Non mangiarmi, sono velenoso

Si dice che un libro può aprire un mondo. Venomous di Christie Wilcox, scienziata e scrittrice americana, ha spalancato per me una finestra sulla fantastica biologia evolutiva dei veleni prodotti dalle creature più pericolose del pianeta. In questo post provo a darvi qualche assaggio di quello che ho imparato. Lo faccio perlopiù con le sue parole semplici e chiare, con il suo stile lieve e divertente, e con la sua conoscenza vasta e profonda.

Christie Wilcox, scrittrice, esperta di veleni prodotti da animali.

I veleni hanno dato la svolta a molti crocevia della storia reale, mitologica, letteraria. Tutti ricordiamo Cleopatra e il suo aspide, ma anche Ulisse potrebbe essere morto per un veleno. In una delle tante versioni della vicenda, «l’indovino Tiresia disse al mitico guerriero e viaggiatore che la sua morte sarebbe venuta dal mare. Tuttavia a Ulisse un oracolo aveva detto che suo figlio l’avrebbe ucciso, quindi la morte dal mare era sembrata improbabile. Quando tornò dalla Guerra di Troia, ignaro di avere generato un altro figlio dalla maga Circe durante il suo lungo viaggio verso casa, Ulisse prese precauzioni contro suo figlio Telemaco. Telegono, l’altro figlio, desiderava disperatamente incontrare suo padre e così trovò la strada per Itaca, dove Odisseo era appena tornato. Affamato, Telegono cercò di cacciare di frodo in un branco di bestiame, e il proprietario – nientemeno che Ulisse – venne in difesa degli animali. Telegono pugnalò suo padre con la sua unica lancia: la punta velenosa di una razza. La storia dice che Ulisse morì lentamente per la ferita, lamentando un dolore atroce e rendendosi conto solo alla fine che entrambe le profezie si erano avverate».

Gli avvelenamenti non sono storie solo da romanzo. Si incontrano anche nelle serie televisive (v. Versailles), ma soprattutto sono ancora sorprendentemente numerosi nella realtà. L’Organizzazione mondiale della sanità stima che ogni anno almeno 5 milioni di persone nel mondo siano morse da serpenti velenosi; di queste circa 100.000 muoiono e 300.000 subiscono amputazioni o disabilità permanenti. Se a questi si aggiungono tutti gli altri tipi di avvelenamenti, intenzionali e non, con ogni genere di sostanza, le cifre sono da capogiro.

«Tutto è veleno, e nulla esiste senza veleno. Solo la dose fa in modo che il veleno non faccia effetto», scriveva l’alchimista svizzero Paracelso nel 1538, e il suo detto famosissimo è valido ancora oggi. Una dose sufficientemente grande può rendere tossica qualunque cosa, ma se per uccidere ce ne vuole tanta, allora una sostanza non è propriamente un veleno. Per esempio, uno può tracannare 10 litri d’acqua in pochi minuti e morire, ma l’acqua non è considerata un veleno perché la quantità necessaria a intossicare una persona è molto alta rispetto al modo in cui la si consuma abitualmente. Viceversa, la sostanza liberata dal batterio dell’antrace è un veleno, più precisamente una tossina, perché anche una minima dose può essere letale.

Peter Paul Rubens, ritratto di Paracelso (1615-18), Musées Royaux des Beaux-Arts de Belgique, Bruxelles (Wikimedia)

I veleni generalmente agiscono sul sangue o sui nervi. Nel primo caso provocano di solito una violenta emorragia, mentre nel secondo caso possono bloccare centri vitali controllati dal cervello come i muscoli e la respirazione. Parecchi veleni sono in grado di agire su entrambi i sistemi, ma quelli puramente neurotossici sono considerati i più pericolosi perché provocano paralisi pressoché immediata. Alcuni fra i più temuti veleni di sintesi si ispirano a questi meccanismi naturali. Un esempio è il novichok, un agente nervino verosimilmente usato in un tentativo un po’ maldestro di avvelenamento, in una recente vicenda di spionaggio internazionale.

Da dove vengono i veleni naturali? Si ritiene che la maggior parte abbia avuto origine da piccoli cambiamenti nei geni del sistema immunitario, in particolare in quelli per gli enzimi che combattono le infezioni e i parassiti. «Con lo stesso tipo di enzimi che distruggono le pareti dei batteri si possono creare lipidi bioattivi che attivano o inattivano i neuroni; le medesime proteine che fanno a pezzi i parassiti indesiderati possono anche fare a pezzi la carne di una vittima. Non è difficile immaginare come, nel tempo, quelle stesse proteine enzimatiche e altre molecole siano state cooptate per nuovi usi quando sono nate delle opportunità». Insomma, la natura crea composti e li combina adattandoli a usi diversi. Il sistema immunitario comprende molte molecole capaci di infliggere danni letali e da un sistema di difesa è relativamente facile crearne uno di offesa.

La maggior parte dei veleni in natura è usato per difendersi o predare. Poiché un animale non sa a priori quale creatura pericolosa incontrerà – un mammifero, un uccello, un rettile – i veleni per la difesa devono funzionare nel modo più universale possibile. Forse per questo tendono ad avere una composizione chimica più semplice e «ad agire sui nostri sistemi fisiologici più rapidi: i nervi». Inoltre «i veleni da difesa non possono permettersi il lusso di funzionare lentamente […] Se un pesce velenoso impiega minuti a infliggere dolore, in quei minuti può essere deglutito e digerito (e probabilmente ucciso) prima che la cosiddetta difesa faccia effetto». I veleni degli animali acquatici sono particolarmente potenti perché devono fare i conti con l’inevitabile diluizione che avviene quando sono liberati in acqua.

