Investigadores del Instituto Max Planck de Ecología Química, en Alemania, han descubierto que en lugares con altas concentraciones de ozono se destruye la señal química de apareamiento de la mosca del vinagre. Los hallazgos ponen de relieve otra amenaza de la actividad humana sobre las poblaciones de insectos.
La comunicación sexual de los insectos está influida en gran medida por las feromonas, atrayentes químicos que permiten específicamente a machos y hembras de una especie que se apareen. Incluso el cambio más pequeño, como los observados en la formación de nuevas especies, pueden ocasionar que el apareamiento ya no tenga lugar, puesto que machos y hembras solo se encuentran a través del inconfundible olor de sus congéneres.
La mayoría de las feromonas de insectos son moléculas olorosas que contienen dobles enlaces carbono-carbono. Es conocido que el ozono puede destruir fácilmente dichos enlaces dobles.
Ahora un equipo de investigadores del Instituto Max Planck de Ecología Química (en Alemania) ha demostrado que el aumento de los niveles de ozono provocado por la contaminación atmosférica antropogénica puede degradar las feromonas sexuales de los insectos, haciendo que la reproducción nunca llegue a darse.
Al romperse los dobles enlaces, la señal química específica de apareamiento se vuelve disfuncional. En concreto, los autores del estudio han mostrado este efecto en la mosca del vinagre Drosophila melanogaster y en otras nueve especies del género Drosophila.
“Las feromonas de insectos a menudo son moléculas de cadena larga que llevan dobles enlaces carbono-carbono. Estos estanques dobles son muy sensibles a la degradación por oxidantes como el ozono o los óxidos nítricos. Cuando entra en contacto con dichos oxidantes, el doble enlace de carbono puede romperse y la molécula de cadena larga se fractura en dos partes más cortas. Estas nuevas moléculas ya no son detectadas por las moscas hembra como feromonas”, explica a SINC Markus Knaden, líder de la investigación
De cara a estudiar los efectos del ozono en el comportamiento de apareamiento de la mosca del vinagre, los científicos desarrollaron, en primer lugar, un sistema de exposición de las moscas a este gas que pudiera imitar en el laboratorio los niveles de ozono en el aire, que suelen medirse en las ciudades en verano.
Cuantificaron las feromonas de las moscas mediante una técnica conocida como cromatografía de gases acoplada a termodesorción/espectrometría de masas (TDU-GC/MS). Este método consiste en que las moscas recién muertas se calientan individualmente en un pequeño tubo de vidrio, de modo que todas sus feromonas potenciales se vaporizan y se transfieren al GC/MS, un analizador químico que identifica y cuantifica todas las moléculas en el espacio superior sobre la mosca.
Al describirse todas las feromonas de Drosophila, pudieron comparar los espacios de cabeza de las moscas que antes estaban o no expuestas al ozono. La mayoría de las cantidades de feromonas disminuyeron después de la exposición al ozono y aparecieron algunos compuestos nuevos (probablemente los productos de descomposición de las moléculas largas de feromonas).
“Probamos si la exposición al ozono tuvo algún efecto en el comportamiento en pequeñas placas de Petri, donde verificamos lo rápido que los machos expuestos o no expuestos al ozono podían convencer a la hembra para que copulara. Los primeros (que carecían de su persuasiva mezcla de feromonas) tardaron mucho más en convencer a la hembra”, aclara este investigador, que es responsable del Grupo de Comportamiento Guiado por el Olor del Departamento de Neuroetología Evolutiva en la institución alemana.
En el caso de las moscas hembra expuestas a altos niveles de ozono no se observaron diferencias en el comportamiento de cortejo.
“Básicamente observamos diferencias cuando expusimos moscas macho al ozono. En las moscas, los machos suelen iniciar un comportamiento de cortejo, mientras que la hembra finalmente acepta o rechaza al macho (según sus feromonas). Los primeros son menos críticos, cortejan a las hembras y no les importa tanto, cuando los compuestos de las hembras son degradados por el ozono. Entonces, incluso después de estar expuesta al ozono, una mosca de género femenino seguirá siendo atractiva para una de género masculino”, revela Knaden.
Solo en una especie de la decena analizada, la Drosophila suzukii, no se vio afectada de ninguna manera tras la exposición a los altos niveles de ozono. Según se sabe, esta carece de feromonas, por lo que corteja basándose en señales visuales.
Otro de los hallazgos más impactantes es que la interrupción de la comunicación sexual también habría ocasionado que las moscas macho mostraran un comportamiento de apareamiento inusual hacia machos organizados de su propia especie.
