Numerosos grupos animales han desarrollado estrategias que conllevan el uso de toxinas, tanto para atrapar presas como para evitar convertirse uno mismo en presa de otros. En equinodermos, celenterados, anélidos, moluscos, artrópodos, peces, reptiles y anfibios hay especies que recurren al uso de venenos.

En una entrada anterior hemos visto toxinas que interfieren en el normal desarrollo de la comunicación entre neuronas o entre una neurona y una célula muscular; lo hacían obstaculizando o impidiendo la liberación de los neurotransmisores, las moléculas encargadas de trasmitir la información. Pero además de esas, también las hay que impiden que tales neurotransmisores actuen correctamente en la célula a la que se dirigen, esto es, a la célula que recibe la información.

Entre esas toxinas se encuentra la a-bungarotoxina. Se trata de un péptido que forma parte del veneno de la serpiente Bungarus multicinctus (krait común). La a-bungarotoxina se une de forma irreversible a un receptor (el nicotínico) del neurotransmisor acetilcolina y como consecuencia, la acetilcolina no provoca la apertura de los correspondientes canales. El búngaro, al morder e inyectar el veneno, paraliza de esa forma a la presa. No se trata de un modo de acción singular, ya que los péptidos a-neurotoxina, de la cobra, y erabutoxina, de la serpiente de mar, ejercen el mismo efecto.

Por sorprendente que parezca, algunos pueblos nativos de Sudamérica utilizan, en sus flechas o dardos, venenos cuyo modo de acción es similar. Es muy conocido el curare, sustancia que tiene el mismo efecto que las toxinas vistas antes. Es cierto que el curare no es de origen animal, ya que se trata de una mezcla de toxinas extraídas de la planta Chondrodendron tomentosum, pero las cosas no varían demasiado por esa razón. En este caso tenemos a un animal (el ser humano) haciendo uso de un veneno de origen vegetal (el curare) para facilitar la caza de otros animales. Al fin y al cabo, lo que hacen los indios de la Amazonia es servirse de un producto natural para actuar del mismo modo en que actuan los animales venenosos.

También hay casos interesantes entre los inveertebrados marinos. Un bonito ejemplo es el del veneno de los caracoles cónicos, la denominada conotoxina. La conotoxina es una mezcla de diferentes péptidos, algunos de los cuales bloquean canales iónicos, pero entre ellos hay uno que, como la bungarotoxina, bloquea los receptores de la acetilcolina. Como consecuencia, al actuar en la sinapsis neuromuscular inhibe la contracción muscular. Esto es, a pesar de que el sistema nervioso envía las señales que deben desencadenar la contracción de los músculos, dicha contracción no se puede producir porque las señales no alcanzan su objetivo final, la célula muscular. Bajo esas condiciones, las posibilidades de fuga de la presa son mínimas, por lo que resulta sencillo para el caracol dar buena cuenta de la presa.

Cuando me ocupé de las toxinas que producen las bacterias del género Clostridium vimos el uso que se da a la toxina botulínica con fines médicos y estéticos. Pues bien, algunas de las toxinas vistas aquí también están teniendo uso médico o se están investigando con ese propósito. El curare, por ejemplo, se ha utilizado como relajante muscular. Y las conotoxinas también se han empezado a investigar para aliviar dolores musculares. De hecho, ya se ha comercializado algún fármaco con esa base, pues además de ser más efectivo que la morfina, al no ser un opiáceo, tiene la ventaja de que no genera adicción. Así pues, utilizados en su medida, hasta los venenos pueden resultar beneficiosos.

Este video ilustra el modo de acción de la conotoxina

Y este también:

Botox es el nombre comercial de una toxina, la toxina botulínica. El botox se utiliza desde hace tiempo como fármaco para tratar ciertas enfermedades musculares, como la distonia focal; esto es, se recurre al botox cuando hay que tratar la distonia de un único músculo o de un grupo de músculos. Últimamente, sin embargo, se ha hecho muy popular en el terreno de la cosmética. Se utiliza mucho para eliminar arrugas, aunque lo cierto es que las arrugas no desaparecen para siempre, ya que su efecto dura entre tres y seis meses.

