Aunque la picadura de un mosquito no suele ser más que una molestia pasajera, en muchas partes del mundo puede resultar aterradora. Una especie de mosquito, el Aedes aegypti, propaga los virus que causan más de 100.000.000 de casos de dengue, fiebre amarilla, zika y otras enfermedades cada año. Otra, el Anopheles gambiae, propaga el parásito que causa la malaria. La Organización Mundial de la Salud estima que la malaria por sí sola causa más de 400.000 muertes cada año. De hecho, su capacidad para transmitir enfermedades ha ganado a los mosquitos el título de animal más mortífero.
Los mosquitos machos son inofensivos, pero las hembras necesitan sangre para el desarrollo de los huevos. No es de extrañar que haya más de 100 años de investigación rigurosa sobre cómo encuentran a sus huéspedes. Durante ese tiempo, los científicos han descubierto que no hay una única señal en la que estos insectos confíen. En cambio, integran información de muchos sentidos diferentes a distintas distancias.
Un equipo dirigido por investigadores de la UC Santa Bárbara ha añadido otro sentido al repertorio documentado del mosquito: la detección por infrarrojos. La radiación infrarroja de una fuente con una temperatura similar a la de la piel humana duplicó el comportamiento general de búsqueda de huéspedes de los insectos cuando se combinó con el CO2 y el olor humano.
Los mosquitos navegaron abrumadoramente hacia esta fuente de infrarrojos mientras buscaban huéspedes. Los investigadores también descubrieron dónde se encuentra este detector de infrarrojos y cómo funciona a nivel morfológico y bioquímico. Los resultados se detallan en la revista Nature.
“El mosquito que estudiamos, el Aedes aegypti, es excepcionalmente hábil para encontrar huéspedes humanos”, dijo el coautor principal Nicolas DeBeaubien, ex estudiante de posgrado e investigador postdoctoral en la UCSB en el laboratorio del profesor Craig Montell. “Este trabajo arroja nueva luz sobre cómo lo logran”.
Guiados por el infrarrojo térmico
Está bien establecido que los mosquitos como el Aedes aegypti utilizan múltiples señales para localizar a los huéspedes a distancia. “Esto incluye el CO2 de nuestro aliento exhalado, los olores, la visión, el calor [por convección] de nuestra piel y la humedad de nuestros cuerpos”, explicó el coautor principal Avinash Chandel, un actual posdoctorado en la UCSB en el grupo de Montell.
“Sin embargo, cada una de estas señales tiene limitaciones”. Los insectos tienen una visión deficiente y un viento fuerte o un movimiento rápido del huésped humano pueden alterar su seguimiento de los sentidos químicos. Por lo tanto, los autores se preguntaron si los mosquitos podrían detectar una señal direccional más fiable, como la radiación infrarroja.
A unos 10 cm, estos insectos pueden detectar el calor que sube de nuestra piel. Y pueden sentir directamente la temperatura de nuestra piel una vez que aterrizan. Estos dos sentidos corresponden a dos de los tres tipos de transferencia de calor: convección, calor transportado por un medio como el aire, y conducción, calor a través del contacto directo.
Pero la energía del calor también puede viajar distancias más largas cuando se convierte en ondas electromagnéticas, generalmente en el rango infrarrojo (IR) del espectro. El IR puede calentar todo lo que toca. Animales como las víboras de foseta pueden sentir el IR térmico de presas cálidas, y el equipo se preguntó si los mosquitos, como el Aedes aegypti, también podrían hacerlo.
Los investigadores pusieron mosquitos hembra en una jaula y midieron su actividad de búsqueda de huésped en dos zonas. Cada zona estuvo expuesta a olores humanos y CO2 en la misma concentración que exhalamos. Sin embargo, sólo una zona también estuvo expuesta a IR de una fuente a temperatura de la piel. Una barrera separaba la fuente de la cámara impedía el intercambio de calor por conducción y convección. Luego contaron cuántos mosquitos comenzaron a sondear como si estuvieran buscando una vena.
Añadir IR térmico de una fuente de 34ºC (aproximadamente la temperatura de la piel) duplicó la actividad de búsqueda de hospedadores de los insectos. Esto hace que la radiación infrarroja sea un sentido recientemente documentado que los mosquitos usan para localizarnos. Y el equipo descubrió que sigue siendo eficaz hasta unos 70 cm.
“Lo que más me impresionó de este trabajo fue lo fuerte que terminó siendo la señal IR”, dijo DeBeaubien. “Una vez que logramos que todos los parámetros fueran correctos, los resultados fueron innegablemente claros”.
Estudios anteriores no observaron ningún efecto de la radiación infrarroja térmica en el comportamiento de los mosquitos, pero el autor principal Craig Montell sospecha que esto se debe a la metodología. Un científico asiduo podría intentar aislar el efecto de la radiación infrarroja térmica en los insectos presentando únicamente una señal infrarroja sin ninguna otra señal.
“Pero ninguna señal por sí sola estimula la actividad de búsqueda de hospedador. La radiación infrarroja solo marca una diferencia en el contexto de otras señales, como el CO2 elevado y el olor humano”, dijo Montell, el profesor Duggan y distinguido de Biología Molecular, Celular y del Desarrollo. De hecho, su equipo descubrió lo mismo en pruebas con solo radiación infrarroja: la radiación infrarroja por sí sola no tiene impacto.
Un truco para detectar la radiación infrarroja
Los mosquitos no pueden detectar la radiación infrarroja térmica de la misma manera que detectarían la luz visible. La energía de la radiación infrarroja es demasiado baja para activar las proteínas rodopsina que detectan la luz visible en los ojos de los animales. La radiación electromagnética con una longitud de onda mayor que aproximadamente 700 nanómetros no activa la rodopsina, y la radiación infrarroja generada por el calor corporal es de alrededor de 9.300 nm. De hecho, no se conoce ninguna proteína que se active con una radiación de longitudes de onda tan largas, dijo Montell. Pero hay otra forma de detectar la radiación infrarroja.
