as alforrecas, as salamandras e as cobras, que usam químicos tóxicos para se defenderem — neste caso, com um jato de líquido venenoso produzido pelas glândulas do abdómen. Porque é que esta substância cáustica, ejetada a 100 graus Celsius não prejudica o escaravelho? Como é que qualquer animal tóxico sobrevive às suas secreções? A resposta é que usam uma de duas estratégias básicas: guardando esses compostos em segurança ou desenvolvendo resistência contra eles.
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.
Os escaravelhos bombardeiros usam a primeira abordagem. Guardam os ingredientes para o veneno em duas câmaras separadas. Quando são ameaçados, abre-se a válvula entre as duas câmaras e as substâncias combinam-se numa violenta reação química que envia um jato corrosivo que brota das glândulas, passando por uma câmara rija que protege os tecidos internos do escaravelho. Do mesmo modo, as alforrecas guardam o seu veneno com segurança em estruturas tipo arpões chamadas nematocistos. As cobras venenosas guardam os compostos que coagulam o sangue, e comem a carne, em compartimentos especializados que só têm uma saída: através das presas diretamente para a presa ou o 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.
As cobras também usam a segunda estratégia: uma resistência bioquímica incorporada. As cascavéis e outros tipos de víboras fabricam proteínas especiais que ligam e desativam os componentes venenosos no sangue. Entretanto, as rãs Dendrobatidae também desenvolveram resistência às suas toxinas mas através de um mecanismo diferente. Estes pequenos animais defendem-se, usando centenas de compostos de sabor amargo, chamados alcaloides que acumulam, ao consumirem pequenos artrópodes como ácaros e formigas. Um dos alcaloides mais potentes é a epibatidina química que se liga aos mesmos recetores do cérebro como a nicotina mas é, pelo menos, dez vezes mais forte. Uma quantidade pouco mais pesada que um grão de açúcar
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.
chega para nos matar. Então, o que é que impede que as rãs se envenenem a si mesmas? Pensem no alvo molecular de um alcaloide neurotóxico como um cadeado e o alcaloide como a chave. Quando a chave tóxica entra na fechadura desencadeia uma cascata de sinais químicos e elétricos que podem causar paralisia, inconsciência, e, por fim, a morte. Mas, se mudarmos o feitio da fechadura, a chave não encaixa. Para as rãs Dendrobatidae e muitos outros animais com defesas neurotóxicas, umas pequenas alterações genéticas alteram a estrutura do local de ligação do alcaloide o suficiente para impedir a neurotoxina de exercer os seus efeitos 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.
Os animais venenosos e peçonhentos não são os únicos que desenvolvem resistências: os seus predadores e as suas presas também o fazem. As cobras Thamnophis, que se alimentam de salamandras neurotóxicas, desenvolveram resistência às toxinas da salamandra por meio de alterações genéticas, tal como as salamandras. Ou seja, só as salamandras mais tóxicas evitam ser comidas e só as cobras mais resistentes sobrevivem à refeição. O resultado é que os genes que proporcionam a maior resistência e a maior toxicidade passam em maior quantidade para as gerações seguintes. À medida que a toxicidade aumenta, também aumenta a resistência, numa corrida às armas evolutiva que se desenrola há milhões de anos.
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 padrão aparece vezes sem conta. Os ratos Onychomys resistem ao veneno doloroso do escorpião através de alterações genéticas no sistema nervoso. Os lagartos cornudos consumem sem problemas as formigas ceifeiras resistindo ao ferrão envenenado com um plasma sanguíneo especializado. As lesmas-do-mar comem nematocistos de alforrecas, impedindo a sua ativação com compostos no muco e reutilizando-os para a sua própria defesa.
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.
O escaravelho bombardeiro não é exceção: os sapos que os engolem conseguem tolerar o jato cáustico que Darwin achou tão desagradável. A maioria dos escaravelhos são cuspidos horas depois, incrivelmente vivos e de boa saúde. Mas como é que os sapos sobrevivem a essa experiência? Isso ainda é um mistério.