La toxina botulínica es producida por bacterias del género Clostridium y hasta su uso con fines terapéuticos o cosméticos, sólo era conocida por los envenenamientos producidos por conservas de alimentos en mal estado. El nombre botulismo proviene de la palabra latina botulus que quiere decir salchicha. De hecho, hace dos siglos, cuando fue descrita por vez primera, la toxina botulínica fue denominada “veneno de la salchicha”, por los envenenamientos que provocaban las salchichas mal preparadas o mal conservadas. En la actualidad, sin embargo, y salvo accidente, no existe riesgo alguno con las conservas comerciales, dadas las medidas de esterilización y asepsia que se utilizan ahora.

Así pues, el botox es un producto con dos caras. Por un lado es un veneno, el más mortal de los venenos, y por el otro, puede utilizarse con fines terapéuticos. Y ambas caras, la mortal y la terapéutica, tienen un mismo fundamento, ya que la toxina botulínica incide en el funcionamiento de las sinapsis neuromusculares.

Las sinapsis son las conexiones funcionales entre dos células excitables; gracias a ellas pueden transmitirse las señales eléctricas de una a la otra, casi siempre haciendo uso de una molécula química como intermediario. Si el mensajero químico no desempeña su función de forma correcta, se interrumpe la comunicación entre los distintos elementos del sistema nervioso o de éste con el muscular, por lo que el sistema nervioso queda inhabilitado para desempeñar las funciones de coordinación e integración que le corresponden.

La sinapsis que mejor se conoce es la neuromuscular. Permite a una motoneurona inervar una célula muscular; el neurotransmisor que interviene en dicha sinapsis es la acetilcolina, neurotransmisor cuya actividad se ve impedida por la toxina botulínica. De hecho, el efecto de la toxina consiste en obstaculizar la liberación de acetilcolina en el terminal presináptico de la motoneurona, por lo que la célula muscular no recibe las señales nerviosas que ha transmitido aquélla. Como consecuencia de ello, el músculo no se contrae, esto es, se produce parálisis muscular. Y esa es también la razón por la que además de actuar como toxina, también lo puede hacer como fármaco.

La toxina botulínica no es la única toxina que producen las bacterias del género Clostridium, ya que la especie Clostridium tetani produce la denominada toxina tetánica o tetanospasmina. Como la toxina botulínica, ésta también obstaculiza la liberación de las moléculas de neurotransmisor, puesto que interfiere con el proceso que conduce a la liberación del contenido de las vesículas en las que se encuentran los neurotransmisores en el terminal presináptico.

La toxina botulínica inhabilita las sinapsis neuromusculares periféricas, provocando, como se ha dicho, parálisis muscular. La tetánica actúa de modo diferente, puesto que obstaculiza la liberación de los neurotransmisores inhibidores en la médula espinal. Dado que de esa forma las motoneuronas no se pueden inhibir, transmiten impulsos nerviosos de forma permenente, lo que provoca una hiperestimulación del músculo esquelético y su contracción tetánica (permanente). Por esa razón provoca la grave enfermedad conocida como tétanos.

Las dos toxinas que hemos visto en esta entrada obstaculizan la liberación de los neurotransmisores, pero también hay toxinas que tienen el efecto contrario. Esto es, son toxinas que provocan una liberación incontrolada de neurotransmisores a la hendidura sináptica. Entre éstas se encuentra la a-latrotoxina. A diferencia de las anteriores, la a-latrotoxina no es producida por una bacteria, sino que es la hembra de la araña conocida con el nombre de “viuda negra” la que la produce. El modo de acción de esa toxina es, además, distinto del de las anteriores. Veamoslo.

El ión calcio cumple un papel fundamental en las sinapsis químicas. Cuando llega la despolarización de la membrana al terminal presináptico, el calcio entra en el interior de la neurona gracias a la apertura de unos canales (específicos de calcio) cuyo estado, abierto o cerrado, depende del voltaje. Esto es, cuando la membrana se encuentra polarizada (potencial eléctrico negativo), los canales están cerrados y cuando se despolariza (el potencial sube hasta hacerse positivo), los canales se abren y el calcio entra. El calcio es el responsable de que se liberen los neurotransmisores y, por ello, de que la información se transmita de una célula a otra. La a-latrotoxina provoca que la liberación del neurotransmisor sea independiente del calcio, lo que hace que sea permanente, hasta que se agota. Y como consecuencia de ello, esta toxina también provoca una contracción permanente de los músculos.

