Búsqueda
Los olores son mezclas de compuestos químicos volátiles (= que vuelan en el aire) que funcionan como mediadores en la comunicación de los insectos o para que estos puedan localizar alimento o a sus parejas (Figura 1). Por ejemplo, existen compuestos volátiles conocidos como “feromonas” que median la comunicación en organismos de la misma especie y tienen funciones importantes en la búsqueda de pareja, en el comportamiento de alarma o dispersión, agregación o marcaje de ruta. De manera similar, la comunicación entre organismos de diferentes especies es mediada por compuestos conocidos técnicamente como “aleloquímicos” (del griego allelon, mutuo o recíproco), que se pueden clasificar como “kairomonas”, “alomonas” o “sinomonas”, dependiendo si beneficia al receptor, al emisor o a ambos, respectivamente. Un fenómeno a nuestro alrededor donde se involucran compuestos volátiles es el descrito para las Moscas de la Fruta (plaga que provoca el agusanamiento de frutos como guayabas, mangos y toronjas/naranjas [Figuras 1 y 2]), que, por ejemplo, localizan a sus frutos hospederos mediante la percepción de olores o kairomonas liberados por el mismo fruto. Y subrayamos el hecho de que lo que nosotros olemos en el caso de, por ejemplo, una guayaba o un mango, no es lo mismo que “huelen” las moscas, es decir tenemos diferente sensibilidad al mismo olor. La comunicación por alomonas incluyen repelentes o compuestos tóxicos liberados por las plantas para evitar el ataque por herbívoros (= insectos que comen plantas). Otro ejemplo fascinante lo representan las plantas carnívoras que atrapan a sus presas incautas mediante señuelos químicos y los degradan hasta consumirlos. Es sorprendente cómo estos mecanismos incluso ayudan a la planta a defenderse. Tal es el caso de la liberación de compuestos llamados sinomonas, que atraen a enemigos naturales de los herbívoros que atacan a las plantas. ¡Imagínate, la planta libera olores que llaman a los enemigos que van a matar a los insectos que se están comiendo las hojas de esa planta! Otro ejemplo de sinomonas son los compuestos que liberan las flores para atraer a insectos polinizadores (Figura 1).
Dada la importancia de los olores en el comportamiento de los insectos y sus interacciones, así como sus devastadores efectos en nuestras cosechas como organismos plaga, es interesante determinar, mediante técnicas de ecología química (= campo de investigación que estudia las interacciones de los organismos mediadas por señales químicas), la composición de esos olores e identificar los compuestos químicos responsables de desencadenar comportamientos específicos. Este es el objeto de estudio de la ecología química, un área de investigación que podemos aprovechar en diversas estrategias para el manejo de insectos plaga. En nuestro grupo de investigación, estamos elucidando la composición de las feromonas sexuales de los machos de diferentes especies de Moscas de la Fruta, así como de sus frutos hospederos, mediante técnicas como la cromatografía de gases acoplada a espectrometría de masas. Por medio de estos sofisticados equipos, podemos identificar y nombrar compuestos individuales dentro de un extenso bouquet de olores, a los que el insecto responde. Sí, y aunque suene increíble, dentro de una nube con decenas de moléculas volando en el aire, podemos analizar e identificar compuestos únicos.
La antena es el principal órgano receptor de olores en los insectos. Esa estructura en la cabeza de los insectos, cubierta de miles de “pelos” y estructuras especializadas en detectar moléculas que vuelan en el aire, es el equivalente a nuestra nariz. En el laboratorio usamos técnicas impresionantes que se basan en el estudio de las antenas de los insectos y que nos permiten entender las señales eléctricas producidas en la antena, cuando son expuestas a olores específicos. Con estas técnicas llamadas electroantenográficas hemos identificado compuestos que producen respuestas antenales en la Mosca Mexicana de la Fruta (Figura 2), siendo expuestas a los compuestos volátiles de varios frutos hospederos como el zapote blanco, el mango, y la toronja, entre muchos otros frutales que ataca esta plaga. Los compuestos volátiles con actividad antenal son entonces evaluados en ensayos de comportamiento (olfatómetros, túnel de vuelo, ensayos en jaulas, etc.) para determinar si desencadenan un comportamiento específico en los insectos.
Los compuestos químicos asociados a comportamientos específicos en insectos se han utilizado en estrategias para el manejo integrado de plagas. A continuación, te describiremos algunos de los más importantes para darte una idea de lo útil a la sociedad de este tipo de investigación científica.
