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Danger, poisonous mammals!

We usually associate snakes, spiders, jellyfish, etc. as venomous animals par excellence, but did you know that there are poisonous mammals? In this article we will discover who are they and the nature and use of their poisons.

THE PLATYPUS

The platypus (Ornithorhynchus anatinus) is the most famous among the poisonous mammals, and not just for this feature. With a peak like a duck and oviparous (laying eggs), when it was discovered some scientists thought it was a fraud.

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Platypus (Ornithorhynchus anatinus). Photo by Jonathan Munro

They belong to the order monotremes, which means “one hole” in reference to the cloaca, the end of the digestive and reproductive systems. Some evolutionary biologists refer to them as the “missing linkbetween reptiles and mammals, as they have characteristics of both groups. Monotremes are the only mammals that lay eggs, but his body is covered with hair and the young are fed with breast milk. They are distributed by Australia, Tasmania and New Guinea.

Platypuses have a spur on the hind legs, which only in the case of males, release poison produced by femoral glands (located in the leg). The male uses it mainly to defend their territory and establish their dominance during the mating season, although if it is bothered also uses it as a defense. This poison can kill small animals, including dogs, and cause severe pain and swelling in humans. This pain can last days or months.

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Spur on the hind leg of a platypus. Photo by E. Lonnon

Toxins are four proteins, three of which are unique to the platypus. They are like the defensins (DLP, defensin-like proteins). These are globular proteins, small and compacted, involved in the activation of pain receptors. Understanding how these toxins act it has special interest because they cause a lasting and severe pain; it may open new chances in the synthesis of analgesic drugs.

short-beaked echidna, equidna de nariz corta, equidna de nas curt
Short-beake echidna (Tachyglossus aculeatus). Photo de Tony Britt-Lewis

Echidnas (family Tachyglossidae) complete the order of monotremes with the platypus; consequently they are also oviparous. The family consists of four species, with the common characteristic of having the body covered with dense hair and spines. They are mainly insectivores specializing in ants and termites.

Like the platypus, they also have spurs behind the knees, but their secretions are not poisonous. The substances are used to mark their territory, according to the recent studies.

SLOW LORIS

As we saw in a previous post, lorises are primates in the prosimians suborder. They are nocturnal, arboreal and feed primarily on insects, vegetables and fruits. The slow lorises (Nycticebus) living in Southeast Asia, are the only poisonous primate. They possess poison glands on the elbows (brachial gland), and poison their body with arms and tongue, which can also join saliva and be transmitted by bitting.

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Pygmy slow loris (Nycticebus pigmaeus). Photo by Ch’ien C. Lee

In this case the poison is used as a defense against predators, causing them pain, inflammation, necrosis (cell death) in the area of the bite, hematuria (blood in urine) or in some cases anaphylactic shock (allergic reaction) which can lead to death, even in humans (some are threatened by the illegal pet trade and traditional Chinese medicine). The poison also serves as protection for the young, they are licked by their parents and the poisonous secretion is distributed throughout the coat. Being poisonous, unusual among primates, can help counteract the disadvantages of its slow movements. Exudate from glands, as in echidnas, can also give olfactory information of range and territory between individuals of loris (Hagey et al., 2007).

Loris de Kayan (Nycticebus kayan). foto de Ch'ien C. Lee
Kayan loris (Nycticebus kayan). Photo by Ch’ien C. Lee

Toxins are polypeptides (generated when glandular secretion is mixed with saliva) and an unidentified steroid. Secretion is similar to the allergen Fel d 1 which is in the domestic cat and cause allergies in humans (Hagey et al., 2006; Krane et al., 2003).

It is believed that slow lorises even have converged evolutionarily with cobras, for his defensive behavior when threatened, whistling and raising his arms around his head. (Nekaris et. al, 2003).

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Mimicry between loris and cobras. 1. Javan slow loris, 2 y 3. Spectacled cobra, 4. Bengal slow loris. Photo by Nekaris et. al.

