(Pogonomyrmex maricopa Wheeler, 1914)... inchiesta

(Pogonomyrmex maricopa Wheeler, 1914)... inchiesta

Il veleno più potente tra gli insetti e il problema di stabilire che cosa significhi davvero essere…

(Pogonomyrmex maricopa Wheeler, 1914)... inchiesta

Il veleno più potente tra gli insetti e il problema di stabilire che cosa significhi davvero essere “velenosi”

Esiste un insetto capace di mettere in crisi una delle classificazioni più diffuse nella divulgazione zoologica: quella dell'animale “più velenoso del mondo”. La risposta che ricorre più frequentemente conduce a una piccola formica nordamericana, Pogonomyrmex maricopa, appartenente alla famiglia Formicidae e conosciuta comunemente come Maricopa harvester ant, una delle formiche raccoglitrici del genere Pogonomyrmex

La sua fama non deriva dalle dimensioni, che sono modeste, né dalla quantità assoluta di veleno che una singola operaia può introdurre in un vertebrato, né dal fatto che sia necessariamente l'insetto più pericoloso per l'uomo. Deriva invece dalla straordinaria potenza biologica del suo veleno quando questa viene misurata attraverso parametri tossicologici sperimentali

Gli studi comparativi sui veleni degli imenotteri hanno infatti mostrato che il veleno di Pogonomyrmex maricopa possiede una letalità eccezionalmente elevata nei mammiferi da laboratorio. In particolare, il valore di LD₅₀ riportato per il veleno di questa specie nei topi è nell'ordine di circa 0,12 mg/kg, un valore enormemente inferiore a quello osservato per il veleno dell'ape mellifera, generalmente riportato intorno a 2,8–3,5 mg/kg nelle condizioni sperimentali considerate

Ma proprio qui comincia la vera inchiesta

Dire che Pogonomyrmex maricopa possiede il “veleno più tossico” non significa automaticamente dire che sia l'insetto più pericoloso per l'uomo, quello che produce la puntura più dolorosa, quello che inietta la maggiore quantità di veleno, quello capace di provocare più morti oppure quello dotato della singola molecola più letale

La tossicologia degli animali velenosi è molto più complessa

Per comprendere veramente il fenomeno bisogna quindi separare almeno quattro concetti che nella divulgazione vengono continuamente sovrapposti: tossicità del veleno, quantità inoculata, efficacia dell'apparato velenifero e vulnerabilità dell'organismo colpito

Ed è proprio questa distinzione che permette di comprendere perché una piccola formica possa possedere un'arma chimica apparentemente sproporzionata rispetto al proprio corpo

Velenoso, velenifero e tossico non significano la stessa cosa

Nel linguaggio comune le parole “velenoso” e “velenifero” vengono spesso utilizzate come sinonimi, ma dal punto di vista biologico esiste una differenza fondamentale tra un organismo che contiene sostanze tossiche e un organismo che possiede un apparato specializzato per introdurle attivamente in un altro animale

Un organismo velenoso, nel senso più rigoroso di poisonous, danneggia il potenziale predatore quando le sostanze tossiche vengono ingerite, assorbite o in alcuni casi trasferite attraverso il contatto

Un organismo velenifero, nel senso di venomous, possiede invece un sistema di somministrazione attiva, come un pungiglione, una zanna, un apparato boccale specializzato o un'altra struttura capace di introdurre una secrezione biologicamente attiva nei tessuti della vittima

Questa differenza è fondamentale quando si parla di insetti

Le api, le vespe e numerose formiche non sono semplicemente insetti che “contengono veleno”: possiedono vere strutture anatomiche dedicate alla produzione, conservazione e inoculazione del veleno

Negli imenotteri aculeati il pungiglione femminile deriva evolutivamente dall'apparato ovopositore e si è trasformato in un dispositivo di difesa e, in numerose linee evolutive, anche di cattura della preda

Questo significa che l'evoluzione non ha prodotto soltanto una sostanza tossica, ma un intero sistema

La ghiandola produce la secrezione

Il serbatoio la conserva

I dotti la trasportano

Il pungiglione o l'apparato di inoculazione la introduce nei tessuti

La muscolatura e il comportamento dell'insetto determinano infine quando e come utilizzare questa arma

Il veleno è dunque soltanto una parte di un sistema biologico molto più complesso

L'insetto che ha dato origine alla leggenda del veleno più potente

Pogonomyrmex maricopa appartiene al genere Pogonomyrmex, un gruppo di formiche prevalentemente associate ad ambienti aperti dell'America settentrionale e meridionale e specializzate, in misura variabile secondo la specie, nella raccolta e nell'utilizzazione di semi

La biologia di queste formiche è particolarmente interessante perché il loro veleno non deve essere interpretato semplicemente come un'arma destinata a uccidere altri insetti

Molte specie del genere raccolgono semi e materiale vegetale e non dipendono dalla cattura continua di grandi prede animali per alimentare la colonia

Questo rende ancora più interessante la straordinaria potenza del veleno

L'ipotesi più importante è che una parte della pressione selettiva responsabile di questa chimica velenosa sia legata alla difesa contro vertebrati, compresi animali capaci di attaccare le colonie e soprattutto predatori interessati alle riserve alimentari sotterranee

Le formiche raccoglitrici devono infatti difendere risorse accumulate in un nido che può rappresentare un bersaglio estremamente prezioso

Un predatore di piccole dimensioni può essere scoraggiato da un singolo morso o da una singola puntura

Un mammifero relativamente grande può invece distruggere una colonia se non viene rapidamente dissuaso

In questo contesto un veleno estremamente potente può rappresentare una soluzione evolutiva straordinariamente efficiente

Non è necessario produrre enormi quantità di veleno

È sufficiente produrne una piccola quantità capace di provocare una risposta biologica molto intensa