En cierta ocasión, un joven de 29 años del Estado de Oregón que había bebido más de la cuenta se comió una salamandra de una especie muy común en la costa oeste de Norteamérica por una apuesta con sus amigos de francachela. Lo malo es que esa especie, Tarycha granulosa, es muy venenosa, por lo que el joven se puso fatal y todos los esfuerzos que se hicieron para salvar su vida resultaron baldíos. En menos de 24 horas abandonó este mundo para siempre. Es lo que tiene el alcohol: no siempre nos permite hacer juicios sensatos acerca de circunstancias de lo más diversas.

La piel de las salamandras del género Tarycha es muy venenosa y T. granulosa es una de las especies más conocidas del género, y en la zona en que se encuentra todo el mundo es conocedor de su carácter venenoso.

En otra ocasión ya me ocupé de otro animal venenoso, el pez globo. La toxina contenida en sus tejidos interfiere con el funcionamiento de los canales de sodio dependientes de voltaje que son los responsables de la despolarización de las membranas neuronal y muscular que es la base de la transmisión de impulsos nerviosos. Pues bien, se da la circunstancia de que el pez globo y esta salamandra tienen la misma toxina, la tetrodotoxina (TTX), potente y bien conocido neurotóxico. En esta ocasión me ocuparé, sí, de la salamandra, pero también de otra especie relacionada con ella, una serpiente cuyo nombre científico es Thamnophis sirtalis y que resulta ser el único depredador conocido de la salamandra venenosa.

La serpiente Thamnophis sirtalis puede tolerar la tetrodotoxina y su grado de tolerancia es variable, tanto entre individuos, como entre poblaciones. De hecho, hay una gran variabilidad interpoblacional en ese carácter, hasta el punto de que los individuos de unas poblaciones tienen un grado de tolerancia a la tetrodotoxina hasta cien veces superior al de otras poblaciones. Se trata de un carácter que varía también entre los individuos de una misma población y es heredable y, por ello, sujeto a selección natural. No es sorprendente, por lo tanto, que la tolerancia de las serpientes a la tetrodotoxina presente una variación geográfica que reproduce en gran medida la variación geográfica del grado de toxicidad de la piel de las salamandras. Dicho de otra forma, las serpientes con una mayor tolerancia a la TTX son las que viven en las zonas que ocupan las salamandras cuya piel es más tóxica.

Además, del mismo modo que se observa coincidencia espacial entre el nivel de tolerancia de las serpientes y el de la toxicidad de las salamandras, también se ha comprobado que los cambios que ocurren a lo largo del tiempo en los dos caracteres obdecen a ese mismo patrón. Esto es, se ha comprobado que existe correspondencia entre los aumentos de la toxicidad de las salamandras en una zona y los de la tolerancia de las serpientes en esa misma zona.

La conclusión que cabe extraer de este conjunto de observaciones es la de que entre salamandras y serpientes se ha establecido una especie de carrera armamentística, puesto que cuanto mayor es la potencia tóxica de Tarycha granulosa, mayor es la tolerancia a la toxina de Thamnophis sirtalis. Al veneno de la salamadra responde la serpiente con su tolerancia al mismo, y lo hace, además, en una medida proporcional.

Como he señalado antes, tanto neuronas como células musculares cuentan con canales de sodio dependientes de voltaje cuyo concurso es esencial para que se produzcan las despolarizaciones transitorias de la memebrana celular en que consisten los impulsos nerviosos. Pues bien, en experimentos realizados con canales de sodio de células musculares de la serpiente Thamnophis sirtalis se pudo comprobar que su tolerancia se basa en la sensibilidad de los canales de sodio dependientes de voltaje para con la toxina. Esa sensibilidad varía entre individuos, de manera que los individuos con mayor tolerancia a la TTX tienen canales de sodio menos sensibles a la toxina.

La historia contada en esta entrada es muy interesante (a juicio del autor, claro está) y es modélica en lo relativo a los mecanismos mediante los que opera la selección natural. Por un lado, se ha observado variabilidad, -inter e intrapoblacional-, en un carácter con alto valor adaptativo; por otro lado, se ha visto que esa variabilidad está relacionada con un factor ambiental; y por último, también se ha identificado el mecanismo molecular implicado. Nos encontramos, además, ante un fenómeno de evolución que está ocurriendo ante nosotros. ¿Qué más se puede pedir?

Referencia: “Mechanisms of Adaptation in a Predator-Prey Arms Race: TTX-Resistant Sodium Channels” Shana Geffeney et al. Science 297, 1336 (2002); DOI: 10.1126/science.1074310

En el video se puede comprobar que el contacto con la salamandra no causa daño, sólo su ingestión. Perdón por la baja calidad del sonido, pero es interesante.