In the following video a lazy lori is disturbed and hisses like a snake while trying to bite:

SOLENODON OR ALMIQUI

They are small and nocturnal mammals, basically insectivores, that live in the West Indies. The Hispaniolan solenodon (Solenodon paradoxus), also known as the Dominican solenodon, Haitian solenodon or agouta, lives on the island de La Española (Dominican Republic and Haiti) while The Cuban solenodon or almiqui (Solenodon cubanus) is distributed throughout Cuba. They are considered living fossils because they have similar characteristics to primitive mammals of the end of the Mesozoic Era (kingdom of the dinosaurs).

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Hispaniolan solenodon (Solenodon paradoxus). Photo by Eladio M. Fernández.

Unlike other poisonous mammals, toxic saliva is produced under the jaw (submandibular glands), which is transported by pipes to the front of the mouth. The second incisor teeth have a groove where toxic saliva accumulates to promote their entry into the wounds. They are the only mammals that inject venom through its teeth, similar to the way snakes do.

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Paradoxus Solenodon lower jaw incisor showing the groove. Photo by Phil Myers

The main function of this venom is to immobilize prey, as well as insects they can hunt small vertebrates such as reptiles, amphibians and birds.

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Cuban solenodon (Solenodon cubanus). Photo by Julio Genaro.

This poison may have been developed to keep alive but immobilized prey during times of shortage, to aid in digestion, minimize energy expenditure in the struggle for hunting and face prey even twice as big as them. This venom is not deadly to humans.

SHREWS

The northern short-tailed shrew (Blarina brevicauda), the Eurasian water shrew (Neomys fodiens) and the Mediterranean water shrew (Neomys anomalus) also have submandibular glands similar to solenodons. They are distributed by North America (northern short-tailed shrew) and Europe and Asia (water shrews), including the Iberian Peninsula.

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The northern short-tailed shrew (Blarina brevicauda). Photo by Gilles Gonthier.

The short-tailed shrew can consume up to three times its weight in food per day. Their saliva is the most poisonous and uses it to paralyze their prey, to eat them or keep them alive in times of shortage. The water shrews also store its immobilized prey under rocks.

Musgaño (Neomys anomalus). Foto de rollin Verlinde.
Mediterranean water shrew (Neomys anomalus). Photo by Rollin Verlinde.

These animals attack from behind and bite the neck of its prey so that the poison acts more quickly, affecting the central nervous system (neurotoxins). The respiratory and vascular system is also affected and causes seizures, incoordination, paralysis and even death of small vertebrates.

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Eurasian water shrew (Neomys fodiens). Photo by R. Altenkamp.

Its teeth don’t have grooves as the solenodons do, but a concave surface to store the toxic saliva.

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Lower jaw of Neomys anomalus. Photo by António Pena.

It is suspected that other mammals also produce toxic saliva similarly, as the European mole (Talpa europaea) and other species of shrew, but there are no conclusive studies.

MANED RAT

The maned rat or crested rat (Lophiomys imhausi), lives in Africa and  uses his poisoned hair to protect themself from predators.

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Maned rat (Lophiomys imhausi). Photo by Kevin Deacon

Unlike other mammals that produce their own poison, the crested rat gets toxin (called ouabain) from the bark and roots of a tree (Acokanthera schimperi). Chews the bark and the mixture of saliva and toxins are distributed on the body. Their hairs are cylindrical whith a perforated microscopic structure, which favors the absorption of venom. In case of danger, it bristles and shows his brown coat with white stripes, warning of its potential danger. This strategy of persuasion based on brightly colored warning is known as aposematism present in many animals, such as bees.

In this BBC video you can see a crested rat and a hair under the microscope absorbing ink, showing its porous structure:

It is unknown how it is immune to the toxin, since it is the same substance used by some African tribes for hunting such large animals like elephants.