Ed è precisamente questo il principio che rende Pogonomyrmex maricopa così eccezionale

Che cosa significa davvero LD₅₀

La sigla LD₅₀ è uno dei concetti più importanti dell'intera questione

Indica la dose letale mediana, cioè la quantità di una sostanza che, in uno specifico modello sperimentale e attraverso una specifica via di somministrazione, determina la morte del 50% degli animali sottoposti alla prova

La parola fondamentale è “dose”

Un valore di 0,12 mg/kg non significa che 0,12 milligrammi di veleno uccidano automaticamente qualunque animale di un chilogrammo

Significa che, nelle condizioni sperimentali nelle quali quel dato è stato ottenuto, quella dose ha prodotto una mortalità del 50% nel modello utilizzato

La via di inoculazione è importante

La specie animale è importante

La purezza e la composizione del veleno sono importanti

La temperatura, il tempo di osservazione e il protocollo sperimentale sono importanti

Anche la provenienza geografica degli individui può essere importante

Per questa ragione confrontare direttamente valori di LD₅₀ provenienti da studi diversi richiede cautela

Nonostante queste limitazioni, il valore estremamente basso osservato per Pogonomyrmex maricopa è sufficientemente impressionante da averle attribuito un posto eccezionale nella letteratura sui veleni degli insetti

Uno studio recente sui meccanismi molecolari del veleno delle formiche mietitrici ha ribadito che i veleni del genere Pogonomyrmex possiedono la maggiore letalità verso mammiferi tra i veleni degli insetti testati fino a oggi e ha riportato per P. maricopa un LD₅₀ di circa 0,12 mg/kg nei topi

Perché un numero così piccolo è impressionante

Per comprendere la differenza è sufficiente confrontare gli ordini di grandezza

Il veleno dell'ape mellifera, Apis mellifera, presenta valori di LD₅₀ riportati intorno a 2,8–3,5 mg/kg in determinate prove sperimentali

Il veleno di Pogonomyrmex maricopa si colloca invece intorno a 0,12 mg/kg nello stesso tipo generale di confronto

Il rapporto tra questi valori è di oltre venti volte se si prende come riferimento 2,8 mg/kg

Questo non significa che una formica sia venti volte più pericolosa di un'ape in ogni situazione

Significa che, in quel particolare parametro tossicologico, una massa molto più piccola di veleno di P. maricopa è sufficiente a raggiungere un effetto letale comparabile nel modello sperimentale

Questa distinzione è fondamentale

Un veleno può essere potentissimo ma prodotto in quantità minuscole

Un altro può essere meno potente per milligrammo ma prodotto e inoculato in quantità molto maggiori

La pericolosità reale dell'animale nasce dall'interazione tra questi due fattori e dal comportamento dell'organismo

Il veleno più potente non è necessariamente quello che uccide più facilmente

Questo è probabilmente il punto più importante dell'intera inchiesta

Immaginiamo due insetti

Il primo produce un veleno estremamente potente ma può inocularne soltanto una quantità minuscola

Il secondo produce un veleno meno potente ma può inoculare una quantità molto maggiore e può effettuare numerose punture consecutive

Non è difficile capire che il secondo potrebbe risultare più pericoloso in una situazione reale

Per questo motivo la letteratura tossicologica distingue tra potenza intrinseca del veleno e capacità complessiva di envenomazione

La quantità di veleno contenuta nell'apparato velenifero, la quantità effettivamente inoculata, la possibilità di ripetere la puntura, la capacità dell'animale di inseguire la vittima e il comportamento sociale possono modificare radicalmente il risultato

L'ape mellifera rappresenta un esempio straordinario

Il suo veleno è molto meno potente di quello di Pogonomyrmex maricopa in termini di LD₅₀, ma un attacco di una colonia può coinvolgere centinaia o migliaia di individui

Inoltre l'apparato pungente dell'operaia rimane normalmente nella pelle dei mammiferi e continua a contribuire all'inoculazione del veleno anche dopo che l'ape si è separata dalla vittima

La colonia può quindi trasformare una tossina individualmente relativamente meno potente in un problema di envenomazione estremamente serio

La quantità di veleno conta quanto la sua tossicità

Una delle ragioni per cui i confronti superficiali tra insetti velenosi sono spesso fuorvianti consiste nel confondere la tossicità del veleno con la quantità disponibile

L'ape mellifera può inoculare mediamente nell'ordine di 140–150 microgrammi di veleno durante una puntura, anche se il valore varia secondo le condizioni

Un insetto più piccolo può possedere un veleno più potente ma avere un serbatoio molto meno voluminoso

Il risultato finale dipende quindi da un'equazione biologica molto semplice nella sua struttura ma complessa nella realtà

Potenza del veleno moltiplicata per quantità inoculata moltiplicata per efficacia della somministrazione

A questo si aggiungono la fisiologia della vittima, il numero di punture e la sede dell'envenomazione

Ecco perché non esiste una classifica assoluta nella quale sia possibile stabilire che un insetto è “venti volte più pericoloso” di un altro soltanto guardando il valore di LD₅₀

La vera arma di Pogonomyrmex maricopa

La straordinaria efficacia del veleno di Pogonomyrmex maricopa non è dovuta a una singola proprietà facilmente riassumibile con la parola “veleno”

Il veleno degli imenotteri è un cocktail biologico complesso

Contiene peptidi, proteine, enzimi, ammine biogene, composti a basso peso molecolare e altre sostanze che possono avere funzioni differenti

Una revisione sistematica dei veleni degli imenotteri ha identificato centinaia di proteine e peptidi veleniferi appartenenti a numerose famiglie molecolari e capaci di agire su membrane, canali ionici, recettori, enzimi e altri bersagli biologici

