Le lumache cono velenose che uccidono l’uomo

In questo articolo vi parlerò delle lumache velenose appartenenti al genere Conus, dette “lumache cono“, soffermandomi sull’evoluzione delle strategie alimentari e sulle tossine. Nel prossimo, invece, andremo ad indagare altri aspetti di questi animali, come le applicazioni.
Conus è uno dei generi considerati maggiormente “venom” nel mondo animale [1]. Infatti, alcune specie (soprattutto Conus geographus e C. magus, che impareremo a conoscere) hanno un veleno che può essere potenzialmente letale persino per gli esseri umani. Tuttavia, nella stragrande maggioranza delle specie di Conus, gli effetti sull’uomo sono limitati a infiammazioni locali.

Solitamente, il genere Conus si ritrova in tutti gli oceani tropicali e subtropicali, ma è più diversificato nella regione del Pacifico indo-occidentale, dove si collocano principalmente nelle acque poco profonde caratterizzate da barriera corallina, ma alcune vivono al largo o nelle acque profonde fino a 400 metri.

Classificazione delle lumache cono

Questi animali fanno parte della classe dei Gasteropodi, caratterizzata da una diversificazione ecologica molto importante, ed in particolare all’ordine dei Neogastropoda, un clade monofiletico particolarmente evoluto, comprendente soltanto organismi carnivori.

Le lumache cono appartengono al genere Conus L. 1758, creato nel 1822 e appartenente alla famiglia Conidae, che, insieme ai Turridae e Terebridae formano la Superfamiglia Conoidea.

Lumache velenose

Ora però ci chiediamo… Perché l’evoluzione ha portato a lumache velenose? Dovrebbero essere esempio di grazia, bellezza e geometria. Tutto sommato, sono parenti delle chiocciole dei giardini, docili e vegetariane, perché mai dovrebbero essere uno degli animali più velenosi del mondo? Per giunta, una lumaca carnivora, il cui veleno è sufficiente a uccidere un uomo, preferibilmente un collezionista di conchiglie.

Quali sono le specializzazioni di Conus rispetto agli altri gasteropodi?
Prima è importante fare due precisazioni. La radula è una struttura estroflettibile dei gasteropodi presente nel loro apparato alimentare. È formata da un nastro chitinoso coperto da varie fila di denti, che si appoggia su una base cartilaginea. Il nastro radulare si forma nel cosiddetto sacco radulare, e si trova su un “cuscinetto” muscolare, chiamato odontoforo. Nelle specie erbivore che si nutrono sul substrato, la radula fuoriesce dalla cavità buccale e viene usata come raschiatore.

 

Rappresentazione schematica della radula; r = radula, e = esofago, m = bocca, mx = mascella, o = odontoforo, op = muscolo protrusore dell’odontoforo, rp = muscolo protrusore della radula, rr = muscolo retrattore della radula. © https://it.wikipedia.org/wiki/Radula

 

Quindi…?

Le lumache cono hanno caratteristiche peculiari e uniche. Innanzitutto, possiedono una radula modificata e priva di odontoforo e dei denti lunghi e cavi, utilizzati per iniettare il veleno nelle prede. Solitamente sono piccoli pesci, vermi e molluschi (tra cui anche altre lumache cono). Un’altra caratteristica unica di queste lumache è la composizione del veleno, caratterizzata da neurotossine (o conotossine) particolarmente forti, necessarie per immobilizzare velocemente le prede, che altrimenti fuggirebbero impedendo ai coni di cibarsene.

Le lumache cono riescono a catturare le prede proprio attraverso queste sostanze di cui sono dotate e, cosa incredibile, riescono a controllare grazie alla loro particolare ghiandola del veleno, quale combinazione di conotossine utilizzare e per quale scopo: caccia o difesa.

Il meccanismo di alimentazione

È il sofisticato meccanismo di erogazione del veleno fornito dal funzionamento della radula in combinazione con la ghiandola del veleno, piuttosto che la presenza della ghiandola stessa, che è la base del meccanismo di alimentazione unico di Conus.

Nell’immagine possiamo osservare le varie componenti di questo apparato, che è l’apomorfia chiave del gruppo.
Questo è caratterizzato da:

  • un grosso bulbo muscolare che ha la funzione di pompare il veleno nella cavità buccale e nel sacco della radula;
  • un dotto che secerne il veleno;
  • una proboscide estroflettibile.

 

Anatomia macroscopica di una lumaca cono (A), del suo apparato velenoso (B) e di un dente radula (C). © https://www.pnas.org/content/112/29/E3782

 

Evoluzione

Nelle prime fasi dell’evoluzione dei conidi, apparve un meccanismo peculiare e unico, per cui i singoli denti radulari vengono rimossi dalla membrana e trasportati alla punta della proboscide. In questo punto vengono fissati da uno sfintere e usati per la penetrazione del tegumento della preda.

