Las criaturas que consumen especies con toxinas mortales han desarrollado una serie de ingeniosas estrategias para sobrevivir.
Diez serpientes se enfrentaban a una situación muy difícil.
Capturadas en la Amazonía colombiana, habían estado varios días en cautiverio sin alimento. Y luego se les presentó una presa extremadamente desagradable: ranas venenosas de tres rayas (Ameerega trivittata).
La piel de estas ranas contiene toxinas letales, como histrionicotoxinas, pumiliotoxinas y decahidroquinolinas, que interfieren con proteínas celulares esenciales.
Seis de las culebras pantaneras reales (Erythrolamprus reginae) prefirieron pasar hambre. Las otras cuatro, intrépidamente, se deslizaron hacia la presa. Pero, antes de engullir las ranas, las arrastraron por el suelo.
Es un comportamiento similar al de algunas aves que eliminan así las toxinas de sus presas, según observaron la bióloga Valeria Ramírez Castañeda, de la Universidad de California en Berkeley, y sus colegas, quienes realizaron el experimento.
Tres de las cuatro culebras sobrevivieron, lo que sugiere que sus cuerpos fueron capaces de procesar las toxinas restantes.
Durante cientos de millones de años los seres vivos han utilizado moléculas letales para combatirse entre sí.
Primero fueron los microbios, que empleaban sustancias químicas para eliminar a sus competidores o atacar las células huésped que invadían; luego los animales, para cazar presas o ahuyentar a los depredadores; y las plantas, para defenderse de los herbívoros.
Muchos animales respondieron desarrollando mecanismos para sobrevivir a estas toxinas. A veces incluso las almacenan para utilizarlas contra sus adversarios.
Los científicos están comenzando a desentrañar estas ingeniosas defensas antitoxinas y esperan a partir de estas investigaciones identificar mejores tratamientos para las intoxicaciones en humanos.
Más fundamentalmente, están descubriendo una fuerza que ha contribuido silenciosamente a moldear las comunidades biológicas, afirma la bióloga evolutiva Rebecca Tarvin, de la Universidad de California en Berkeley, quien supervisó el experimento con serpientes y escribió sobre estas estrategias en la edición de 2023 de la revista Annual Review of Ecology, Evolution, and Systematics.
"Tan solo miligramos de un único compuesto pueden alterar todas las interacciones de un ecosistema", explica Tarvin.
Guerra biológica
Las especies se vuelven tóxicas de diversas maneras.
Algunas producen sus propias toxinas.
Los sapos bufónidos, por ejemplo, producen moléculas llamadas glucósidos cardíacos que impiden que una proteína llamada bomba de sodio-potasio transporte iones dentro y fuera de las células.
Este transporte es fundamental para mantener el volumen celular, la contracción muscular y la transmisión de los impulsos nerviosos.
Otros animales albergan bacterias productoras de toxinas en su organismo. Este es el caso del pez globo, cuya carne, que contiene tetrodotoxina, puede ser letal si se consume.
Y muchos otros obtienen sus toxinas a través de los alimentos. Es lo que sucede con las ranas venenosas, que devoran insectos y ácaros que contienen toxinas. Entre estas ranas se encuentra la especie que se usó para alimentar a las culebras terrestres.
A medida que algunos animales evolucionaron para volverse tóxicos, también modificaron sus organismos para evitar envenenarse. Lo mismo ocurrió con las criaturas que comen o las que se alimentan de ellos.
Las adaptaciones mejor estudiadas implican cambios en las proteínas que normalmente son inactivadas por las toxinas, de modo que se vuelvan resistentes.
Por ejemplo, los insectos que crecen y se alimentan de plantas de algodoncillo o asclepia ricas en glucósidos han desarrollado bombas de sodio-potasio a las que el glucósido no puede unirse.
Pero modificar una molécula vital puede generar complicaciones para un organismo, afirma la bióloga molecular Susanne Dobler, de la Universidad de Hamburgo, en Alemania.
En sus estudios con la chinche del algondoncillo, que se alimenta de semillas de esta planta, descubrió que, cuanto más resistente a los glucósidos se vuelve la bomba de sodio-potasio, menos eficiente es.
Esto representa un problema en las células nerviosas, donde la bomba es especialmente crítica.
La chinche parece haber desarrollado una forma de sortear este problema. En un estudio de 2023, Dobler y sus colegas analizaron la resistencia a las toxinas en tres versiones de la bomba producidas por este organismo.
Descubrieron que la más funcional, en el cerebro, es también la más sensible a las toxinas. La chinche del algodoncillo debe haber desarrollado otras maneras de proteger el cerebro de los glucósidos, explica Dobler.
La científica sospecha que intervienen proteínas llamadas transportadores ABCB, que se encuentran en las membranas celulares y eliminan los desechos y otros productos no deseados de las células.
