Sistemática: Originalmente descrita como Coluber obsoletus por Thomas Say en 1823 a partir de un espécimen recogido en «Isle au Vache a Council Bluffs en el río Missouri». Schmidt (1953) restringió la localidad tipo a Council Bluffs, Iowa. Dunn (1915a) fue el primero en utilizar el género Elaphe para esta especie, pero escribió la especie obsoletus. En 1836, Holbrook describió Coluber alleghaniensis a partir de un espécimen encontrado «en la cima del Blue Ridge en Virginia». Este espécimen y otros de Nueva York y de las montañas de Carolina fueron las primeras serpientes de cascabel orientales que vio que tenían escamas débilmente quilladas. Posteriormente, Cope (1900) consideró el nombre como un sinónimo menor de E. obsoletus (= obsoleta). Callopeltis obsoletus fue utilizado para esta especie por Hay (1902), siguiendo a Lonnberg (1894). Basándose en la congruencia de los datos morfológicos (Burbrink, 2001, Herpetol. Monogr. 15: 1-53) y mitocondriales (Burbrink et al., 2000, Evolution 54: 2107-2118), Burbrink dividió P. obsoletus en tres especies (P. alleghaniensis, P. obsoletus y P. spiloides) sin subespecies. P. alleghaniensis es la única especie que se encuentra en Virginia.
Descripción: Una serpiente grande y robusta que alcanza una longitud total máxima conocida de 2.565 mm (101,0 pulgadas) (Conant y Collins, 1991). En Virginia, la longitud máxima conocida del hocico es de 1.710 mm (67,3 pulgadas) y la longitud total máxima es de 2.028 mm (79,8 pulgadas). En este estudio, la longitud de la cola/longitud total tuvo un promedio de 16,9 ± 1,6% (11,2-23,6, n = 209).
Corte: Ventrales 214-272 (media = 231,8 ± 5,2, n = 232); subcaudales 46-94 (media = 80,0 ± 7,4, n = 203); ventrales + subcaudales 275-348 (media = 312,1 ± 9.3, n = 201); escamas dorsales lisas lateralmente y débilmente quilladas en la parte media del cuerpo, filas de escamas generalmente 24-27 (77,1%, n = 251) en la parte media del cuerpo, pero pueden ser 21-23 o 28 (22,9%); placa anal indivisa (10,8%) o dividida o parcialmente dividida (89.2%, n = 232); infralabiales 11/11 (47,3%, n = 167), 10/10 o 10/11 (21,6%), 11/12 o 12/12 (21,6%), u otras combinaciones de 9-13 (9,5%); supralabiales 8/8 (89,3%, n = 224) u otras combinaciones de 6-9 (10.7%); loreales presentes; preoculares 1/1; postoculares 2/2; temporales generalmente 2+3/2+3 (52,4%, n = 229), 2+2/2+3 (13,1%), 2+2/2+2 (10,5%), 2+4/ 2+3 (10,0%), u otras combinaciones de 1-3/2-6 (14,/4%).
Coloración y patrón: Cuerpo uniformemente negro en los adultos; algunos individuos con rayas negras tenues en un cuerpo gris-negro o con el patrón juvenil incompletamente oscurecido (ver abajo); ventral con un patrón irregular de tablero de ajedrez blanco y negro intercalado con manchas negras, con rosa reemplazando el blanco en algunos individuos; el patrón ventral se desvanece posteriormente convirtiéndose en todo gris en los adultos mayores, pero un patrón de pimienta blanca y negra en los individuos más jóvenes; la barbilla y la porción anterior del ventral del cuello son de color blanco liso; el pigmento blanco también ocurre en la mitad inferior de las supralabiales. El cuerpo en sección transversal imaginaria tiene la forma de una barra de pan, con un vientre plano.
Dimorfismo sexual: No hay diferencias sexuales en el color o el patrón. El SVL de los machos adultos (908-1.710, ave. = 1.182,1 ± 187,1, n = 124) fue similar al de las hembras adultas (910-1.590, ave. = 1.136,1 ± 156,0, n = 54). El índice de dimorfismo sexual fue de -0,04. Los machos alcanzaron mayores longitudes totales (hasta 2.028 mm) que las hembras (hasta 1.884 mm). La longitud de la cola en relación con la longitud total fue mayor en los machos (media = 17,5 ± 1,4%, 15,1-23,6, n = 107) que en las hembras (media = 15,7 ± 1,3%, 11,2-18,0, n = 47). El número medio de escamas ventrales fue ligeramente superior en las hembras (233,4 ± 7,3, 214-272, n = 50) que en los machos (230,7 ± 3,9, 220-246, n = 112). El número medio de escamas subcaudales fue mayor en los machos (82,5 ± 5,7, 64-94, n = 96) que en las hembras (74,3 ± 8,6, 46-88, n = 45), pero el número medio de ventrales + subcaudales fue similar entre los sexos (machos 313,3 ± 7,6, 290-337, n = 95; hembras 308,4 ± 11,5, 275-348, n = 44).