Ouabain is a glycoside which controls the heartbeat, causing infarcts if absorbed in large quantities. The study of the mechanisms that protect the crested rat of a substance that regulates the heartbeat, can help develop treatments for heart problems.

European hedgehogs (Erinaceus europaeus) have similar behavior (smearing the body with foreign poison), but it is not established whether the objective is defensive because it does not scare away predators.

In conclusion, strategies, practices and nature of the poison in mammals are varied and their study may have important medical implications for drug development and increase awareness of the evolutionary relationships between different groups of living animals (reptiles-mammals) and their ancestors.

REFERENCIAS

MIREIA QUEROL ALL YOU NEED IS BIOLOGY

Peligro, ¡mamíferos venenosos!

Solemos asociar a las serpientes, arácnidos, medusas, etc. como los animales venenosos por excelencia, pero ¿sabías que también existen mamíferos venenosos? En este artículo descubriremos cuáles son y la naturaleza y uso de sus venenos.

EL ORNITORRINCO

El ornitorrinco (Ornithorhynchus anatinus) el más famoso entre los mamíferos venenosos, y no sólo por esta característica. Con un pico parecido a un pato y reproducción ovípara (que pone huevos), cuando fue descubierto  algunos científicos pensaban que era un fraude.

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Ornitorrinco (Ornithorhynchus anatinus). Foto de Jonathan Munro

Pertenecen al orden de los monotremas, que significa literalmente “un solo orificio” en alusión a la cloaca, el final del aparato digestivo y reproductor. Algunos biólogos evolutivos se refieren a ellos como el “eslabón perdido” entre reptiles y mamíferos, pues presentan características de ambos grupos.  Los monotremas son los únicos mamíferos que ponen huevos, pero su cuerpo está cubierto de pelo y las crías se alimentan de la leche materna. Se distribuyen por Australia, Tasmania y Nueva Guinea.

Los ornitorrincos tienen un espolón en las patas traseras, que sólo en el caso de los machos, libera veneno producido por las glándulas crurales (situadas en la pierna). El macho lo utiliza principalmente para defender su territorio y establecer su dominancia durante la época de apareamiento, aunque si  es molestado también lo usa como defensa.  Este veneno es capaz de matar a animales pequeños, incluso a perros, y provocar un dolor intenso e hinchazón en los humanos. Este dolor puede durar días o meses según el caso.

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Espolón en la pata trasera de un ornitorrinco. Foto de E. Lonnon

Las toxinas son cuatro proteínas, tres de las cuales son exclusivas del ornitorrinco. Son parecidas a las defensinas (DLP, defensin-like proteins). Se trata de proteínas de tipo globular, pequeñas y compactadas, que participan en la activación de los receptores del dolor. El conocimiento de cómo actuan estas toxinas, de especial interés porque provocan un dolor duradero e intenso, puede abrir nuevas vías en la síntesis de fármacos analgésicos.

short-beaked echidna, equidna de nariz corta, equidna de nas curt
Equidna de nariz corta (Tachyglossus aculeatus). Foto de Tony Britt-Lewis

Los equidnas (familia Tachyglossidae) completan el orden de los monotremas junto con el ornitorrinco; en consecuencia también son ovíparos. La familia está formada por cuatro especies, con la característica común de tener el cuerpo cubierto por pelo denso y espinas. Son principalmente insectívoros especializados en hormigas y termitas (mirmecófagos).

Igual que los ornitorrincos, también poseen espolones detrás de las rodillas, pero sus secreciones no son venenosas. Las utilizan como sustancias para marcar su territorio, segun los últimos estudios.

LORIS PEREZOSOS

Como vimos en un artículo anterior, los loris son primates del suborden de los prosimios. Son nocturnos, arborícolas y se alimentan principalmente de insectos, vegetales y frutas. Los loris perezosos (género Nycticebus), originarios del sureste asiático, son los únicos primates venenosos. Poseen glándulas venenosas en los codos (glándula braquial), y se distribuyen el veneno por el cuerpo con los brazos y la lengua, el cual también puede unirse a la saliva y transmitirse por mordeduras.

