miniatura|direita|260px|A cascavel-do-pacífico (Crotalus oreganus) juvenil comendo sua presa, que ela submete com sua peçonha
A e alguns lagartos é uma forma de saliva que foi modificada ao longo de sua história evolutiva para se tornar peçonha. Nas cobras, a peçonha evoluiu para matar ou subjugar presas, além de desempenhar outras funções relacionadas à dieta. Embora as cobras ocasionalmente usem sua peçonha em autodefesa, acredita-se que isso não tenha influenciado fortemente sua evolução. A evolução da peçonha é considerada responsável pela enorme expansão das cobras pelo globo.
A história evolutiva da peçonha das cobras é objeto de debate. Historicamente, acreditava-se que ela havia evoluído uma única vez, na base dos , ou cobras derivadas. Estudos moleculares iniciados em 2006 sugeriram que a peçonha surgiu apenas uma vez em um suposto clado de répteis, chamado Toxicofera, há cerca de 170 milhões de anos. Sob essa hipótese, a peçonha toxicoferana original era um conjunto simples de proteínas reunidas em um par de glândulas. Posteriormente, esse conjunto diversificou-se nas várias linhagens de toxicoferanos, incluindo Serpentes, Anguimorpha e Iguania, com algumas linhagens de cobras perdendo a capacidade de produzir peçonha. A hipótese Toxicofera foi contestada por estudos em meados da década de 2010, incluindo uma pesquisa de 2015 que encontrou homólogos de proteínas da peçonha em diversos tecidos da píton-birmanêsa. Assim, o estudo sugeriu que a peçonha evoluiu independentemente em diferentes linhagens de répteis, incluindo uma vez nas cobras caenofídias. Acredita-se que a peçonha contendo a maioria das famílias de toxinas atuais estava presente no último ancestral comum dos Caenophidia, tendo sofrido ampla diversificação, acompanhada por mudanças na morfologia das glândulas de peçonha e sistemas de entrega.
A evolução da peçonha das cobras é impulsionada por uma corrida armamentista evolutiva entre as proteínas da peçonha e a fisiologia das presas. O mecanismo comum de evolução é a duplicação gênica seguida por seleção natural para características adaptativas. As adaptações resultantes incluem peçonha mais tóxica para presas específicas em várias linhagens, proteínas que pré-digerem presas e um método para rastrear presas após a mordida. Essas adaptações variadas também geraram debates sobre a definição de peçonha e cobras peçonhentas. Mudanças na dieta de uma linhagem foram associadas à atrofia da peçonha.
História evolutiva A origem da peçonha é vista como o catalisador para a rápida diversificação das cobras no período Cenozóico, especialmente para os Colubridae e sua colonização das Américas. Estudiosos sugerem que essa expansão se deve à transição de um método mecânico para um bioquímico de subjugar presas. As peçonhas das cobras atacam vias e processos biológicos que também são alvos de peçonhas de outros táxons; por exemplo, bloqueadores de foram encontrados em cobras, aranhas e caramujos da família Conidae, sugerindo que a peçonha exibe evolução convergente. A peçonha é comum entre famílias de cobras derivadas. Acredita-se que a peçonha com a maioria das famílias de toxinas atuais estava presente no último ancestral comum dos Caenophidia, também chamados de Colubroidea, tendo sofrido grande diversificação, acompanhada por mudanças nas glândulas de peçonha e sistemas de entrega, ligada à rápida radiação global das cobras avançadas. As presas tubulares ou sulcadas que as cobras usam para injetar peçonha evoluíram várias vezes, sendo um exemplo de evolução convergente. As presas tubulares comuns às cobras de presas frontais evoluíram independentemente em Viperidae, Elapidae e Atractaspidinae.
Acima está um cladograma adaptado de Fry et al. (2012) mostrando um subconjunto de eventos sugeridos de recrutamento de proteínas. [A]: 13 famílias de toxinas, incluindo 3FTx e metaloprotease. [B]: 2 famílias de toxinas, incluindo PLA2 Tipo IIA e a classe P-II de metaloproteases da peçonha de cobra. [C]: 2 famílias de toxinas, incluindo PLA2 Tipo IB.