I denti vengono usati una volta sola, infatti nella maggior parte delle specie il dente si stacca dalla proboscide e rimane conficcato nella preda.
Solitamente il gasteropode giace sepolto nella sabbia e colpisce quando la preda si avvicina inconscia del pericolo. In pochi millisecondi l’arpione viene spinto nei tessuti della preda che viene immobilizzata in un solo secondo da un veleno neurotossico il quale penetra nella ferita attraverso la cavità del dente.

Le conotossine

I peptidi fisiologicamente attivi prodotti nella ghiandola velenosa dei coni sono comunemente molecole corte (da 12 a 40 amminoacidi) con un’alta percentuale di cisteine, la cui struttura è stabilizzata dai ponti disolfuro. La disposizione piuttosto conservata dei residui dell’amminoacido cisteina nei peptidi velenosi sembra essere il principale fattore determinante la loro specifica conformazione. Questa struttura delle cisteine, altamente conservata, viene utilizzata per classificarli. Attualmente esistono infatti 28 famiglie di peptidi ad azione velenosa.

Nonostante questo, però, molti peptidi di veleno di Conus sono lunghi e contengono pochi o nessun residuo di cisteina.

 

Le famiglie di conotossine hanno diversi bersagli molecolari: le α – conotossine inibiscono i recettori nicotinici nei nervi e nei muscoli; le δ inibiscono l’inattivazione dei canali del sodio dipendenti dalla tensione elettrica; le κ inibiscono i canali del potassio; le μ inibiscono i canali del sodio voltaggio-dipendenti; le ω inibiscono i canali del calcio dipendenti dal voltaggio del tipo N, correlati all’algesia (sensibilità al dolore) nel sistema nervoso. © https://pubs.acs.org/doi/10.1021/cr400401e

 

I coni sono caratterizzati da un numero elevatissimo di peptidi rispetto ad altri animali velenosi, circa 1000 per specie, che può arrivare a 8000. Alcuni sono comuni e presenti in quasi tutte le specie, mentre altri sono tipici di una determinata specie o strategia.

Il repertorio di veleni delle lumache cono

Si pensa che l’espansione del repertorio di conotossine sia guidato da diversi meccanismi genetici, come la duplicazione e la ricombinazione. Questi generano un pool di peptidi venoms “di prova” che possono contribuire all’efficacia della predazione o della difesa, oppure portare a un cambiamento nella dieta.

I geni che esprimono le conotossine possono anche essere silenziati e successivamente espressi nuovamente. Oltre ai meccanismi genetici, abbiamo anche differenze derivanti dalle modifiche post traduzionali, dalle scissioni differenziali, o dalla differente disposizione dei ponti disolfuro, che moltiplicano notevolmente il numero di prodotti genici.

Classificazione delle conotossine

Le conotossine sono classificate in base alla disposizione dell’amminoacido cisteina. Le superfamiglie più diffuse sono A, O e M, e sono distinte in base una zona del pro-peptide. Come vediamo nell’immagine, le famiglie sono distinte in base al bersaglio molecolare. Solitamente i conopeptidi prendono di mira i canali ionici delle cellule che mediano la diffusione degli impulsi nervosi o la trasmissione neuromuscolare.

Peptidi velenosi poveri di cisteina

In questo caso, i peptidi colpiscono una varietà di vie fisiologiche, ad esempio esiste la conopressina che attiva i recettori della vasopressina. Una scoperta recente ha isolato l’insulina fish-type specializzata prodotta nella ghiandola velenosa di Conus geographus, che vedremo sarà molto interessante per le sue applicazioni.

In veleni conidei complessi, i singoli peptidi agiscono solitamente in sinergia per ottenere un importante effetto su un determinato circuito fisiologico, e sono noti come “cabala” o “complotti”.

Le lumache cono sono un esempio lampante di come l’evoluzione possa rendere pericoloso un animale apparentemente innocuo. In queste lumache il guscio non è l’unico mezzo di difesa, mentre la caccia è mediata da una struttura altamente modificata.

Bene, la prima parte è conclusa! Nel prossimo articolo sulle lumache cono vi parlerò dell’evoluzione delle strategie alimentari e di alcune applicazioni super interessanti delle conotossine.

Erika Heritier

Mi chiamo Erika e sono laureata in Scienze Naturali all'Università di Torino, mentre ora frequento la magistrale in Scienze dei Sistemi Naturali (che fantasia!) e mi diverto a scrivere. Cosa vorrei fare nella mia vita? Far conoscere la natura e le sue mille sfaccettature alle persone, studiose e non. Le scienze della natura sono interessanti, ricche di piccoli segreti e misteri da portare alla luce. Conoscere la natura significa anche rispettarla e migliorare il proprio rapporto con l'ambiente, in modo da cambiare, di conseguenza, la nostra società.

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