Si bien la picadura de un mosquito no suele ser más que una molestia pasajera, en muchas partes del mundo puede ser aterradora. Una especie de mosquito, Aedes aegyptipropaga los virus que causan más de 100.000.000 de casos de dengue, fiebre amarilla, zika y otras enfermedades cada año. Otro, Anopheles gambiaepropaga 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 Universidad de California en 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 hospedadores de los insectos cuando se combinó con CO2 y el olor humano. Los mosquitos se dirigieron abrumadoramente hacia esta fuente de infrarrojos mientras buscaban un huésped. 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 revistaNaturaleza.
«El mosquito que estudiamos, Aedes aegypti«El virus 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».
Guiado por infrarrojos térmicos
Está bien establecido que a los mosquitos les gusta Aedes aegypti Utilizar múltiples señales para localizar a los anfitriones desde la distancia. «Estos incluyen CO2 de nuestro aliento exhalado, olores, visión, [convection] «El calor de nuestra piel y la humedad de nuestro cuerpo», explicó el coautor principal Avinash Chandel, un posdoctorado actual 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 confiable, como la radiación infrarroja.
En un radio de unos 10 cm, estos insectos pueden detectar el calor que se eleva desde nuestra piel y pueden percibir 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 percibir el IR térmico de presas cálidas, y el equipo se preguntó si los mosquitos, como Aedes aegyptitambién podría.
Los investigadores colocaron mosquitos hembra en una jaula y midieron su actividad de búsqueda de hospedadores en dos zonas. Cada zona estuvo expuesta a olores humanos y CO2 a la misma concentración que exhalamos. Sin embargo, solo 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.
La adición de rayos infrarrojos térmicos de una fuente de 34º Celsius (aproximadamente la temperatura de la piel) duplicó la actividad de búsqueda de huéspedes de los insectos. Esto convierte a la radiación infrarroja en un sentido recientemente documentado que los mosquitos utilizan para localizarnos. Y el equipo descubrió que sigue siendo eficaz hasta unos 70 cm (2,5 pies).
«Lo que más me impresionó de este trabajo fue lo potente que resultó ser 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 individual por sí sola estimula la actividad de búsqueda de hospedador. Sólo lo hace en el contexto de otras señales, como el CO elevado».2 «Los rayos infrarrojos marcan una diferencia en el olfato y el olfato humano», dijo Montell, profesor distinguido de biología molecular, celular y del desarrollo de la Universidad Duggan. De hecho, su equipo descubrió lo mismo en pruebas con solo rayos infrarrojos: los rayos infrarrojos por sí solos no tienen ningún impacto.
Un truco para detectar infrarrojos
Los mosquitos no pueden detectar la radiación infrarroja térmica de la misma manera que detectan 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 superior a unos 700 nanómetros no activa la rodopsina, y la radiación infrarroja generada por el calor corporal es de unos 9.300 nm. De hecho, no se conoce ninguna proteína que se active con la radiación con longitudes de onda tan largas, dijo Montell. Pero hay otra forma de detectar la radiación infrarroja.
Pensemos en el calor emitido por el sol. El calor se convierte en rayos infrarrojos, que se propagan a través del espacio vacío. Cuando los rayos infrarrojos llegan a la Tierra, chocan con los átomos de la atmósfera, transfiriendo energía y calentando el planeta. «El calor se convierte en ondas electromagnéticas, que a su vez se convierten en calor», dijo Montell. Señaló que los rayos infrarrojos que provienen del sol tienen una longitud de onda diferente a la generada por el calor de nuestro cuerpo, ya que la longitud de onda depende de la temperatura de la fuente.
Los autores pensaron que quizás el calor de nuestro cuerpo, que genera rayos infrarrojos, podría entonces alcanzar ciertas neuronas del mosquito, activándolas al calentarlas, lo que permitiría a los mosquitos detectar la radiación indirectamente.
Los científicos sabían que las puntas de las antenas de los mosquitos tienen neuronas que detectan el calor. Y el equipo descubrió que al quitarles esas 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 una antena funcional TrpA1 El gen que codifica la proteína no pudo detectar IR.
La punta de cada antena tiene estructuras con clavijas 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 ingrese y caliente la estructura. Luego, el mosquito usa TRPA1 (esencialmente un sensor de temperatura) para detectar la radiación infrarroja.
Sumergiéndonos 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 como para calentarla lo suficiente como para activar la TRPA1.
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 pensó que las rodopsinas eran exclusivamente detectoras de luz, el grupo de Montell descubrió que ciertas rodopsinas pueden activarse por 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 a fondo, los investigadores descubrieron que dos de las 10 rodopsinas encontradas 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.
Los resultados indicaron que una radiación infrarroja térmica más intensa (como la que experimentaría un mosquito a una distancia más cercana, por ejemplo, alrededor de 30 cm) activa directamente TRPA1. Mientras tanto, Op1 y Op2 pueden activarse a niveles más bajos de radiación infrarroja térmica y luego activar indirectamente TRPA1. Dado que la temperatura de nuestra piel es constante, ampliar la sensibilidad de TRPA1 extiende efectivamente el alcance del sensor de infrarrojos del mosquito a alrededor de 76 cm.
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 ampliado las áreas de distribución de las enfermedades. Aedes aegypti Más allá de los países tropicales y subtropicales, estos mosquitos están presentes en lugares de Estados Unidos donde nunca se habían encontrado hace apenas 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 la radiación infrarroja térmica de fuentes cercanas a la temperatura de la piel podría hacer que las trampas para mosquitos sean más eficaces. Los hallazgos también ayudan a explicar por qué la ropa holgada es especialmente buena para prevenir las picaduras. No solo impide que el mosquito llegue a nuestra piel, sino que también permite que la radiación infrarroja se disipe entre nuestra piel y la ropa para que los mosquitos no puedan detectarla.
«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, contribuyeron a este estudio Vincent Salgado, ex-BASF, y su estudiante, Andreas Krumhotz.
