Altos niveles de ozono destruyen la señal química de apareamiento de los insectos

Un equipo de investigación del Instituto Max Planck de Ecología Química de Jena (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, que son señales cruciales para el apareamiento, e impedir así el éxito de la reproducción, según publican en la revista Nature Communications ⁽¹⁾.

La señal química específica de apareamiento se vuelve disfuncional

El efecto oxidante del ozono provoca la ruptura de los dobles enlaces carbono-carbono presentes en las moléculas de muchas feromonas de insectos. Por lo tanto, la señal química específica de apareamiento se vuelve disfuncional.

La interrupción de la comunicación sexual también provocó que las moscas macho mostraran un comportamiento de apareamiento inusual hacia los machos ozonizados de su propia especie

Las investigaciones muestran este efecto en la mosca del vinagre, Drosophila melanogaster, y en otras nueve especies del género Drosophila. Lo más sorprendente es que la interrupción de la comunicación sexual también provocó que las moscas macho mostraran un comportamiento de apareamiento inusual hacia los machos ozonizados de su propia especie.

El inconfundible olor de sus congéneres

La comunicación sexual de los insectos depende en gran medida de las feromonas. Incluso las diferencias más pequeñas, como las que se observan en la formación de nuevas especies, hacen que el apareamiento ya no tenga lugar, porque machos y hembras sólo se encuentran entre sí a través del inconfundible olor de sus congéneres.

La mayoría de las feromonas de insectos son moléculas olorosas que contienen dobles enlaces carbono-carbono. Se sabe que el ozono destruye fácilmente estos dobles enlaces.

"Ya sabíamos que contaminantes ambientales como el ozono y el óxido nítrico degradan los olores florales, haciendo que las flores sean menos atractivas para sus polinizadores. Dado que los compuestos con dobles enlaces de carbono son especialmente sensibles a la degradación por ozono, y que casi todas las feromonas sexuales de los insectos llevan esos dobles enlaces, nos preguntamos si la contaminación atmosférica también afecta a la forma en que las hembras y los machos de los insectos se encuentran e identifican mutuamente durante el apareamiento", explica Markus Knaden, que dirige el Grupo de Comportamiento Guiado por el Olor del Departamento de Neuroetología Evolutiva y es uno de los autores principales del estudio.

"Necesitábamos una técnica que nos permitiera medir incluso cantidades minúsculas de feromonas en moscas individuales que hubieran estado o no expuestas al ozono antes de las mediciones. Para ello, utilizamos lo que se conoce como unidad de desorción térmica acoplada a un cromatógrafo de gases/espectrómetro de masas, lo que nos permitió medir cantidades minúsculas de olores emitidos por moscas individuales", explica el primer autor, Nanji Jiang, al describir los retos técnicos.

En los experimentos, las moscas macho fueron expuestas a concentraciones de ozono ligeramente elevadas. A continuación, midieron si las moscas seguían emitiendo su feromona. Cuando las moscas fueron expuestas a 100 ppb (partes por billón, que corresponde a una concentración de 10-9) de ozono durante dos horas, los niveles de feromona medidos disminuyeron significativamente en comparación con un grupo de control que sólo había sido expuesto al aire ambiente.

Además de los machos de la mosca modelo 'Drosophila melanogaster', los investigadores/investigadoras también analizaron los machos de ocho especies emparentadas del género Drosophila. Sólo en una especie, 'Drosophila busckii', la liberación de feromonas masculinas específicas no se vio afectada tras la exposición al ozono, pero estos compuestos tampoco contienen dobles enlaces carbono-carbono y, por tanto, no reaccionan tan fácilmente con el ozono.

Los machos utilizan sus feromonas para distinguir a las hembras de otros machos: Mientras su feromona atrae a las hembras, repele a otros machos. Durante el apareamiento, los machos transfieren su feromona a las hembras. Las hembras recién apareadas que huelen la feromona dejan de ser atractivas para otros machos durante las horas siguientes.

Los machos utilizan sus feromonas para distinguir a las hembras de otros machos: Mientras su feromona atrae a las hembras, repele a otros machos. Durante el apareamiento, los machos transfieren su feromona a las hembras. Las hembras recién apareadas que huelen la feromona dejan de ser atractivas para otros machos durante las horas siguientes.