Jóvenes: A diferencia de los adultos, los juveniles muestran un fuerte patrón de manchas negras a marrón oscuro en el dorso (media = 33,5 ± 2,9, 28-40, n = 36) en un cuerpo salpicado de blanco y negro a gris. Las manchas anteriores tienen proyecciones anteriores y posteriores en las esquinas. El vientre marrón y blanco forma un tablero de ajedrez. Hay una franja marrón distintiva que empieza delante del ojo y llega hasta el margen de la boca. Están conectadas por una banda marrón que atraviesa el dorso de la cabeza. El vientre de la cola tiene una franja oscura irregular a lo largo de cada lado. El patrón juvenil suele quedar oculto a partir de un SVL de unos 650 mm. Algunos adultos jóvenes pueden mostrar un tenue patrón de manchas dorsales, que también puede verse en adultos adultos en algunas zonas (véase «Variación geográfica»). En el momento de la eclosión, los juveniles en Virginia tenían una media de 284,6 ± 14,2 mm de SVL (258-318, n = 48) y 343,9 ± 17,3 mm de longitud total (317-391, n = 47), y pesaban 9,4-13,2 g (media = 11,7 ± 1,2, n = 21).
Especies confusas: Las serpientes de rata orientales adultas pueden confundirse con las Coluber constrictor adultas; sin embargo, esta última tiene escamas totalmente lisas y un cuerpo redondo en sección transversal, y el pigmento blanco se limita a la barbilla. Los juveniles de C. constrictor carecen de la franja ocular-mandibular, del patrón en forma de tablero de ajedrez en el vientre, de las proyecciones en las manchas dorsales anteriores y de las rayas en el vientre de la cola. También poseen entre 1,5 y 2 veces el número de manchas dorsales. Los juveniles se confunden a veces con los pequeños Agkistrodon contortrix, pero las Cabezas de Cobre del Este tienen bandas transversales marrones en forma de reloj de arena y la punta de la cola amarilla.
Variación geográfica: Los adultos de Pantherophis alleghaniensis son uniformemente negros en la mayor parte de Virginia. Los individuos del extremo sureste y de los alrededores del condado de Greensville muestran trazos variables de las cuatro rayas longitudinales negras sobre un fondo gris oscuro. Algunos individuos del suroeste de Virginia, especialmente en los condados de Pulaski y Washington, conservan parte del patrón juvenil, pero la variación es grande. El número medio de escamas ventrales no varió significativamente entre regiones fisiográficas, oscilando entre 229,3 ± 4,8 (220-237, n = 12) en la costa oriental y 233,9 ± 3,4 (230-243, n = 13) en el bajo Piamonte. El número medio de escamas subcaudales fue el más bajo en las poblaciones del suroeste del río Nuevo en la región de Ridge and Valley (74,9 ± 9,6, 54-82, n = 14) y el más alto (82,8 ± 6,1, 60-92, n = 35) en el norte del Piamonte. El número promedio de ventrales + subcaudales siguió un patrón similar (SW Ridge and Valley 306.8 ± 11.3, 286-318, n = 14; N Piedmont 315.6 ± 6.9, 296-328, n = 35).
Biología: Las serpientes de rata del este son las serpientes más comúnmente vistas en Virginia. Son terrestres y arborícolas. Se encuentran en muchos tipos de hábitats, incluyendo áreas agrícolas, la mayoría de los tipos de bosques de madera dura, parcelas urbanas aisladas y humedales boscosos. Estas serpientes se encuentran a menudo en graneros y edificios antiguos donde su presa principal, los pequeños roedores, son abundantes. Hutchison (1956) encontró una en la boca de una cueva. Las serpientes de cascabel orientales son diurnas y nocturnas. Suelen estar activas justo después de la puesta de sol. Durante este tiempo se desplazan distancias considerables y muchas mueren a causa de los vehículos en las carreteras. Esta especie experimenta grandes pérdidas cada año debido a esta fuente de mortalidad. Los registros del museo para P. alleghaniensis de Virginia indican un periodo de actividad del 3 de abril al 8 de diciembre. Se sabe que la actividad es breve en los meses de invierno, pero depende de las condiciones meteorológicas. Clifford (1976) las encontró activas de mayo a septiembre en el condado de Amelia, y Bazuin (1983) observó una temporada de actividad del 11 de marzo al 8 de noviembre en el condado de Louisa. La temperatura corporal de las serpientes activas era de 25,0-30,6°C (media = 27,6 ± 1,9, n = 11). Las serpientes encontradas debajo de los objetos fueron de 15,0-18,9°C (ave. = 17,5 ± 2,2, n = 3).