En los días de invierno, cuando nos encontramos en una habitación caliente y fuera hace frío, si acercamos el dorso de la mano a la ventana sentiremos que se enfría. Bien pensado, se trata de algo sorprendente, puesto que el aire que hay entre la mano y la ventana, que es el de la habitación, está caliente. Por eso no se enfría antes la mano; sólo lo hace al acercarla a la ventana. Por lo tanto, la mano no se enfría porque haya perdido calor por conducción o por convección; perder calor de esa forma en una medida significativa sólo hubiera sido posible si el aire hubiera estado bastante más frío que el dorso de la mano. Lo que ocurre es otra cosa: el calor se pierde por radiación.

La radiación es un fenómeno físico, un fenómeno que tiene lugar entre dos objetos que no se encuentran en contacto. Cuando hay una diferencia de temperatura entre esos dos objetos, se produce una radiación electromagnética del cuerpo más caliente al cuerpo más frío. En este caso entre el dorso de la mano y la ventana. Es una radiación infrarroja; esto es, una radiación cuya longitud de onda es más larga que la que corresponde al color rojo o, lo que es lo mismo, de menor frecuencia que la del rojo.

Los seres humanos no vemos radiaciones en esa zona del espectro electromagnético. Sí detectamos la transferencia de calor, pero somos incapaces de “ver”, -como vemos la luz-, la radiación que nos envían los objetos que están más calientes que nosotros.

Sin embargo, hay animales que sí “reciben” la radiación infrarroja de un modo similar a como recibimos las ondas cuya frecuencia corresponde a la zona visible del espectro. Son las serpientes de cascabel de los géneros Crotalus y Sistrurus. Parece ser que el calor guía a la serpiente de cascabel cuando ataca a una presa. Sus únicas presas son animales homeotermos, de sangre caliente precisamente, y han de estar vivas. De hecho no suele atrapar animales muertos; sólo lo hace si están más calientes que el entorno, y lo puede hacer hasta con los ojos cerrados.

Esa facultad receptora parece deberse a los denominados “orificios faciales”. Esos orificios se encuentran a ambos lados de la zona anterior de la cabeza, entre el orificio nasal y el ojo. La razón por la que se atribuye a esos orificios ese papel receptor es que los nervios que los conectan con el cerebro sólo presentan actividad eléctrica en respuesta a estímulos térmicos. Ni el sonido, ni otro tipo de vibraciones o estímulos lumínicos provocan respuestas nerviosas; sólo las provocan los objetos más calientes que el entorno que se colocan frente a la serpiente.

Al ser tan especial, existen dudas acerca de la verdera efectividad de ese sistema receptor de información térmica, pero tiene gran interés lo que indica acerca de la capacidad de los animales para adaptarse al entorno. Las serpientes que exhiben esta capacidad habitan en Centroamérica y son muy comunes en zonas desérticas. En esas zonas hace calor de día, pero baja mucho la temperatura en la noche, por lo que los ratones y otros pequeños mamíferos de hábitos nocturnos, al ser homeotermos, están mucho más calientes que el entorno en el que se encuentran. ¿Puede concebirse acaso mejor dispositivo que ese para cazar bajo esas condiciones?

“Tres personas fallecieron ayer, tras sufrir una parálisis muscular generalizada, víctimas de una intoxicación tras ingerir una preparación casera de fugu”. Un titular similar a este aparece cada cierto tiempo en la prensa japonesa. Cada año, un número variable de japoneses, de entre 100 y 200 de acuerdo con estimaciones más bien modestas, fallecen víctimas de una peculiar intoxicación alimentaria.

Lo más llamativo de este fenómeno es que la intoxicación en cuestión no se debe a que el alimento consumido se encuentre en mal estado, ni a un accidente de la naturaleza similar al que provocan las mareas rojas sobre los moluscos. No, en este caso, se trata de algo diferente. El responsable de la intoxicación es un curioso pez, el pez globo. Su nombre se debe al hecho de que cuando se siente amenazado, se hincha y aumenta su volumen, adoptando una forma prácticamente esférica. Se trata de un comportamiento defensivo similar al que adoptan muchos otros animales que tratan de aparentar ser más grandes de lo que son para infundir más respeto en sus posibles depredadores o competidores.