Los machos ozonizados resultaron repentinamente interesantes para sus congéneres masculinos

En consecuencia, los niveles elevados de ozono no sólo provocaron que las hembras se sintieran menos atraídas por los machos, sino que los machos ozonizados resultaron repentinamente interesantes para sus congéneres masculinos.

"Sabíamos que los niveles elevados de ozono podían afectar a los sistemas de apareamiento de los insectos porque la descomposición de los dobles enlaces del carbono, y por tanto de las feromonas, por oxidación no es ciencia exacta en química. Sin embargo, nos sorprendió que incluso niveles ligeramente elevados de ozono pudieran afectar a los sistemas de apareamiento de los insectos", reconoce.

El equipo también observó los efectos de los altos niveles de ozono en el aire sobre el comportamiento de apareamiento de otras especies de Drosophila. Incluso los machos de la especie 'Drosophila busckii' tuvieron menos éxito en el apareamiento tras la exposición al ozono, aunque éste no altera la feromona que se ha descrito que emiten los machos de D. busckii, pero otros compuestos químicos sensibles al ozono no identificados hasta el momento pueden desempeñar también un papel adicional en su comportamiento de apareamiento.

Los insectos y sus feromonas han evolucionado a lo largo de millones de años. En cambio, la concentración de contaminantes atmosféricos sólo ha aumentado drásticamente desde la industrialización

"Los insectos y sus feromonas han evolucionado a lo largo de millones de años. En cambio, la concentración de contaminantes atmosféricos sólo ha aumentado drásticamente desde la industrialización. Es poco probable que los sistemas de comunicación de los insectos, que han evolucionado a lo largo de la evolución, sean capaces de adaptarse a las nuevas condiciones en poco tiempo si las feromonas dejan de existir de repente. La única solución a este dilema es reducir inmediatamente los contaminantes de la atmósfera", afirma Bill Hansson, jefe del Departamento de Neuroetología Evolutiva y cofundador del Centro Max Planck de Ecología Química de Insectos de Nueva Generación (nGICE), dedicado a estudiar los efectos de los cambios climáticos y la contaminación atmosférica en los insectos y su comunicación química.

Los científicos/científicas quieren estudiar los efectos del ozono en una gama más amplia de insectos, incluidas las polillas, que suelen seguir los penachos de feromonas a grandes distancias. Las feromonas sexuales son también señales cruciales para que los insectos distingan entre congéneres y especies estrechamente emparentadas.

Aumento de las tasas de hibridación

"Nos gustaría averiguar si los altos niveles de ozono provocan un aumento de las tasas de hibridación cuando especies de moscas estrechamente emparentadas comparten su hábitat. Por último, la comunicación química en los insectos no se limita al comportamiento de apareamiento", señala Markus Knaden, que también estudia el comportamiento de las hormigas del desierto.

"Todos los insectos sociales, como las abejas, las hormigas y las avispas, utilizan señales químicas para identificar a los miembros de su colonia. También estudiamos si la estructura social dentro de las colonias de hormigas se ve afectada cuando éstas regresan de sus viajes de búsqueda de comida, durante los cuales han estado expuestas a mayores niveles de contaminantes", anuncia.

El estudio actual aporta una explicación adicional de por qué las poblaciones de insectos están disminuyendo drásticamente en todo el mundo, aparte de la aplicación de insecticidas y la eliminación de hábitats

Los altos niveles de ozono no sólo son perjudiciales para la salud humana. El estilo de vida actual de las naciones industrializadas tiene un coste muy elevado para el medio ambiente y el clima; muchos efectos indirectos ni siquiera se conocen. El estudio actual aporta una explicación adicional de por qué las poblaciones de insectos están disminuyendo drásticamente en todo el mundo, aparte de la aplicación de insecticidas y la eliminación de hábitats.

Esto también puede afectar a muchos polinizadores, como las abejas y las mariposas. El hecho de que el 80% de nuestros cultivos necesiten ser polinizados por insectos pone de manifiesto la magnitud que puede adquirir este problema en el futuro, si no conseguimos reducir drásticamente la contaminación atmosférica.