Los roedores, las aves y los huevos de aves son las presas preferidas de P. alleghaniensis. Se han registrado las siguientes especies (Uhler et al., 1939; este estudio): mamíferos: ardillas listadas del este (Tamias striatus), ardillas grises (Sciurus carolinensis), colas de algodón del este (Sylvilagus floridanus), ardillas voladoras del sur (Glaucomys volans) ratones de pradera (Microtus pennsylvanicus), ratones de pino (Microtus pinetorum), ratones de patas blancas (Peromyscus leucopus) y musarañas de cola corta del norte (Blarina brevicauda); aves: petirrojo americano (Turdus migratorius), pájaro azul del este y sus huevos (Sialia sialis), chupasangre de vientre amarillo (Sphyrapicus varius), pájaro carpintero pubescente (Picoides pubescens), gavilán gris (Dumetella carolinensis), torcecuellos (Toxostoma rufum), alondra de los prados (Sturnella magna), gorrión cantor (Melospiza melodia), colibrí de garganta rubí (Archilochus colubris), tordos (Seiurus noveboracensis), una curruca no identificada, un «mirlo» y huevos de urogallo o codorniz; reptiles: Eslizones de cinco líneas (Plestiodon fasciatus) y serpientes y huevos de serpiente no identificados; anfibios: Lithobates spp. La serpiente que se comió al ratonero marrón había consumido a un progenitor y a un polluelo. Muchas de las aves capturadas eran polluelos. Otras presas registradas para las serpientes de Virginia son los lagartos de cerca orientales (Sceloporus undulatus) (Richmond y Goin, 1938) y las golondrinas de ribera (Riparia riparia) Blem, 1979). En Brown (1979) y Ernst y Barbour (1989b) se enumeran otros tipos de presas para esta especie. Hay numerosas observaciones de P. alleghaniensis subiendo a los árboles para depredar aves y sus huevos y polluelos. Estas serpientes se ven ocasionalmente comiendo huevos de gallinas domésticas y a veces objetos que se parecen a ellos. Una vez atrapadas, las presas se matan por constricción, aunque los huevos se tragan y luego se rompen en la garganta. En un estudio realizado en el condado de Warren se demostró que los individuos de P. alleghaniensis, que cazan por olfato y visión, consumen más ratones de pradera machos territoriales y hembras lactantes (Microtus pennsylvanicus) que las hembras no lactantes debido al mayor comportamiento defensivo de esos grupos (Madison, 1978). Entre los depredadores de P. alleghaniensis se encuentran los halcones (Buteo spp.), los búhos de gran tamaño (Bubo virginianus) y los gatos domésticos en libertad (Mitchell y Beck, 1992; C. H. Ernst, com. pers.).
Las serpientes de cascabel del este son ovíparas y ponen una nidada de 5-19 huevos por año (promedio = 11.3 ± 3.3, n = 24). Las nidadas de 21 P. alleghaniensis del norte de Virginia tienen un promedio de 19,4 huevos (17-24; C. H. Ernst, com. pers.). Los lugares naturales de puesta de huevos incluyen árboles huecos y caídos, montones de abono y mantillo, pilas de serrín y troncos en descomposición. Algunos lugares son utilizados repetidamente por P. alleghaniensis (Bader, 1984). El combate entre machos a veces precede al apareamiento (Mitchell, 1981b). Las fechas de apareamiento conocidas son entre el 26 de mayo y el 9 de junio. Las fechas de puesta de huevos registradas son del 3 de junio al 17 de julio (Tuck et al., 1971; W. H. Martin, com. pers.; C. A. Pague, com. pers.; J. C. Mitchell, obs. pers.). Los huevos tenían una media de 42,8 ± 6,2 x 24,7 ± 4,3 mm (longitud 34,0-57,3, anchura 19,3-39,5, n = 61) y pesaban 9,0-13,1 g (media = 11,6 ± 0,8, n = 26). Todos los machos y hembras maduros que medí medían más de 900 mm de SVL. La duración de la incubación fue de 60-65 días, y las crías emergieron del 30 de agosto al 30 de septiembre.