Questa complessità è essenziale perché il veleno non deve necessariamente uccidere la vittima attraverso un solo meccanismo

Può provocare dolore

Può alterare la trasmissione nervosa

Può danneggiare membrane cellulari

Può modificare la risposta immunitaria

Può provocare infiammazione

Può interferire con la fisiologia dei tessuti

Può contribuire alla paralisi

E, nel caso di determinati organismi e determinate dosi, può condurre alla morte

Il veleno è quindi una vera piattaforma biochimica

Il sistema nervoso come bersaglio

Uno degli aspetti più interessanti dei veleni delle formiche mietitrici riguarda l'interazione con il sistema nervoso

Lo studio moderno di Pogonomyrmex maricopa ha identificato peptidi veleniferi capaci di interagire con i canali del sodio voltaggio-dipendenti dei vertebrati, strutture fondamentali per la generazione e la propagazione dei segnali elettrici nelle cellule nervose e muscolari

I canali ionici rappresentano bersagli straordinariamente importanti per i veleni animali

Alterare il loro funzionamento significa intervenire direttamente sulla comunicazione elettrica dell'organismo

Un segnale nervoso non è semplicemente un impulso astratto

È il risultato coordinato di cambiamenti nella permeabilità della membrana cellulare agli ioni

Se un veleno modifica questi processi, può alterare la percezione del dolore, la contrazione muscolare, la trasmissione nervosa e, a seconda del bersaglio, funzioni fisiologiche essenziali

È proprio questo uno dei principi che accomuna moltissimi veleni animali, dai serpenti ai ragni, dagli scorpioni agli imenotteri

La soluzione evolutiva può essere diversa, ma il bersaglio biologico può essere sorprendentemente simile

Il dolore non è la stessa cosa della letalità

La fama di alcuni insetti velenosi deriva soprattutto dal dolore provocato dalla puntura

Ma dolore e letalità sono due proprietà biologiche differenti

La formica proiettile, Paraponera clavata, è celeberrima per la straordinaria intensità del dolore associato alla puntura e occupa una posizione storica molto alta nelle classificazioni della scala del dolore di Schmidt

Questo non significa però che il suo veleno sia il più tossico tra quelli degli insetti

In una tabella comparativa dei valori di LD₅₀, Paraponera clavata presenta un valore molto più elevato rispetto a Pogonomyrmex maricopa, circa 1,4 mg/kg nel confronto riportato, mentre P. maricopa è nell'ordine di 0,12 mg/kg

La differenza è concettualmente fondamentale

Paraponera clavata può essere una delle formiche dalla puntura più dolorosa

Pogonomyrmex maricopa può invece essere considerata, sulla base dei dati sperimentali disponibili, una delle formiche dal veleno più letale per unità di massa

Dolore e tossicità non sono la stessa cosa

La scala di Schmidt non misura la tossicità

La scala del dolore di Schmidt viene spesso citata negli articoli sugli insetti velenosi, ma deve essere utilizzata correttamente

Essa riguarda l'esperienza del dolore provocato dalla puntura e non costituisce una graduatoria della letalità biochimica del veleno

Una sostanza può provocare un dolore violentissimo senza avere una letalità elevatissima

Un'altra può essere estremamente tossica ma produrre un'esperienza dolorosa differente

Il dolore è il risultato dell'interazione tra molecole velenifere, recettori sensoriali, tessuti colpiti e sistema nervoso

La morte invece può derivare dall'interferenza con sistemi fisiologici essenziali

Le due proprietà possono essere correlate in alcuni casi, ma non sono equivalenti

La formica proiettile contro la formica mietitrice

Il confronto tra Paraponera clavata e Pogonomyrmex maricopa è particolarmente istruttivo

La prima possiede un veleno famoso soprattutto per l'effetto dolorifico e per la grande quantità di informazioni disponibili sulla sua composizione e farmacologia

La seconda possiede invece un veleno caratterizzato da una letalità sperimentale eccezionalmente elevata nei mammiferi

Non sono due versioni della stessa arma

Sono due soluzioni evolutive differenti

La selezione naturale può favorire una miscela che provochi dolore immediato e intenso, rendendo il predatore incapace o riluttante a continuare l'attacco

Oppure può favorire una tossina capace di interferire rapidamente con funzioni fisiologiche essenziali

In una specie sociale, inoltre, l'obiettivo non deve necessariamente essere uccidere

Se una puntura produce dolore violentissimo e immediato, il predatore può abbandonare il nido

Dal punto di vista evolutivo l'animale che fugge è già un predatore neutralizzato

Perché le formiche possiedono veleni così diversi

Le formiche rappresentano uno dei gruppi più interessanti per studiare l'evoluzione del veleno

La loro diversificazione ecologica è enorme

Alcune specie predano insetti

Altre cacciano ragni

Altre catturano piccoli artropodi

Altre utilizzano il veleno principalmente per difesa

Altre ancora hanno sviluppato cocktail chimici destinati a immobilizzare rapidamente prede particolari

Una revisione del “arsenale” biochimico dei veleni delle formiche mostra la presenza di fosfolipasi, peptidi, proteine e altre molecole capaci di provocare danno cellulare, infiammazione, interferenza con membrane e alterazioni fisiologiche

Questa diversità è il risultato di milioni di anni di evoluzione

Il veleno non è una sostanza universale

È una tecnologia biologica costruita attorno all'ecologia della specie

Il mistero evolutivo delle formiche mietitrici

Nel caso di Pogonomyrmex la domanda diventa ancora più interessante

Se l'animale non è un predatore specializzato di grandi vertebrati, perché possiede un veleno così potente?