Até o uso do sequenciamento de DNA para criar árvores filogenéticas se tornar prático, as filogenias eram baseadas na morfologia. Essas filogenias tradicionais sugeriam que a peçonha surgiu em múltiplas linhagens entre os Squamata há cerca de 100 milhões de anos: nos Caenophidia e no gênero de lagarto Heloderma. Estudos com sequências de genes nucleares entre meados dos anos 2000 e início dos 2010 encontraram proteínas de peçonha nos clados de lagartos Anguimorpha e Iguania semelhantes às das cobras, sugerindo que, junto com Serpentes, formavam um clado chamado "Toxicofera". Isso levou à teoria de que a peçonha surgiu uma única vez na linhagem inteira há cerca de 170 milhões de anos, sendo descrita como um conjunto simples de proteínas reunidas em glândulas. As peçonhas das diferentes linhagens então diversificaram-se e evoluíram independentemente, junto com seus meios de injeção. Isso incluiu a evolução independente de sistemas de entrega de peçonha de presas frontais a partir de um sistema ancestral de presas traseiras. A hipótese de origem única também sugere que os sistemas de peçonha atrofiaram ou foram perdidos independentemente em várias linhagens. A posição filogenética de Iguania dentro de Toxicofera é apoiada por estudos moleculares, mas não por morfológicos.
A "hipótese Toxicofera" foi posteriormente desafiada. Um estudo de 2014 encontrou homólogos de 16 proteínas da peçonha, usadas para sustentar a hipótese de origem única, expressas em altos níveis em vários tecidos corporais. Os autores sugeriram que pesquisas anteriores, que consideravam proteínas da peçonha conservadas na linhagem Toxicofera, poderiam ter interpretado erroneamente a presença de genes "domésticos" genéricos, devido à amostragem limitada de tecidos. Assim, propuseram que a peçonha evoluiu independentemente em várias linhagens, incluindo antes da radiação das cobras "avançadas". Um estudo de 2015 encontrou homólogos dos chamados genes "tóxicos" em vários tecidos de uma cobra não peçonhenta, a píton-birmanêsa (Python bivittatus), demonstrando fraquezas na análise apenas de transcriptomas (o RNA mensageiro total numa célula). A equipe sugeriu que as pítons representavam um período na evolução das cobras antes do grande desenvolvimento da peçonha, com a expansão das famílias de genes da peçonha ocorrendo principalmente em cobras caenofídias altamente peçonhentas, indicando que a maior parte da evolução da peçonha ocorreu após essa linhagem se separar de outras cobras. O debate sobre a hipótese Toxicofera é parcialmente impulsionado por discordâncias sobre a definição de peçonha. Até 2022, a hipótese Toxicofera permanecia uma visão predominante.
Mecanismos de evolução miniatura|direita|Fosfolipase A2, uma enzima encontrada em tecidos normais que foi adaptada em certas peçonhas de cobras. O exemplo aqui é encontrado em .
O principal mecanismo para a diversificação da peçonha é a duplicação de genes que codificam outros tecidos, seguida por sua expressão nas glândulas de peçonha, evoluindo então em várias proteínas da peçonha por seleção natural. Esse processo, conhecido como modelo de nascimento-e-morte, é responsável por vários eventos de recrutamento de proteínas na peçonha das cobras. Essas duplicações ocorreram em diversos tipos de tecidos com funções ancestrais variadas. Exemplos notáveis incluem 3FTx, ancestralmente um neurotransmissor no cérebro, que se adaptou em uma neurotoxina que bloqueia receptores de acetilcolina, e fosfolipase A2 (PLA2) tipo IIA, envolvida ancestralmente em processos inflamatórios, que evoluiu para uma peçonha capaz de desencadear atividade de lipase e destruição tecidual. A mudança na função do PLA2 foi bem documentada, com evidências de eventos de duplicação gênica associados ao surgimento de novas espécies de cobras. A induzida por invasão de transposons (ou recombinação entre sequências de DNA que são semelhantes, mas não são alelos) foi proposta como o mecanismo de duplicação dos genes PLA2 em cascavéis, explicando sua rápida evolução. Essas proteínas da peçonha ocasionalmente também foram recrutadas de volta para genes teciduais.