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Loris pigmeo (Nycticebus pigmaeus). Foto de Ch’ien C. Lee

En este caso el veneno es utilizado como defensa ante sus depredadores, lo que les provoca dolor, inflamación, necrosis (muerte celular) en la zona  de la mordedura, hematuria (sangre en orina) o en algunos casos shocks anafilácticos (reacción alérgica) que pueden conducir a la muerte, incluso en humanos (algunos están amenazados por su comercialización ilegal como mascotas y en la medicina tradicional china). El veneno también sirve de protección para las crías, ya que al ser lamidas por sus progenitores la secreción venenosa se distribuye por todo el pelaje. El hecho de ser venenosos, insólito dentro de los primates, puede ayudar a contrarrestar las desventajas de sus lentos movimientos. El exudado de las glándulas, igual que en los equidnas, también puede dar información olfativa de rango y territorio entre individuos de loris (Hagey et al., 2007).

Loris de Kayan (Nycticebus kayan). foto de Ch'ien C. Lee
Loris de Kayan (Nycticebus kayan). Foto de Ch’ien C. Lee

Las toxinas son de tipo polipeptídico que se generan al mezclarse la secreción glandular con la saliva y un esteroide no identificado. La secreción es parecida al alérgeno Fel d 1, que se encuentra en el gato doméstico y provoca alergias en humanos (Hagey et al., 2006; Krane et al., 2003).

Se cree incluso que los loris perezosos han convergido evolutivamente con las cobras, por su comportamiento defensivo cuando se encuentran amenazados, silbando y levantando sus brazos alrededor de su cabeza (Nekaris et. al, 2003).

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Mimetismo entre loris y cobras. 1. Lori de Java, 2 y 3. Cobra de anteojos, 4. Lori de Bengala. Foto de Nekaris et. al.

En el siguiente vídeo un lori perezoso es molestado y silba como una serpiente mientras trata de morder:

 EL SOLENODONTE O ALMIQUÍ

Se trata de pequeños mamíferos nocturnos parecidos a las musarañas y básicamente insectívoros que habitan en las Antillas. El solenodonte de La Española (Solenodon paradoxus) habita en la isla del mismo nombre (República Dominicana y Haití) mientras que el almiquí de Cuba (Solenodon cubanus) se distribuye por Cuba. Se les considera fósiles vivientes ya que presentan características primitivas similares a las que poseían los mamíferos del final de la Era Secundaria (reinado de los dinosaurios).

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Solenodonte de La Española (Solenodon paradoxus). Foto de Eladio M. Fernández.

A diferencia del resto de mamíferos venenosos, la saliva tóxica se produce en unas glándulas debajo de la mandíbula (glándulas submaxilares), que es transportada por conductos hacia la parte delantera de la boca. Los segundos dientes incisivos tienen un surco donde se acumula la saliva tóxica para favorecer su entrada en las heridas.  Son pues los únicos mamíferos que inyectan veneno a través de sus dientes, de manera similar a las serpientes.

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Mandíbula inferior de Solenodon paradoxus mostrando el surco del incisivo. Foto de Phil Myers

La principal función de este veneno es inmovilizar a las presas que cazan, ya que además de insectos pueden atrapar pequeños vertebrados como reptiles, anfibios o aves.

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Almiquí de Cuba (Solenodon cubanus). Foto de Julio Genaro.

Evolutivamente, este veneno puede haberse desarrollado para mantener presas vivas pero inmóviles durante épocas de escasez, para ayudar en la digestión, minimizar el gasto de energía en la lucha durante la caza y enfrentarse a presas incluso el doble de grandes que ellos. Este veneno no es mortal para los humanos.