Una possibile risposta risiede nella difesa delle risorse

Le formiche mietitrici raccolgono semi e li trasportano al nido

Queste riserve rappresentano una risorsa energetica accumulata dalla colonia

Un animale che scopra un nido può tentare di scavare, disturbare o predare la colonia

La selezione naturale può quindi favorire una risposta estremamente efficace contro i vertebrati

Il veleno diventa una barriera chimica

Il predatore non deve necessariamente essere ucciso

Deve essere convinto che continuare l'attacco sia una pessima idea

Il problema è che una sostanza selezionata per scoraggiare vertebrati può diventare, accidentalmente o direttamente, estremamente potente anche nei mammiferi utilizzati nei test tossicologici

La straordinaria potenza non rende la formica invincibile

Un errore comune consiste nel trasformare Pogonomyrmex maricopa in una specie quasi mitologica

Non è così

La formica è piccola

Il veleno viene prodotto in quantità limitata

La formica deve raggiungere la vittima

Deve utilizzare il pungiglione

Deve riuscire a inoculare una quantità sufficiente

E la risposta dell'animale colpito dipende dalla sua fisiologia

Inoltre non tutti i vertebrati reagiscono allo stesso modo

Un dato particolarmente interessante emerge dagli studi sui rettili che predano le formiche mietitrici

Alcuni lucertoloni cornuti del genere Phrynosoma hanno sviluppato una resistenza straordinaria ai veleni di Pogonomyrmex

In uno studio classico, la dose letale del veleno di P. maricopa risultava enormemente superiore nei lucertoloni cornuti rispetto ai topi, mostrando che la stessa sostanza può avere effetti radicalmente diversi in specie differenti

Questo fenomeno dimostra qualcosa di fondamentale

La tossicità non esiste nel vuoto

Esiste sempre una relazione tra veleno e organismo bersaglio

La corsa evolutiva tra predatore e preda

La relazione tra Pogonomyrmex e i suoi predatori rappresenta un esempio di coevoluzione

Una formica sviluppa un veleno potente

Un predatore specializzato impara a tollerarlo

La pressione selettiva cambia

La formica può essere spinta verso nuove combinazioni molecolari

Il predatore può sviluppare ulteriori meccanismi di resistenza

Si crea una corsa evolutiva

Il caso dei lucertoloni cornuti è particolarmente spettacolare perché questi rettili si sono specializzati nel consumo di formiche e possono incontrare proprio quelle specie dotate dei veleni più potenti

Lo studio della loro resistenza ha inoltre fornito informazioni importanti sulla possibilità che componenti del sangue neutralizzino o attenuino gli effetti delle tossine delle formiche

L'insetto apparentemente “più velenoso” del mondo può quindi incontrare in natura un animale che lo mangia regolarmente

Questo è uno dei paradossi più affascinanti della tossicologia evolutiva

L'ape mellifera è meno tossica ma può essere molto più pericolosa

La distanza tra tossicità e pericolosità diventa ancora più evidente osservando Apis mellifera

Il veleno dell'ape mellifera contiene numerosi componenti biologicamente attivi

Tra i più importanti vi sono la melittina, la fosfolipasi A₂, l'ialuronidasi e diverse altre proteine e peptidi

La melittina costituisce una porzione molto importante del veleno secco e possiede una forte attività sulle membrane cellulari

La fosfolipasi A₂ agisce invece sui fosfolipidi delle membrane

L'insieme di queste attività contribuisce al dolore, all'infiammazione e al danno tissutale associati alla puntura

Ma l'aspetto più importante per l'uomo non è necessariamente la tossicità pura del veleno

È la possibilità di ricevere numerose punture

Una colonia di api può contenere migliaia di individui

Quando una minaccia viene interpretata come pericolosa, la risposta difensiva può diventare collettiva

La situazione cambia quindi completamente rispetto alla singola formica

La quantità può trasformare un veleno relativamente moderato in un evento grave

Il veleno dell'ape mellifera possiede un LD₅₀ significativamente più alto rispetto a quello di Pogonomyrmex maricopa, ma l'esposizione a centinaia di punture rappresenta un evento di envenomazione completamente diverso dalla singola puntura

Una revisione clinica del veleno dell'ape ha stimato che, in un adulto non allergico, il carico di veleno associato a un numero molto elevato di punture può raggiungere livelli potenzialmente letali, pur sottolineando che età, peso corporeo, numero di punture, condizioni individuali e sensibilizzazione immunologica modificano profondamente il rischio

Questo significa che l'uomo non può essere classificato semplicemente come “resistente” o “sensibile” al veleno

Esiste una scala continua di esposizione

Una puntura può provocare dolore e gonfiore

Molte punture possono provocare una tossicità sistemica

Una singola puntura in una persona sensibilizzata può invece provocare una reazione anafilattica potenzialmente mortale

Sono meccanismi differenti

La grande trappola dell'anafilassi

Qui la distinzione diventa ancora più importante

Una persona può morire dopo una singola puntura senza che ciò significhi necessariamente che il veleno abbia raggiunto una dose tossica letale nel senso classico della tossicologia

La causa può essere una reazione allergica sistemica

L'anafilassi è una risposta immunologica che può coinvolgere contemporaneamente più apparati e può evolvere rapidamente

In questo caso la quantità di veleno necessaria per provocare un evento grave può essere molto inferiore a quella necessaria per causare una tossicità diretta attraverso un meccanismo dose-dipendente

Le linee guida cliniche sulle allergie da imenotteri sottolineano infatti che api, vespe e altri imenotteri aculeati sono importanti cause di reazioni sistemiche IgE-mediate e che la gravità può variare da reazioni locali fino all'anafilassi

Quindi anche la frase “una puntura non può uccidere un uomo perché non contiene abbastanza veleno” è scientificamente scorretta