Consideremos el calor emitido por el sol. El calor se convierte en radiación infrarroja, que se transmite a través del espacio vacío. Cuando la radiación infrarroja llega a la Tierra, golpea los átomos de la atmósfera, transfiriendo energía y calentando el planeta. “El calor se convierte en ondas electromagnéticas, que se vuelven a convertir en calor”, dijo Montell. Observó que la radiación infrarroja que proviene del sol tiene una longitud de onda diferente de la radiación infrarroja generada por nuestro calor corporal, ya que la longitud de onda depende de la temperatura de la fuente.
Los autores pensaron que quizás nuestro calor corporal, que genera radiación infrarroja, podría entonces golpear ciertas neuronas en el mosquito, activándolas al calentarlas. Eso permitiría a los mosquitos detectar la radiación indirectamente.
Los científicos sabían que las puntas de las antenas de un mosquito tienen neuronas que detectan el calor. Y el equipo descubrió que al quitar estas puntas se eliminaba la capacidad de los mosquitos para detectar la radiación infrarroja.
De hecho, otro laboratorio encontró la proteína sensible a la temperatura, TRPA1, en el extremo de la antena. Y el equipo de la UCSB observó que los animales sin un gen trpA1 funcional, que codifica la proteína, no podían detectar la radiación infrarroja.
Entrando en la bioquímica
La actividad del canal TRPA1 activado por calor por sí sola podría no explicar por completo el rango en el que los mosquitos pudieron detectar la radiación infrarroja. Un sensor que dependiera exclusivamente de esta proteína podría no ser útil en el rango de 70 cm que el equipo había observado. A esta distancia, es probable que la estructura de clavija en el hoyo no recoja suficiente radiación infrarroja para calentarla lo suficiente como para activar la TRPA1.
La punta de cada antena tiene estructuras de clavija en un hoyo que están bien adaptadas para detectar la radiación. El hoyo protege la clavija del calor conductivo y convectivo, lo que permite que la radiación infrarroja altamente direccional entre y caliente la estructura. Luego, el mosquito utiliza la TRPA1 (esencialmente un sensor de temperatura) para detectar la radiación infrarroja.
Afortunadamente, el grupo de Montell pensó que podría haber receptores de temperatura más sensibles basándose en su trabajo previo con moscas de la fruta en 2011. Habían encontrado algunas proteínas en la familia de las rodopsinas que eran bastante sensibles a pequeños aumentos de temperatura.
Aunque originalmente se pensaba que las rodopsinas eran exclusivamente detectoras de luz, el grupo de Montell descubrió que ciertas rodopsinas pueden activarse con una variedad de estímulos. Descubrieron que las proteínas de este grupo son bastante versátiles, involucradas no solo en la visión, sino también en la detección del gusto y la temperatura. Tras una investigación más profunda, los investigadores descubrieron que dos de las 10 rodopsinas que se encuentran en los mosquitos se expresan en las mismas neuronas antenales que TRPA1.
La eliminación de TRPA1 eliminó la sensibilidad del mosquito a los rayos infrarrojos, pero los insectos con defectos en cualquiera de las rodopsinas, Op1 u Op2, no se vieron afectados. Incluso la eliminación de ambas rodopsinas juntas no eliminó por completo la sensibilidad del animal a los rayos infrarrojos, aunque debilitó significativamente el sentido.
Sus resultados indicaron que los rayos infrarrojos térmicos más intensos (como los que experimentaría un mosquito a una distancia más cercana, por ejemplo, alrededor de 30 cm) activan directamente TRPA1. Mientras tanto, Op1 y Op2 pueden activarse a niveles más bajos de rayos infrarrojos térmicos y luego desencadenar indirectamente TRPA1. Como la temperatura de nuestra piel es constante, ampliar la sensibilidad del TRPA1 extiende efectivamente el alcance del sensor IR del mosquito a alrededor de 7,6 metros.
Una ventaja táctica
La mitad de la población mundial está en riesgo de contraer enfermedades transmitidas por mosquitos, y alrededor de mil millones de personas se infectan cada año, dijo Chandel. Además, el cambio climático y los viajes por todo el mundo han extendido los rangos de distribución del Aedes aegypti más allá de los países tropicales y subtropicales. Estos mosquitos ahora están presentes en lugares de los EE. UU. donde nunca se los había encontrado hace solo unos años, incluida California.
El descubrimiento del equipo podría proporcionar una forma de mejorar los métodos para suprimir las poblaciones de mosquitos. Por ejemplo, la incorporación de IR térmico de fuentes cercanas a la temperatura de la piel podría hacer que las trampas para mosquitos sean más efectivas. Los hallazgos también ayudan a explicar por qué la ropa holgada es particularmente buena para prevenir las picaduras. No solo impide que el mosquito llegue a nuestra piel, sino que también permite que el IR se disipe entre nuestra piel y la ropa para que los mosquitos no puedan detectarlo.
“A pesar de su diminuto tamaño, los mosquitos son responsables de más muertes humanas que cualquier otro animal”, afirmó DeBeaubien. “Nuestra investigación mejora la comprensión de cómo los mosquitos atacan a los humanos y ofrece nuevas posibilidades para controlar la transmisión de enfermedades transmitidas por mosquitos”.
Además del equipo de Montell, Vincent Salgado, ex miembro de BASF, y su estudiante, Andreas Krumhotz, contribuyeron a este estudio.
Fuente: Phys.org.