Dobler descubrió que ciertas polillas esfinge utilizan proteínas transportadoras ABCB, situadas alrededor de sus tejidos nerviosos, para expulsar los glucósidos cardíacos de las células. Quizás la chinche del algodoncillo esté haciendo algo similar.
La investigadora también está poniendo a prueba la hipótesis de que muchos insectos poseen transportadores ABCB en las membranas de sus intestinos, lo que impide que las sustancias tóxicas sean absorbidas por su organismo.
Esto podría explicar cómo el escarabajo de lirio rojo, que se alimenta del lirio de los valles, rico en glucósidos, parece no verse afectado por las toxinas y simplemente las excreta. Las heces resultantes tienen la ventaja de repeler a las hormigas depredadoras, según informó Dobler en un estudio de 2023.
Para las culebras terrestres reales, el hígado parece ser clave. Mediante experimentos con cultivos celulares, el equipo de Tarvin obtuvo evidencia de que algún componente del extracto de hígado de esta serpiente protege contra las toxinas de las ranas venenosas de tres rayas.
El equipo plantea la hipótesis de que las serpientes poseen enzimas que convierten las sustancias mortales en formas no tóxicas, de manera similar a como el cuerpo humano transforma el alcohol y la nicotina.
El hígado de serpiente también podría contener proteínas que se adhieren a las toxinas e impiden que se unan a sus objetivos, absorbiéndolas como esponjas.
Los científicos descubrieron proteínas con una función similar a la de una "esponja de toxinas" en la sangre de algunas ranas venenosas, que permiten a estos anfibios resistir a las toxinas mortales, incluyendo saxitoxina y alcaloides.
Las ardillas terrestres de California parecen utilizar una estrategia similar para defenderse del veneno de la serpiente de cascabel, un cóctel de decenas de toxinas que destruyen las paredes de los vasos sanguíneos e impiden la coagulación de la sangre, entre otros efectos.
La sangre de la ardilla terrestre contiene proteínas que bloquean algunas de estas toxinas, actuando en forma similar a las proteínas que las propias serpientes de cascabel utilizan para protegerse en caso de que el veneno escape de sus glándulas venenosas especializadas.
El cóctel de toxinas difiere entre las poblaciones de serpientes, y el biólogo evolutivo Matthew Holding, de la Universidad de Michigan, tiene evidencia de que el antídoto de las ardillas terrestres está adaptado a las serpientes locales.
Pero estas defensas no son infalibles. Las serpientes de cascabel están constantemente desarrollando nuevos venenos para contrarrestar las adaptaciones de las ardillas, afirma Holding, e incluso una serpiente de cascabel puede morir si se le inyecta suficiente veneno propio.
Por eso los animales, incluso los resistentes, intentan como primera medida defensiva evitar las toxinas. De ahí el comportamiento de arrastrar a sus presas de las serpientes terrestres y la costumbre de algunas tortugas de consumir solo la piel ventral y las vísceras de salamandras venenosas, no la piel dorsal, que es mortal.
Incluso insectos como las orugas monarca, resistentes a los glucósidos cardíacos, cortan las venas de las plantas de algodoncillo para drenar el fluido tóxico antes de alimentarse de la planta.
Aprovechamiento de toxinas
Muchos animales también encuentran maneras de almacenar de forma segura las sustancias químicas tóxicas que consumen para utilizarlas con sus propios fines.
El escarabajo dogbane iridiscente, por ejemplo, obtiene glucósidos cardíacos de sus plantas hospedadoras y luego, probablemente mediante transportadores ABCB, los mueve hasta su espalda para defenderse.
"Cuando se molesta a estos escarabajos, se pueden observar pequeñas gotas en sus élitros, su superficie dorsal", explica Dobler.
Mediante este tipo de aprovechamiento de toxinas, algunos insectos se vuelven dependientes de sus plantas hospedadoras para sobrevivir.
La relación entre la mariposa monarca y la planta de algodoncillo es un ejemplo paradigmático, y también una clara muestra del amplio alcance que pueden tener estas interconexiones.
En un estudio de 2021, el biólogo evolutivo y genetista Noah Whiteman, de la Universidad de California en Berkeley, y un colega identificaron cuatro animales que evolucionaron para tolerar glucósidos cardíacos, lo que les permite alimentarse de mariposas monarca.
Una de ellas es el picogrueso cabecinegro, un ave que se alimenta de mariposas monarca en los bosques de oyamel de las montañas de México, adonde las mariposas vuelan para pasar el invierno.
Piénsalo, dice Whiteman: una toxina sintetizada en una planta de algodoncillo en una pradera de Ontario ha contribuido a moldear la biología de un ave para que pueda alimentarse sin peligro en un bosque a miles de kilómetros de distancia.
"Es simplemente asombroso el recorrido de esta pequeña molécula y su influencia en la evolución".
Puedes ver la nota original en inglés y los vínculos a los estudios científicos en BBC Future Earth.
Este artículo se publicó originalmente en Knowable y se reproduce aquí bajo una licencia Creative Commons.
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