Dipende dal meccanismo

Tossicità diretta e allergia sono due guerre biologiche differenti

Nel caso della tossicità diretta il veleno agisce come una miscela farmacologicamente attiva

Le sue molecole raggiungono determinati bersagli

Interferiscono con membrane, enzimi, canali ionici o altri sistemi

La gravità tende a dipendere dalla dose effettiva e dalla distribuzione della sostanza

Nell'allergia, invece, il sistema immunitario riconosce determinati componenti del veleno come antigeni e può attivare una risposta sproporzionata

La stessa quantità di veleno può quindi provocare reazioni molto diverse in individui differenti

Questa differenza spiega perché il concetto di “numero di punture letali” deve essere trattato con grande prudenza quando viene applicato all'uomo

Il caso delle vespe

Le vespe aggiungono un ulteriore livello di complessità

A differenza dell'ape mellifera, molte vespe possono ritirare il pungiglione e pungere ripetutamente

Alcune specie possiedono inoltre apparati veleniferi capaci di introdurre quantità considerevoli di secrezione

Il veleno delle vespe contiene numerose proteine allergeniche e peptidi biologicamente attivi

Tra gli allergeni più importanti dei vespidi figurano fosfolipasi A₁, ialuronidasi e antigeni del gruppo Antigen 5

Il risultato è che una vespa può essere pericolosa attraverso una combinazione di fattori

Può pungere più volte

Può appartenere a una specie sociale

Può provocare reazioni dolorose

Può inoculare allergeni

Può partecipare a un attacco collettivo

E alcune specie possono possedere veleni con notevole attività biologica

Ancora una volta, però, nessuno di questi parametri da solo identifica “l'insetto più velenoso”

E il calabrone gigante?

Vespa mandarinia viene spesso inserita nelle classifiche degli insetti più pericolosi del mondo

Il suo veleno è certamente biologicamente potente e l'insetto possiede dimensioni notevoli rispetto a molte altre vespe

Un confronto tossicologico riportato in letteratura attribuisce al suo veleno un LD₅₀ di circa 4,4 mg/kg, quindi molto superiore a quello misurato per Pogonomyrmex maricopa

Ma il calabrone gigante dispone di un vantaggio completamente diverso

La dimensione dell'animale

La quantità di veleno disponibile

La capacità di pungere ripetutamente

Il comportamento difensivo della colonia

La possibilità di provocare molte punture

Questi elementi possono rendere un attacco molto grave senza che il veleno sia il più potente per unità di massa

È la dimostrazione perfetta della differenza tra tossicità e pericolosità

E la vespa falco delle tarantole?

Il genere Pepsis è diventato famoso per le punture estremamente dolorose e per la capacità delle femmine di paralizzare le tarantole

Ma anche in questo caso la parola “doloroso” non deve essere confusa con “più tossico”

Il veleno delle vespe cacciatrici di ragni è stato evolutivamente modellato per produrre una paralisi efficace e controllata della preda

La vittima deve rimanere sufficientemente viva da poter essere utilizzata come risorsa per la larva

Questo è un obiettivo biologico completamente diverso dall'uccisione immediata

Il veleno è quindi una sofisticata tecnologia di immobilizzazione

L'evoluzione non cerca necessariamente il veleno più letale

Cerca il veleno più efficace per quella particolare funzione

Il caso della “cow killer”

Anche le mutille, comunemente chiamate velvet ants, vengono spesso presentate come insetti estremamente velenosi

Il nome popolare “cow killer” ha contribuito enormemente alla loro reputazione

Ma la realtà scientifica è molto più interessante

La femmina di una mutille è aptera e possiede un pungiglione molto efficace

Il dolore può essere considerevole

La capacità di difesa è notevole

Ma i dati tossicologici disponibili per Dasymutilla klugii mostrano un LD₅₀ nel topo intorno a 71 mg/kg, quindi enormemente superiore a quello di Pogonomyrmex maricopa

Questa è una delle dimostrazioni più nette del fatto che una puntura estremamente dolorosa non equivale a un veleno estremamente tossico

La reputazione popolare e la tossicologia possono raccontare due storie completamente diverse

Perché il dolore è una strategia evolutiva così efficace

Il dolore non è un effetto collaterale inutile

Dal punto di vista evolutivo può essere un'arma

Un animale che viene punto e prova immediatamente un dolore intenso può interrompere l'attacco

La formica non deve quindi necessariamente uccidere il predatore

Deve convincerlo a ritirarsi

Questo principio è particolarmente efficace contro mammiferi di dimensioni molto superiori

Una piccola formica non potrebbe competere fisicamente con un roditore, una lucertola o un altro vertebrato

Può però possedere una sostanza che rende estremamente costoso continuare a scavare nel nido

La selezione naturale può quindi favorire una combinazione di dolore e tossicità

Il veleno come linguaggio chimico

Il veleno non è soltanto un'arma

In alcuni imenotteri contiene componenti che possono avere anche funzioni ecologiche differenti

Le secrezioni velenifere possono contribuire alla comunicazione, alla deterrenza e alla manipolazione del comportamento della vittima o di altri organismi

Le revisioni sui veleni degli imenotteri mostrano infatti che questi cocktail contengono una combinazione di tossine e componenti non necessariamente tossici, comprese sostanze coinvolte in comunicazione e interazioni ecologiche

Questa osservazione cambia completamente la prospettiva

Il veleno non deve essere immaginato come una semplice “pozione mortale”

È un prodotto secretorio altamente evoluto

La sua composizione è il risultato di selezione naturale

La sua funzione dipende dall'ecologia dell'insetto

E la sua efficacia può dipendere da interazioni estremamente specifiche con altri organismi