Esta es la serpiente más comúnmente encontrada en Virginia. De 278 serpientes registradas durante un período de 4 años en el condado de Amelia, 105 eran serpientes de rata orientales (Clifford, 1976). En las Blue Ridge Mountains, Martin (1976) observó que 76 de las 545 serpientes que encontró en las carreteras eran de esta especie. Shekel et al. (1980) encontraron una densidad de 0,23 serpientes por hectárea en Maryland, y Fitch (1963b) encontró 1 por hectárea en Kansas. Las serpientes de cascabel orientales adultas ocupan un área de distribución de hasta 600 m de diámetro, y las mismas áreas de distribución se ocupan durante muchos años y posiblemente toda la vida (Stickel et al., 1980). Las distancias máximas que se mueven son de más de 1.300 m. Estas serpientes suelen utilizar un sitio de cobertura repetidamente durante la temporada activa y el mismo hibernáculo durante años. Los hibernáculos más comunes son los árboles huecos y los tocones. Estos suelen albergar serpientes solitarias. Se sabe que las serpientes de rata negra se agrupan en invierno, a veces en las mismas madrigueras en las que hibernan las cabezas de cobre orientales (Agkistrodon contortrix). Un sitio de este tipo fue descubierto el 15 de abril de 1967 en una pila de maderas podridas en el condado de Loudoun por W. H. Martin (com. pers.).
Observaciones: Otros nombres comunes en la literatura de Virginia son víbora piloto (Cope, 1900), víbora negra de Alleghany (Hay, 1902), víbora negra escamosa u oxidada y víbora piloto (Dunn, 1915a), víbora negra arbórea (Dunn, 1936), víbora negra de montaña (Burch, 1940), víbora negra piloto (Burch, 1940; Conant, 1945) y víbora gallina (Linzey y Clifford, 1981).
La creencia de que las serpientes de rata del este y las cabezas de cobre del este se hibridan y producen crías que son venenosas y se parecen a las serpientes de rata del este es un mito. Estas dos especies sólo están lejanamente emparentadas (familias diferentes), lo que indica que el apareamiento compatible y la producción de crías viables es muy poco probable. Otras historias sobre serpientes negras (presumiblemente serpientes de rata orientales) son habituales. Beck (1952) menciona varios mitos en los que creía la gente del condado de Rappahannock en 1948, como que las serpientes de cascabel eran capaces de matar a las serpientes de cascabel con hierbas, pararse sobre sus colas, ordeñar vacas y encantar a los pájaros y a los niños. El mito de que las serpientes de cascabel orientales guían a las cabezas de cobre y a las serpientes de cascabel a un lugar seguro puede haber dado lugar al nombre de «piloto» para esta especie (Ernst y Barbour, 1989b).
Se han reportado especímenes albinos o parcialmente albinos de P. alleghaniensis en tres localidades de Virginia: El condado de Westmoreland (Hensley, 1959), el condado de Rockbridge (Carroll, 1950) y el condado de Washington (D. W. Ogle, com. pers.). Estas dos últimas serpientes conservaban el patrón juvenil pero no tenían pigmento negro.
Mitchell et al. (1982) informaron del inusual comportamiento de autofagia (autoconsumo) en una P. alleghaniensis juvenil del condado de Chesterfield. La serpiente había sido sometida a un cambio repentino de temperatura, empezó a morderse la cola, se la tragó por completo (junto con todo lo que pudo del resto del cuerpo) y murió. Esto dio lugar a tres espirales concéntricas, una exterior y dos interiores, con un diámetro de 4 cm.
Las serpientes de rata orientales entran ocasionalmente en los transformadores de energía, se electrocutan y provocan cortes de electricidad. Uno de estos incidentes dejó a 13.000 hogares sin electricidad en el condado de Chesterfield (Richmond Times-Dispatch, 29 de mayo de 1991).
Conservación y gestión: La abundancia y la amplia presencia de esta especie y su capacidad para sobrevivir en una amplia variedad de hábitats indican que P. alleghaniensis necesita actualmente poca protección y gestión activa. Sin embargo, cada año mueren cientos de individuos en las carreteras de Virginia, una fuente de mortalidad que la educación pública sobre las serpientes podría ayudar a reducir. Se desconoce cómo responde esta especie a la fragmentación del hábitat. La gestión para la presencia continuada de esta especie incluye el mantenimiento de grandes masas de bosques de frondosas.