- El trampeo con atrayentes consiste en colocar trampas (Figura 3) con feromonas o kairomonas para monitorear la población de una plaga y tomar acciones de control en caso de ser detectada. También, se puede usar una gran cantidad de trampas (trampeo masivo) para capturar tantos insectos plaga como sea posible, y así reducir (controlar) la población del insecto plaga. Por ejemplo, la Mosca de las Manzanas es monitoreada en los huertos de Estados Unidos de América mediante el uso de esferas rojas con compuestos atrayentes provenientes de las manzanas. Las esferas contienen un pegamento en su superficie donde las moscas quedan atrapadas. Para nuestro país, la Mosca del Mediterráneo (Figura 2) es una amenaza latente que puede ocasionar importantes pérdidas económicas por la afectación directa a más de 200 especies de frutos/verduras o por restricciones cuarentenarias. La campaña Nacional de Moscas de la Fruta ocupa trampas con feromonas sexuales sintéticas y/o atrayentes alimenticios para el monitoreo de poblaciones de la Mosca del Mediterráneo en la frontera con Guatemala, y así evitar la entrada de esta mosca a nuestro territorio. El trampeo masivo se ha ocupado en el control de diversas especies de Moscas de la Fruta, con el gusano cogollero, algunas especies de picudos y escarabajos, entre otros. Otro mecanismo de control que al mismo tiempo atrapa y mata a los insectos plaga consiste en colocar trampas con atrayentes combinados con insecticidas químicos o biológicos, donde una vez atraído, el insecto plaga muere por su exposición o infección con el insecticida. Esta técnica permite reducir mucho la cantidad de agrotóxicos que se aplican para controlar a la plaga y que contaminan el ambiente y dañan nuestra salud.
- Otra estrategia muy interesante es la Interrupción del apareamiento, la cual consiste en colocar múltiples (pueden ser decenas, cientos o hasta miles) liberadores de feromonas sexuales sintéticas en un huerto para confundir a los insectos y reducir al máximo los encuentros de las parejas, provocando que las hembras pongan huevos estériles y eventualmente se reduzca la población plaga.
Los compuestos repelentes y antialimentarios pueden mantener alejados a los insectos plaga. Por ejemplo, el desarrollo de repelentes contra mosquitos ha sido un caso de éxito. En el caso de los antialimentarios, estos inhiben el apetito de los insectos, provocando que eventualmente se mueran. Una técnica que combina el uso de repelentes y atrayentes simultáneamente (empuja y atrapa) consiste en colocar repelentes dentro del cultivo que interesa proteger, y los atrayentes deben ser ubicados en el exterior, de tal forma que repele los insectos plaga desde el interior y los atrae desde el exterior.
Es de esperar que estas estas estrategias requieran de mejoramiento continuo para contar con compuestos cada vez más específicos con la capacidad de atraer solamente al insecto plaga de interés y no afecte a insectos no blanco (= que no son plaga o incluso son benéficos). Además de la vía tradicional, estamos usando estrategias alternativas recientes como la ecología química reversa que propone nuevas rutas para la generación de atrayentes más eficaces y eficientes. Con los sofisticados sistemas computacionales actuales, y las capacidades de supercómputo y de inteligencia artificial, modelamos la naturaleza química de los atrayentes y cómo son captadas por las proteínas de los insectos a nivel atómico. Los experimentos in silico son capaces de simular ambientes virtuales que permiten determinar, de forma teórica, los compuestos químicos más atractivos con base en la afinidad química (acoplamiento molecular) entre las moléculas de los compuestos químicos y las proteínas de unión a olores y/o receptores neuronales a los que se unen. Con la determinación in silico de los atrayentes más idóneos, se procede con la validación del resultado virtual en un ambiente real. Por ejemplo, en el trabajo de Chen y colaboradores (2024) se determinaron in silico los compuestos teóricos más atrayentes, y luego, mediante estudios en campo, determinaron los tres compuestos con mayor potencial de atracción comprobada con la Mosca Oriental de la Fruta. Este tipo de estrategias se realizan en los centros de supercómputo del país y hacen uso de la inteligencia artificial (https://www.inecol.mx/index.php/divulgacion/ciencia-hoy/la-inteligencia-artificial-alcanza-enorme-notoriedad-por-premios-nobel-de-fisica-y-quimica-cuales-son-algunos-beneficios-y-riesgos-para-la-sociedad-y-la-ciencia).
En INECOL continuaremos investigando los olores atractivos a especies de Moscas de la Fruta de importancia comercial en México, usando estrategias tradicionales de ecología química, en combinación con otras disciplinas como la bioquímica, proteómica (= estudio de proteínas señalizadoras de olores), la ecología química reversa, y la bioinformática, entre otros. Esperamos que nuestros resultados deriven en la generación de atrayentes o repelentes más eficaces y eficientes para un mejor manejo y control de esta plaga, que sea amigable al ambiente y por ello benéficos para la sociedad.
Referencias
Chen Y, Cao F, Zou Y, Li Y, Wen J, Fu Y, Su H, Bai X, Xie X; Zeng L, et al. the discovery of the potential attractive compounds of Bactrocera dorsalis (Hendel). Horticulturae 2024,10:299. https://doi.org/10.3390/horticulturae10030299
Deutsch, A., & Guédot, C. (2017). Utilizing Insects' Sense of Smell for Pest Management. University of Wisconsin--Extension, Cooperative Extension.
Rana A, Sharma D, Choudhary K, Kumari P, Ruchika K, Yangchan J, Kumar S: Insight into insect odorant binding proteins: an alternative approach for pest management. J Nat Pestic Res 2024, 8:100069. https://doi.org/10.1016/j.napere.2024.100069
Nota: en este documento se usaron algunas imágenes sin derecho de autor del sitio iStock by Getty Images.
1.- Red de Manejo Biorracional de Plagas y Vectores, Instituto de Ecología A.C., Xalapa, Veracruz
2.- Red de Estudios Moleculares Avanzados, Instituto de Ecología A.C., Xalapa, Veracruz
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