Un arsenale composto da decine di molecole

L'analisi moderna dei veleni attraverso proteomica, trascrittomica e altre tecniche ha rivelato una complessità che la vecchia idea del “veleno” non lasciava immaginare

Una revisione ha catalogato 282 proteine e tossine velenifere degli imenotteri appartenenti a 21 famiglie o superfamiglie e provenienti da api, vespe e formiche

Questi componenti possono avere bersagli biologici molto differenti

Alcuni interagiscono con membrane cellulari

Altri con canali ionici

Altri con enzimi

Altri con recettori

Altri ancora sono associati a fenomeni allergici

La combinazione finale può essere unica per una determinata specie o per un determinato gruppo evolutivo

Questo spiega perché non esiste “il veleno degli imenotteri” come se fosse una sostanza uniforme

Esiste invece un enorme laboratorio naturale di biochimica evolutiva

La selezione naturale costruisce il veleno in base al nemico

Una formica che deve immobilizzare un bruco non ha necessariamente bisogno della stessa miscela di una formica che deve scoraggiare un mammifero

Una vespa che paralizza un ragno può avere esigenze diverse da una vespa sociale che difende il nido

Un'ape che difende una colonia deve affrontare predatori differenti da quelli affrontati da una formica solitaria

Il veleno è quindi una sorta di firma ecologica

La composizione racconta indirettamente qualcosa sulla vita dell'animale

La sua dieta

I suoi predatori

Le sue prede

Il tipo di colonia

L'ambiente

Il comportamento difensivo

E persino il tipo di tessuto che normalmente deve raggiungere

Quando il veleno diventa una macchina di precisione

Alcuni veleni sono talmente specializzati da poter essere considerati vere e proprie macchine molecolari

Un peptide può riconoscere un particolare canale ionico

Un enzima può degradare una componente della matrice extracellulare

Un altro composto può facilitare la diffusione di altre molecole nei tessuti

Un'altra molecola può provocare dolore

Un'altra ancora può contribuire alla risposta infiammatoria

La combinazione produce un effetto complessivo che non può essere spiegato osservando una sola molecola

Questo è particolarmente evidente nel veleno dell'ape mellifera, dove melittina, fosfolipasi e altri componenti interagiscono nel determinare gli effetti biologici complessivi

La domanda impossibile: qual è quindi l'insetto più velenoso?

Dopo questa analisi possiamo finalmente tornare alla domanda iniziale

Qual è veramente l'insetto più velenoso del mondo?

Se per “più velenoso” intendiamo il veleno di un insetto che ha mostrato una straordinaria potenza letale nei mammiferi nei test tossicologici comparativi disponibili, Pogonomyrmex maricopa rappresenta una delle risposte più solide e documentate

Il valore di circa 0,12 mg/kg riportato nei topi è eccezionalmente basso e gli studi moderni continuano a considerare i veleni di Pogonomyrmex tra quelli con la maggiore letalità osservata negli insetti

Ma se la domanda diventa “qual è l'insetto più pericoloso per l'uomo?”, la risposta cambia

Potrebbero entrare in gioco api, vespe sociali e altri imenotteri capaci di effettuare numerose punture

Se la domanda diventa “qual è l'insetto dalla puntura più dolorosa?”, la risposta cambia ancora

Entrano in gioco specie come Paraponera clavata e numerosi altri imenotteri valutati attraverso scale del dolore

Se la domanda diventa “qual è il veleno più tossico per un determinato animale?”, anche questa risposta può cambiare

La tossicità è sempre una relazione

Pogonomyrmex maricopa è quindi il vincitore?

Sì, ma soltanto se definiamo correttamente la gara

È scientificamente più corretto dire che Pogonomyrmex maricopa possiede uno dei veleni di insetto più potenti conosciuti in termini di letalità per unità di massa nei modelli mammiferi studiati, e che è stata descritta come la specie con il veleno più letale tra gli insetti testati in determinati confronti sperimentali

Non sarebbe invece corretto trasformare questa informazione nella frase assoluta “è l'insetto che uccide più facilmente l'uomo”

Quella conclusione non è sostenuta dai dati

La differenza è enorme

Una classifica scientifica deve essere costruita indicando sempre parametro, organismo bersaglio, dose e condizioni sperimentali

Il problema delle conversioni sull'uomo

Uno degli errori più frequenti nella divulgazione consiste nel prendere un LD₅₀ misurato nei topi e convertirlo direttamente in un numero di punture letali per un essere umano

Questa operazione può essere utilizzata soltanto come estrapolazione teorica estremamente approssimativa

Un topo non è un uomo

La distribuzione del veleno non è necessariamente identica

La sensibilità dei recettori può essere differente

La farmacocinetica può essere differente

Il metabolismo può essere differente

La risposta immunitaria può essere differente

Anche la massa corporea non è un semplice moltiplicatore biologico universale

Il valore di circa dodici punture necessario per uccidere un piccolo mammifero di circa due chilogrammi, citato in relazione al veleno di Pogonomyrmex maricopa, deriva infatti da un'interpretazione del dato tossicologico sperimentale e non rappresenta una dose letale umana stabilita clinicamente

Per questo motivo non è scientificamente corretto trasformare il dato in una “ricetta della morte”

La quantità di veleno inoculata da una singola formica

Anche la quantità effettivamente inoculata deve essere distinta dalla quantità totale contenuta nell'apparato velenifero

Un insetto può possedere una secrezione molto potente ma non necessariamente scaricarla completamente durante una singola puntura

L'inoculazione può dipendere dalla durata del contatto, dalla posizione del pungiglione, dal comportamento dell'animale e dalla risposta della vittima

Nei sistemi sociali può inoltre verificarsi una somministrazione ripetuta

La prima puntura può produrre una risposta

La risposta può attirare altri individui

Altri individui pungono

Il carico totale aumenta

Questo è uno dei motivi per cui il comportamento sociale può essere importante quanto la biochimica del veleno