L’ornitorinco, eccezione alla regola, usa il veleno non per catturare prede o difendersi, ma per combattere gli altri maschi che competono per le femmine. Nella ghiandola del veleno di questo animale «ci sono 83 diversi geni per tossine. Alcune somigliano alle proteine di ragni, stelle marine, anemoni, serpenti, pesci e lucertole, come se qualcuno avesse ritagliato dei geni dall’intera varietà biologica velenosa e li avesse incollati nel genoma dell’ornitorinco. Sia esternamente sia internamente l’ornitorinco è una testimonianza della potenza dell’evoluzione convergente, il fenomeno per cui pressioni selettive simili possono portare a risultati sorprendentemente somiglianti in linee evolutive distanti».

I veleni sono un lusso. Produrli, mantenerli in comparti separati in modo che non danneggino l’animale che li fabbrica, reintegrarli dopo l’uso sono attività energeticamente costose. Il tasso metabolico a riposo di alcune specie di serpenti aumenta del 10-20% per diversi giorni quando questi animali reintegrano il veleno che hanno usato. Si stima che «circa un decimo o un quinto del dispendio energetico generale di un serpente velenoso sia dedicato alla produzione di veleno nel periodo che segue l’esaurimento della riserva. In confronto, fare attività sportiva intensa per diversi mesi aumenta il tasso metabolico a riposo solo marginalmente, in media di meno del 10 percento, secondo la maggior parte degli studi».

Si può essere insensibili ai veleni? «Una delle scoperte più divertenti sull’immunità ai veleni nei mammiferi risale agli anni Settanta. Alcuni scienziati texani avevano provato a nutrire dei crotali adamantini occidentali con una specie di ratto. La ragione era che quei ratti erano disponibili in abbondanza e sembravano un cibo che i serpenti avrebbero apprezzato. Con grande sorpresa degli scienziati, i ratti gettati in pasto a quei serpenti velenosi e affamati non solo sono sopravvissuti, ma a volte hanno addirittura ucciso i serpenti stessi, mordendoli e graffiandoli a morte. Essendo bravi scienziati, i ricercatori hanno colto l’occasione per studiare l’interazione e hanno scoperto che quei ratti erano davvero in grado di tollerare il veleno dei serpenti a sonagli, grazie anche a una sostanza che si trovava nel loro siero. Hanno poi purificato il composto presente nel siero e studiato come questo blocchi l’emorragia provocata dal veleno».

Un esemplare di serpente a sonagli (Crotalus atrox) che dai denti può iniettare in una preda veleno tossico per il sangue (Wikimedia).

Un veleno esercita una pressione evolutiva su una popolazione sensibile, ma gli individui che sviluppano antidoti o meccanismi difensivi possono emergere e affermarsi. È un tipico esempio di gara evolutiva fra specie. L’immunità ai veleni è anche una fonte di ispirazione per tossicologi e farmacologi, che dallo studio degli animali resistenti possono ottenere antidoti.

Perché i veleni provocano dolore? La maggior parte di quelli emorragici causa infiammazione e necrosi, due processi particolarmente dolorosi. Altri veleni attivano i neuroni che percepiscono il dolore. È il caso per esempio del veleno delle api, «composto in gran parte da una sostanza chiamata melittina. La melittina prende le molecole che formano le nostre membrane e le fa selettivamente a pezzi. Tali pezzi attivano i neuroni che percepiscono il calore nei nostri nervi periferici. Così quando uno sente che una puntura d’ape brucia, ha perfettamente ragione: la melittina fa credere ai nostri nervi che stanno bruciando. Anche le vespe e le meduse usano lo stesso meccanismo biologico per causare dolore, ma lo fanno con sostanze diverse».

Un esemplare di cubomedusa (Chironex fleckeri), fra gli animali più velenosi al mondo, diffusa nei mari del Nord dell’Australia e del Sudest asiatico (Wikipedia).

I veleni sono diffusi in natura. Il libro della Wilcox è dedicato prevalentemente a quelli prodotti dagli animali, ma per completezza l’autrice non ha potuto evitare cenni alle piante che, incatenate al terreno, dissuadono con veleni efficaci gli animali più affamati che ambiscono a nutrirsi delle loro foglie. Per non parlare delle potentissime tossine batteriche, fra le sostanze velenose più potenti e difficili da contrastare.

Gli studiosi di veleni sono personaggi particolari. Spesso intrepidi e un po’ temerari, si avventurano in fitte foreste tropicali e ci restano settimane nella speranza di incontrare le specie velenose più rare ed elusive. Molti di loro hanno sperimentato sulla propria pelle gli effetti delle sostanze che hanno studiato, con esiti non sempre felici. La loro ossessione ci può sembrare un po’ folle, ma è anche grazie a persone originali come loro se oggi disponiamo per esempio di farmaci come gli anticoagulanti, derivati da animali velenosi, che permettono ai chirurghi di operare organi terribilmente sanguinolenti fermando le inevitabili emorragie.

 

Le citazioni di questo post, tradotte da me, a eccezione di quella di Paracelso sono tratte da Christie Wilcox, Venomous, Scientific American / Farrar Straus and Giroux (2017). Nell’immagine di apertura (Wikipedia), John Lewin, ornitorinco (1808).

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