MUSARAÑAS Y MUSGAÑOS

La musaraña colicorta americana (Blarina brevicauda), el musgaño patiblanco (Neomys fodiens) y el musgaño de Cabrera (Neomys anomalus) también poseen glándulas submaxilares como el solenodonte. Se distribuyen por Norteamérica (musaraña colicorta)  y Europa y Asia (musgaños), incluyendo la Península Ibérica.

Musaraña colicorta americana (Blarina brevicauda). Foto de Gilles Gonthier.
Musaraña colicorta americana (Blarina brevicauda). Foto de Gilles Gonthier.

La musaraña colicorta puede consumir hasta tres veces su peso de alimento al día. Su saliva es la más venenosa que existe y la usa para paralizar a sus presas, para comerlas o conservarlas vivas en períodos de escasez. Los musgaños mencionados son acuáticos y también almacenan sus presas inmovilizadas debajo de las rocas.

Musgaño (Neomys anomalus). Foto de rollin Verlinde.
Musgaño de Cabrera (Neomys anomalus). Foto de Rollin Verlinde.

Estos animales atacan desde atrás y muerden el cuello de sus presas para que el veneno actúe más rápidamente, ya que afecta el sistema nervioso central (neurotoxinas). El aparato respiratorio y vascular también resulta afectado y produce convulsiones, descoordinación de movimientos, parálisis e incluso la muerte de pequeños vertebrados.

Musgaño patiblanco-Neomys_fodiens, Wasserspitzmaus
Musgaño patiblanco (Neomys fodiens). Foto de R. Altenkamp.

Sus dientes no tienen surcos como los de los solenodontes, pero sí una superfície cóncava para almacenar la saliva tóxica.

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Mandíbula inferior de Neomys anomalus. Foto de António Pena.

Se sospecha que otros mamíferos producen también saliva tóxica de manera similar, como el topo europeo (Talpa europaea) y otras especies de musaraña, pero no se dispone de estudios concluyentes.

RATA CRESTADA AFRICANA

También conocida como rata de crin (Lophiomys imhausi), la rata crestada africana utiliza veneno presente en su pelo para protegerse de sus depredadores.

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Rata crestada africana (Lophiomys imhausi). Foto de Kevin Deacon

A diferencia del resto de mamíferos que producen sus propio veneno,  la rata crestada africana obtiene la toxina (llamada ouabaína) de la corteza y raíces de un árbol (acocantera o laurel tóxico, Acokanthera schimperi). Los mastica y se unta la mezcla de saliva y tóxico en el cuerpo. Sus pelos tienen una estructura microscópica cilíndrica perforada, lo que favorece la absorción del veneno. En caso de peligro, se eriza y muestra su pelaje marrón a rayas blancas, advirtiendo de su peligro potencial. Esta estrategia de persuasión basada en colores llamativos de advertencia se conoce como aposematismo, presente en muchos animales, como las abejas.

En este vídeo de la BBC online se observa una rata crestada e imágenes al microscopio de un pelo absorbiendo tinta, mostrando su estructura porosa:

Se desconoce de qué manera es inmune a la toxina, ya que es la misma sustancia que usan algunas tribus africanas para cazar animales tan grandes como el elefante. La ouabaína es un glucósido que controla el latido del corazón, provocando infartos si se absorbe en grandes cantidades. El estudio de los mecanismos que protegen a la rata crestada de una sustancia que regula el ritmo cardíaco, puede ayudar al desarrollo de tratamientos para problemas cardíacos.

Los erizos europeos (Erinaceus europaeus) tienen un comportamiento similar (embadurnarse el cuerpo con veneno ajeno), pero no se ha podido comprobar si el objetivo es defensivo ya que no ahuyenta a los depredadores.

En conclusión, las estrategias, usos y naturalezas del veneno en mamíferos son variadas y su estudio puede tener importantes consecuencias médicas en el desarrollo de fármacos, así como aumentar el conocimiento de las relaciones evolutivas entre diferentes grupos de animales actuales (reptiles-mamíferos) y sus antepasados.

REFERENCIAS

Mireia Querol Rovira