Il paradosso delle colonie

Una colonia di formiche può essere considerata un singolo sistema difensivo composto da migliaia di individui

Ogni operaia possiede una quantità relativamente piccola di veleno

Ma l'insieme delle operaie può produrre una quantità enorme rispetto alla singola puntura

Il predatore non affronta quindi un insetto

Affronta una macchina biologica distribuita

Questo fenomeno raggiunge livelli ancora più impressionanti nelle api e nelle vespe sociali

L'insetto individuale è piccolo

La colonia può invece rappresentare un enorme serbatoio di capacità velenifera

Da questo punto di vista, la pericolosità di una specie sociale non può essere valutata soltanto sulla base del suo LD₅₀

Il veleno come arma contro i vertebrati

Uno degli aspetti più affascinanti del caso Pogonomyrmex è il fatto che un veleno tanto potente possa essere particolarmente efficace nei vertebrati

Molti veleni di insetti sono ottimizzati per agire sugli artropodi

Un bruco, un ragno o un altro insetto possiedono sistemi nervosi e fisiologie differenti dai mammiferi

Alcuni veleni possono essere potentissimi contro una preda ma relativamente poco efficaci contro un'altra

La particolare letalità di Pogonomyrmex maricopa nei mammiferi suggerisce quindi una storia evolutiva interessante

Il bersaglio non è necessariamente un insetto

La pressione selettiva può provenire da predatori vertebrati

La formica non deve necessariamente essere un predatore di mammiferi per possedere un veleno efficace contro i mammiferi

Deve semplicemente avere bisogno di difendersi da loro

Il veleno delle formiche come arma difensiva

Questa interpretazione è coerente con l'ecologia delle formiche mietitrici

Le riserve di semi costituiscono una risorsa preziosa

Una colonia può investire enormi quantità di energia nella raccolta e nella conservazione del cibo

Un vertebrato che distrugga il nido può quindi provocare un danno enorme

Un veleno estremamente efficace rappresenta una difesa relativamente economica

La formica non deve diventare grande

Non deve avere mandibole enormi

Non deve sviluppare una corazza impenetrabile

Può rimanere piccola e investire nell'arma chimica

È una delle soluzioni più eleganti che la selezione naturale abbia prodotto

Perché il veleno è spesso più interessante dell'insetto stesso

Lo studio dei veleni permette di entrare direttamente nella fisiologia dell'evoluzione

Un insetto non sviluppa una tossina perché “vuole essere pericoloso”

La tossina aumenta la sopravvivenza o il successo riproduttivo degli individui che la possiedono

Se una mutazione produce una sostanza che scoraggia meglio un predatore, quella mutazione può aumentare di frequenza

Se un peptide immobilizza più rapidamente una preda, può aumentare il successo alimentare

Se una combinazione di molecole produce un dolore più efficace, può migliorare la difesa della colonia

Nel corso di generazioni, queste differenze possono produrre sistemi veleniferi straordinariamente complessi

Il veleno è quindi una registrazione biochimica della storia evolutiva dell'organismo

La scoperta dei veleni non è finita

La ricerca moderna sta cambiando radicalmente la nostra conoscenza dei veleni degli insetti

Per molto tempo le quantità di veleno disponibili erano troppo piccole per permettere un'analisi dettagliata

Le tecniche moderne di proteomica e trascrittomica hanno invece permesso di identificare componenti presenti in quantità minuscole

Questo significa che molte specie considerate semplicemente “formiche che pungono” possono possedere arsenali molecolari ancora sconosciuti

La revisione sui veleni degli imenotteri ha sottolineato proprio questo problema: le tossine conosciute rappresentano soltanto una frazione della diversità potenziale dell'ordine, che comprende oltre centomila specie descritte e una quantità enorme di linee evolutive ancora scarsamente studiate dal punto di vista venómico

È quindi perfettamente possibile che la classifica degli insetti dai veleni più potenti cambi con l'aumentare delle specie analizzate

Potrebbe esistere un insetto ancora più velenoso?

Sì

Ed è una possibilità scientificamente concreta

La definizione “più velenoso conosciuto” è molto più corretta di “più velenoso esistente”

Per poter classificare un veleno bisogna prima averlo raccolto

Poi bisogna analizzarlo

Poi bisogna determinare la sua attività biologica

Poi confrontarlo con altre sostanze

Una specie rara, endemica di una regione poco esplorata o difficilissima da mantenere potrebbe possedere un veleno di straordinaria potenza senza che la scienza lo sappia ancora

Inoltre moltissimi insetti non sono mai stati studiati in dettaglio dal punto di vista venómico

La diversità potenziale è quindi enorme

Il vero limite delle classifiche

Le classifiche degli animali velenosi sono affascinanti perché trasformano un fenomeno biologico complesso in una competizione

Ma la natura non funziona come una gara

Un veleno può essere il più potente contro un topo

Un altro può essere più efficace contro un insetto

Un altro ancora può provocare più dolore

Un altro può avere una capacità allergenica superiore

Un altro può essere prodotto in quantità enormi

Un altro può essere somministrato centinaia di volte

La domanda “chi è il più velenoso?” ha quindi senso soltanto quando viene accompagnata dalla domanda “secondo quale parametro?”