“Podríamos explicar que los machos empezaron a cortejarse tras una breve exposición al ozono, porque obviamente no podían distinguir a los machos ozonizados de las hembras. Sin embargo, no habíamos pensado en esto antes. Por ello, nos desconcertó bastante su comportamiento”, explica Knaden junto a Nanji Jiang, también coautor del estudio en un comunicado de prensa.
Los hallazgos se dieron en entornos con una concentración de ozono de 100 ppb (partes por billón). Esta concentración se alcanza en ocasiones en las metrópolis europeas. En el caso de megaciudades y sus alrededores de India, México y China estas concentraciones pueden llegar a ser incluso mucho más altas.
“Por lo tanto, se puede suponer que los efectos inducidos por contaminantes resultan aún mayores en estas grandes urbes. También será interesante probar si los insectos en los lugares rurales que rodean las megaciudades se ven afectados y cómo se ven afectados y, de ser así, hasta dónde llega el efecto devastador de los contaminantes”, reflexiona Knaden.
El coautor del estudio cree que su investigación tiene enormes implicaciones si estudios futuros corroboran que la comunicación sexual de los insectos de vida libre se ha corrompido, como han evidenciado sus experimentos de laboratorio.
“Los insectos son una parte muy importante de las redes alimentarias y brindan servicios ecosistémicos críticos (la mayoría de nuestras frutas y verduras dependen de la polinización de insectos). Por lo tanto, creo que la disminución de insectos que observamos actualmente (y que, debido a nuestros hallazgos, podría verse potencialmente reforzada por contaminantes oxidantes) no solo afecta a algunos entomólogos extraños como nosotros —que disfrutamos observando insectos en el campo—, sino que podría tener un gran impacto en la agricultura, la productividad y, por lo tanto, en la salud humana”, sentencia.
Los autores esperan realizar nuevas investigaciones de laboratorio y de campo en el futuro relativas a otras especies de insectos para averiguar si se ven afectados de la misma forma en sus comportamientos sexuales. No niegan una posible correlación.
“Como la mayoría de los insectos se comunican a través de las feromonas, que tienen unas características químicas básicas similares, (moléculas de cadena larga con enlaces dobles de carbono), esperamos un efecto severo también en otros insectos”, comenta Knaden.
Como la mayoría de estos animales se comunican a través de las feromonas, que tienen unas características químicas básicas similares, esperamos un efecto severo también en otros insectos
En particular, opinan que la influencia puede ser muy evidente en el caso de las polillas. “Las polillas hembra atraen a los machos emitiendo feromonas sexuales a cientos de metros, así que podrían verse afectadas, ya que las feromonas están expuestas a la contaminación atmosférica durante mucho tiempo, antes de que lleguen a los machos”, subraya.
Igualmente, los autores ven un posible vínculo en el caso de insectos sociales como abejas y hormigas. Se preguntan lo que ocurriría si las estructuras de las colonias de hormigas o las colmenas se colapsaran de repente porque la comunicación de las feromonas dejaran de funcionar.
El experto reconoce que todavía no han pensado demasiado en los animales que no son insectos, pero considera que, teniendo en cuenta que los mamíferos también usan feromonas, “potencialmente también podrían sufrirlo”.
Desde el Instituto Max Planck para la Ecología Química consideran que para mitigar el impacto de la contaminación por ozono a nivel del suelo en las poblaciones de insectos no ven otra posibilidad que reducir el uso de combustibles fósiles, es decir, disminuir de inmediato la concentración de contaminantes atmosféricos.
Los insectos han desarrollado una comunicación de feromonas durante millones de años y solo desde hace varias décadas se enfrentan al enorme aumento de los contaminantes oxidantes
“Los insectos han desarrollado una comunicación de feromonas granulares durante millones de años y solo desde hace varias décadas se enfrentan al enorme aumento de los contaminantes oxidantes. Dudo que la evolución de los insectos encuentre una solución a su debido tiempo”, concluye el investigador.
Los autores del estudio reconocen que aún hay algunas cuestiones que abordar, como si los efectos de esta investigación de laboratorio se pueden extrapolar a un estudio de campo o lo drásticas que resultan realmente estas deficiencias de cortejo causadas por los contaminantes. No obstante, instan a los responsables políticos a que no esperen a tener todos los detalles y les piden que actúen de inmediato.
Referencia:
Nan-Ji Jiang, Markus Knaden et al. “Ozone exposure disrupts insect sexual communication”. Nat Communications (marzo, 2023)
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