A duplicação gênica não é a única forma de diversificação da peçonha. Houve casos de novas proteínas da peçonha geradas por splicing alternativo. A cobra elapídea Bungarus fasciatus, por exemplo, possui um gene que é sofreu splicing alternativo para produzir tanto um componente da peçonha quanto uma proteína fisiológica. A diversificação adicional pode ter ocorrido pela perda de genes de componentes específicos da peçonha. Por exemplo, acredita-se que o ancestral das cascavéis tinha genes PLA2 para uma neurotoxina heterodimérica agora encontrada em Crotalus scutulatus, mas esses genes estão ausentes em espécies modernas não neurotóxicas de cascavéis (Crotalus); os genes PLA2 para a miotoxina Lys49, supostamente presentes no ancestral comum das cascavéis, também foram perdidos várias vezes em linhagens recentes até as espécies atuais. A perda de domínios também foi implicada na neofuncionalização da peçonha. A investigação da história evolutiva dos genes SVMP da peçonha de viperídeos revelou repetidas ocasiões de perda de domínios, acompanhadas por forte seleção positiva na maioria dos ramos filogenéticos onde isso ocorreu. Toxinas da peçonha também evoluíram por "sequestro" ou "co-optação" de genes, ou seja, mudança na função de genes não relacionados. Um estudo de 2021 sugeriu que a co-optação explica a evolução da maioria dos tipos de toxinas, mas não das mais abundantes na peçonha das cobras.
Eventos de recrutamento de proteínas ocorreram em diferentes pontos da história evolutiva das cobras. Por exemplo, a família de proteínas 3FTX está ausente na linhagem viperídea, sugerindo que foi recrutada para a peçonha após a separação das cobras viperídeas das demais colubróideas. O PLA2 foi recrutado pelo menos duas vezes para a peçonha, uma em elapídeos e outra em viperídeos, exibindo evolução convergente dessa proteína em toxina. Um estudo de 2019 sugeriu que a duplicação gênica permitiu que diferentes toxinas evoluíssem independentemente, possibilitando às serpentes experimentarem diferentes perfis de peçonha e explorar formulações eficazes, sendo uma das formas de diversificação ao longo de milhões de anos. Esses eventos resultaram em uma peçonha extremamente complexa. A peçonha das cascavéis, por exemplo, inclui cerca de 40 proteínas distintas de diferentes famílias, e outras peçonhas de cobras contêm mais de 100 proteínas diferentes. A composição dessa mistura varia geograficamente e está relacionada às espécies de presas disponíveis em uma região. A peçonha das cobras geralmente evolui muito rapidamente, com mudanças ocorrendo mais rápido na peçonha do que no resto do organismo.
Pressão seletiva Hipóteses antigas sobre a evolução da peçonha das cobras assumiam que a maioria injeta muito mais peçonha do que o necessário para matar suas presas, sugerindo que a composição da peçonha não estaria sujeita à seleção natural, conhecida como hipótese do "excesso". No entanto, estudos recentes da história molecular da peçonha contradisseram isso, encontrando evidências de evolução adaptativa rápida em vários clados, incluindo as víboras dos gêneros Echis, Sistrurus, e Calloselasma, bem como na diversificação das proteínas PLA2. Há evidências filogenéticas de seleção positiva e taxas rápidas de ganho e perda de genes da peçonha em táxons de Sistrurus que se alimentam de diferentes presas. Até 2019, havia evidências tanto de "excesso" em algumas linhagens quanto de evolução adaptativa rápida e uma corrida armamentista com a fisiologia das presas em muitas outras.