È proprio questa la differenza tra divulgazione spettacolare e tossicologia

Il significato biologico del dolore

Anche il dolore deve essere rivalutato

Quando un insetto provoca dolore, non significa necessariamente che stia tentando di uccidere

Spesso sta cercando di ottenere l'effetto opposto

Vuole che il predatore smetta

Vuole essere lasciato in pace

Vuole proteggere la colonia

Vuole proteggere la preda che ha catturato

Vuole impedire che il suo corpo venga consumato

Il dolore può quindi essere interpretato come un segnale biologico estremamente efficiente

Un animale che associa rapidamente una determinata forma di attacco a una sensazione estremamente negativa può modificare il proprio comportamento

La tossina ha quindi prodotto un vantaggio per l'insetto senza necessariamente provocare la morte del bersaglio

Quando invece la morte diventa utile

In altri sistemi la morte del bersaglio può rappresentare un vantaggio

Se l'insetto deve catturare una preda per nutrire la prole, la paralisi può essere più utile dell'uccisione

Se invece deve impedire che un predatore torni, una sostanza letale può essere estremamente efficace

Nel caso delle formiche mietitrici, un predatore che subisce un forte effetto sistemico può imparare ad evitare quel tipo di colonia

L'evoluzione non deve quindi necessariamente massimizzare la mortalità

Deve massimizzare il vantaggio complessivo dell'organismo

Questa distinzione è fondamentale per comprendere perché veleni diversi abbiano proprietà così differenti

Il caso estremo di Pogonomyrmex maricopa

Pogonomyrmex maricopa rappresenta quindi una sorta di paradosso evolutivo

È un animale piccolo

Non è un grande predatore

Non possiede l'apparato velenifero di un serpente

Non produce quantità enormi di secrezione

Eppure possiede un veleno che, almeno nei modelli sperimentali considerati, può risultare straordinariamente letale per i mammiferi

Il suo segreto non è la quantità

È la potenza

Il veleno contiene componenti capaci di interferire con sistemi biologici fondamentali, compresi canali ionici coinvolti nella fisiologia nervosa

La piccola formica ha quindi trasformato una quantità minuscola di secrezione in una difesa chimica di enorme efficacia

Una formica contro un mammifero

La sproporzione fisica è quasi assurda

Un mammifero può pesare migliaia di volte più della formica

Può possedere una massa muscolare enorme rispetto a quella dell'insetto

Può distruggere il nido con una sola azione

Eppure la formica può utilizzare una quantità microscopica di sostanza chimica per modificare profondamente la fisiologia del mammifero

È una dimostrazione della potenza dell'evoluzione molecolare

La forza fisica non è l'unica soluzione possibile alla competizione biologica

Un animale minuscolo può sviluppare una tecnologia chimica capace di compensare enormi differenze dimensionali

La vera conclusione dell'inchiesta

La risposta alla domanda iniziale è quindi più precisa di quanto sembri

Se intendiamo “insetto più velenoso” come l'insetto il cui veleno presenta la maggiore potenza letale documentata nei confronti dei mammiferi nei confronti sperimentali disponibili, Pogonomyrmex maricopa è il candidato principale e uno dei casi meglio documentati, con un LD₅₀ del veleno nei topi intorno a 0,12 mg/kg

Ma non significa che sia automaticamente l'insetto più pericoloso per l'uomo

Non significa che abbia la puntura più dolorosa

Non significa che produca la maggiore quantità di veleno

Non significa che una singola puntura sia normalmente letale per una persona sana

Non significa che tutte le specie del genere Pogonomyrmex possiedano la stessa potenza

E soprattutto non significa che la natura abbia stabilito una graduatoria universale degli insetti velenosi

La vera risposta scientifica è più interessante

Pogonomyrmex maricopa dimostra che la tossicità di un veleno può raggiungere livelli impressionanti anche in un animale minuscolo, e dimostra che la potenza chimica di una secrezione non può essere giudicata dalle dimensioni dell'organismo che la produce

La sua arma non è grande

È concentrata

È specializzata

È il risultato di milioni di anni di selezione naturale

Ed è proprio questo che rende la formica mietitrice della Maricopa uno dei più straordinari esempi di evoluzione del veleno nel mondo degli insetti

Conclusione

La ricerca sull'insetto più velenoso porta quindi a una conclusione apparentemente semplice ma scientificamente molto più profonda di qualsiasi classifica

Il candidato più convincente è Pogonomyrmex maricopa, non perché sia il più grande, il più aggressivo o il più pericoloso in assoluto, ma perché il suo veleno ha mostrato una potenza letale eccezionale nei test tossicologici sui mammiferi

Il suo LD₅₀ estremamente basso lo colloca ai vertici dei confronti disponibili tra veleni di insetti, mentre altre specie superano P. maricopa in caratteristiche completamente differenti, come dolore, quantità di veleno inoculabile, capacità di effettuare punture ripetute o pericolosità collettiva

La lezione più importante non riguarda però soltanto questa formica

Riguarda il modo in cui dobbiamo parlare degli animali velenosi

Dire che un insetto è “il più velenoso” senza specificare il parametro significa semplificare eccessivamente un fenomeno biologico complesso

Dire invece che Pogonomyrmex maricopa possiede uno dei veleni di insetto più potenti conosciuti in termini di letalità sperimentale nei mammiferi significa trasformare una leggenda zoologica in una proposizione scientificamente verificabile

E dietro quella proposizione si apre una storia ancora più grande

Quella di un mondo in cui un organismo di pochi millimetri può produrre molecole capaci di interagire con il sistema nervoso di animali enormemente più grandi, di un mondo nel quale il dolore può essere un'arma evolutiva, nel quale la morte può essere soltanto uno degli effetti possibili di una secrezione velenifera e nel quale ogni specie può aver costruito, nel corso della propria storia evolutiva, una diversa soluzione chimica al problema della sopravvivenza

Il vero record di Pogonomyrmex maricopa non è quindi semplicemente quello di possedere “il veleno più potente”

È il fatto che una formica possa trasformare una quantità minuscola di materia biologica in una delle armi chimiche più efficaci conosciute tra gli insetti