Pero no es ese el único mecanismo defensivo del que hace gala tan aparatoso ser. A los que no se han arredrado ante el despliegue defensivo y han tenido el atrevimiento de comérselos, todavía les reserva una desagradable sorpresa. En efecto, una vez ingerido, una potente toxina que se encuentra en sus órganos provoca parálisis muscular generalizada de consecuencias fatales para el atrevido e infortunado deprededor. En humanos, por ejemplo, el efecto de la tetrodotoxina es mortal en un 60 % de los casos en los que aparecen síntomas de intoxicación.

Evidentemente, la pregunta que suscitan datos tan alarmantes es cuál es la razón por la que los japoneses asumen tan altos riesgos. La respuesta parece obvia. A decir de los gourmets japoneses, la carne de pez globo, en cualquiera de sus múltiples preparaciones, es el manjar más exquisito. Hay sin embargo quien piensa que, en el fondo, no es sino una versión culinaria y menos arriesgada de la ruleta rusa. Sea como fuere, lo cierto es que es el pescado más apreciado por los japoneses. Cada año se consumen en Japón del orden de 10.000 toneladas de este pez, y eso que es uno de los alimentos más caros de ese país.

En la Edad Media, durante el shogunato Tokugawa y, posteriormente, durante el periodo Meijí (1868-1912) el consumo de pez globo llegó a estar prohibido por las autoridades y en la actualidad se mantiene una estricta regulación sobre su consumo. Sólo está permitido el consumo de pez globo en uno de los 1.500 restaurantes en los que es elaborado por cocineros especialmente entrenados para minimizar el riesgo de intoxicación. Se requiere superar una exigente prueba –sólo lo consigue una cuarta parte de los que lo solicitan- para adquirir la correspondiente acreditación. Sin embargo, una parte importante del consumo se realiza en los hogares de los japoneses y la preparación corre a cargo de los mismos consumidores. Hay restaurantes, incluso, en los que dependiendo de quién lo solicite, llegan a servirse piezas del pez cuyo consumo está taxativamente prohibido. En 1975, un célebre actor, Mitsugoro Bando VIII, al que se había concendido el título de “Tesoro vivo del Japón”, falleció en un restaurante tras consumir cuatro platos de hígado de pez globo. Se da la circunstancia de que son el hígado, la gónada femenina y la piel, los órganos en los que más abunda la toxina y cuyo consumo está rigurosamente prohibido.

La toxina en cuestión, llamada tetrodotoxina, actúa sobre el sistema nervioso, incapacitando a las neuronas para transmitir impulsos. En todos los animales los impulsos nerviosos consisten en la propagación a lo largo de las neuronas de cambios de polaridad eléctrica entre el interior y el exterior de las membranas celulares. Esos cambios se producen porque en las membranas de las neuronas hay unos canales que, dependiendo de que estén abiertos o cerrados, permiten que pasen cargas eléctricas hacia el interior o el exterior de las células. Lo que hace la tetrodotoxina es bloquear uno de esos canales, de forma que impide el movimiento de cargas eléctricas necesario para que se propaguen los impulsos.

Parece ser que la tetrodotoxina es producida por unas bacterias que se alojan en los tejidos del pez globo, manteniendo con aquél una relación simbióntica. Lo curioso es que este pez tolera la presencia de tetrodotoxina en sus tejidos sin que su sistema nervioso se resienta. Y la razón de esa tolerancia es que los canales de las membranas neuronales a los que se ha aludido antes son diferentes en esta especie y no pueden ser bloqueados por la toxina.

Lo que probablemente muchos japoneses desconocen es que la tetrodotoxina ha resultado de gran utilidad en el campo de las neurociencias. Una parte sustancial de lo que hoy sabemos acerca del modo en que se transmiten los impulsos nerviosos se debe a la utilización de neurotóxicos, y entre ellos la tetrodotoxina, con propósitos científicos. Los neurotóxicos que actuan bloqueando canales han resultado muy útiles. Su uso, en combinación con otras técnicas, nos ha permitido conocer en qué consisten y como se producen las corrientes eléctricas que atraviesan las membranas neuronales. Y son esas corrientes las responsables de que se puedan propagar impulsos nerviosos.

Así, resulta que una sustancia natural, de efectos potencialmente letales, ha contribuido al avance del conocimiento científico en el campo de las neurociencias. Y es este campo uno de aquéllos de cuyo desarrollo cabe esperar importantes aportaciones a la salud y bienestar humanos.

Nota: la traducción del título es "Quiero comer fugu, pero no quiero morir” (verso de una antigua canción japonesa)

Aquí puedes ver un pez globo en acción: