Relaciones tóxicas La vida sexual de los insectos

Guadalupe Córdova García y Diana Pérez Staples

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Los machos de diversas especies de insectos producen moléculas que modifican el cuerpo y la conducta de las hembras con las que se aparean. Si pudiéramos manipular esas moléculas sería más fácil controlar las plagas que azotan diversos cultivos

Dejas un tazón de fruta a la intemperie y muy pronto, quién sabe de dónde, llegan enjambres de insectos diminutos que revolotean alrededor de tus mangos maduros. Si observas con cuidado y paciencia a estos insectos verás que son unas mosquitas bastante normales. Pero a pesar de su aspecto anodino, esta especie, llamada Drosophila melanogaster, es una de las superestrellas de la biología. La razón: es muy fácil de criar en grandes cantidades, tiene un ciclo de vida —de huevo a adulto— muy rápido y es fácil crear mosquitas mutantes para hacer experimentos genéticos. Otra particularidad es que algunas de sus células (en concreto las de las glándulas salivales de las larvas) tienen cromosomas tan grandes que pueden verse bajo un microscopio cualquiera. Y aquí va un dato que no se queda atrás: los machos producen los espermatozoides más largos del reino animal, de casi 6 centímetros (para ponerlo en perspectiva, las moscas mismas miden unos pocos milímetros). Además, para reproducirse al ritmo que las hace interesantes para los investigadores, las Drosophilas tienen mucho, mucho sexo. Pero la cosa no para aquí.

En los animales con reproducción sexual el objetivo de la cópula es que el macho le transfiera a la hembra espermatozoides que fertilicen sus óvulos. Hasta aquí todo normal. Pero en las Drosophilas y muchos otros insectos, con el líquido seminal viajan sustancias que se producen en un conjunto de estructuras del macho que se llaman glándulas accesorias y que sirven como mensajeras que modifican de distintas formas el comportamiento de las hembras (en los humanos el equivalente sería la próstata, pero no tiene esa función). Esto ocurre porque en la naturaleza no sólo compiten unas especies contra otras, sino también los individuos de una misma especie entre ellos. El objetivo: dejar más descendencia.

Esas moléculas son las sustancias del amor. O mejor dicho, del sexo.

Un bisturí muy chiquito

Estudiar las glándulas accesorias no es fácil: son diminutas y para observarlas hay que añadirles tintes especiales y usar un microscopio. Además, puede haber desde dos, como en las mariposas, hasta 600 glándulas individuales, como en los grillos, y tienen toda clase de formas, como peras, frijoles o bastones. Están compuestas principalmente por proteínas, pero a veces contienen grasas o azúcares, y rara vez sustancias como el ácido úrico, en las cucarachas.

El microscopio revela ciertas cosas, como su forma y el tipo y número de células que las componen, pero no sus efectos. Para averiguar qué hacen exactamente es necesario diseñar experimentos minuciosos.

Uno de estos experimentos consiste en extraer los órganos, macerarlos en una solución, tomar una cantidad con una micropipeta, inyectarla directamente en las hembras y observar cómo se comportan. Otro método es el transplante: se quita el órgano del macho y se transplanta en el abdomen o tórax de la hembra, de tal manera que ésta reciba las sustancias del amor.

La microcirugía en los machos es una forma más laboriosa y complicada, porque hay que manipular órganos diminutos en insectos ya de por sí pequeños, pero tiene la ventaja de que las hembras no sufren ningún daño por la inyección o transplante. Es la técnica que usamos en la Universidad Veracruzana para entender qué efectos tienen estas interesantes sustancias en la mosca mexicana de la fruta, Anastrepha ludens. Consiste en extraerle al macho únicamente los testículos, en su etapa adulta, y permitirle copular con las hembras. Sin testículos en los que se formen los espermatozoides no puede fertilizar a las hembras, pero sí conserva las glándulas accesorias y los otros órganos reproductivos, de modo que al copular transfiere las sustancias del amor sin los espermatozoides.

Finalmente, también se pueden producir en el laboratorio mutantes que no producen esperma pero sí las sustancias que les interesan a los investigadores. Esto facilita el trabajo de los científicos porque no tienen que hacer minuciosas microcirugías para eliminar los testículos.

En 2008 Geoffrey D. Findlay y sus colaboradores hicieron un experimento en el que incluyeron en la dieta de las moscas hembra un marcador llamado nitrógeno-15. El nitrógeno 15 es un isótopo del nitrógeno, es decir, un átomo de nitrógeno que en vez de los siete neutrones que suelen formar parte del núcleo tiene ocho. Luego se permitió que las moscas marcadas se aparearan con machos sin marcar. Al estudiar el tracto reproductivo de la hembra, donde quedan proteínas marcadas y sin marcar, se puede saber cuáles son las que el macho le transmite a la hembra durante el apareamiento, pues serán las que no contengan nitrógeno-15.

Una vez que se ha identificado una proteína que los investigadores creen que hace tal o cual cosa, puede comprobarse la hipótesis sintetizando la proteína en el laboratorio e inyectándosela a las hembras. Al comparar a las hembras inyectadas con hembras que se aparearon en forma normal pueden irse distinguiendo los efectos de cada sustancia. La cantidad de sustancias del amor depende del insecto: las más estudiadas son las de la Drosophila melanogaster, que se estima que produce más de 200 proteínas en las glándulas accesorias.

Olfatómetro. La hembra debe decidir entre los olores.

Atracción animal

Todos estos experimentos han revelado cosas muy interesantes. Uno de los primeros hallazgos se debe a Hans Kummer, que en 1960 fue probablemente el primero en reportar que las moléculas que las Drosophila machos le transmiten a las hembras durante el apareamiento las inducen a poner más huevos.

También sabemos que una de las proteínas que se producen en las glándulas accesorias tiene un papel antiafrodisiaco: se encarga de apagar por completo el deseo sexual de la hembra tras la cópula. Esto tiene sentido en términos evolutivos: al eliminar el impulso sexual de la hembra el macho ganador se asegura de que su pareja no quiera aparearse con un rival. Así, la hembra sólo procreará sus hijos y los de nadie más.

Otra molécula, el péptido sexual (PS o Acp70A), provoca una amplia variedad de cambios fisiológicos y de comportamiento; entre ellos, prolonga el lapso en el que la hembra está dispuesta a aparearse y a poner huevos. Una proteína más, la Acp62F, reduce las probabilidades de supervivencia en la hembra, un efecto que aún no se entiende bien en términos evolutivos. Sólo en la mosca mexicana de la fruta encontramos 100 proteínas que el macho le pasa a la hembra con posibles funciones en la respuesta inmunitaria, memoria olfativa, longevidad, espermatogénesis y ovogénesis.

Se sabe desde hace tiempo que las sustancias del amor pueden cambiar la respuesta de las hembras a los olores. Este fenómeno, que se ha estudiados en insectos como las Drosophila, hace algo equivalente al efecto antiafrodisiaco. En 2021 Francisco Devescovi y sus colaboradores hicieron un experimento con la mosca de Queensland, Bactrocera tryoni, en un olfatómetro. Pusieron a dos grupos de hembras: unas que ya se habían apareado, y por lo tanto habían recibido ciertas moléculas de los machos, y otras que no se habían apareado. En ese túnel Devescovi y colaboradores les dieron oportunidad de elegir entre dos sustancias: feromonas (sustancias químicas que liberan los machos para atraer a las hembras) o bien el olor natural de la fruta. Descubrieron que las mosquitas apareadas preferían el olor de la fruta e ignoraban olímpicamente el olor de los machos; las no apareadas, en cambio, iban hacia él e ignoraban la fruta. Este cambio de respuesta olfativa en hembras apareadas y no apareadas también lo hemos observado recientemente en la mosca mexicana de la fruta. Esta mosca, que vive desde México hasta Costa Rica, se considera una de las plagas más destructivas de los cítricos, pero también ataca los mangos y otras frutas.

En moscas, mosquitos, escarabajos y saltamontes una proteína llamada ovulina también provoca que las hembras produzcan o depositen más huevos, o ambas cosas. Este efecto es muy estudiado en diferentes insectos porque tiene importantes consecuencias en la reproducción de las plagas. Las hembras que reciben estas sustancias al aparearse pueden infestar más frutas o vegetales, lo que provoca más daño a los cultivos, con graves consecuencias para los agricultores.

Foto: Cortesía de los autores

Tapón de castidad

El efecto de las sustancias del amor no se limita a lo químico: puede ser también extremadamente físico. En otros insectos (escarabajos, mariposas, grillos o mantis religiosas) estas moléculas inducen la formación de una estructura llamada espermatóforo, parecida a una cápsula. Este espermatóforo transporta los espermatozoides, y en ocasiones le proporciona nutrientes a la hembra, pero en otras funciona como una especie de cinturón de castidad, como el que se cuenta que los hombres le ponían a sus mujeres en la Edad Media para asegurarse de que no pudieran tener sexo con ningún pretendiente en su ausencia. Aunque en realidad no existieron nunca esos cinturones para humanos, en el caso de algunos insectos sí son reales: los espermatóforos son literalmente un tapón genital que evita que copulen con otros machos. Pero como en la evolución la competencia siempre es feroz incluso entre machos y hembras de la misma especie, las hembras de ciertos grillos y mantis religiosas devoran el espermatóforo. Así salen ganando: posiblemente obtienen nutrientes, se aparean con otros machos y pueden elegir a los mejores candidatos para padres. En la mosca mexicana de la fruta se ha observado que las hembras almacenan el esperma en varias estructuras de su cuerpo y sólo usan el del último macho con el que copulan, que es el que gana la carrera de la paternidad.

Otro efecto interesante ocurre en el mosquito del dengue (Aedes aegypti), en el que estas sustancias pueden aumentar la longevidad de la hembra, aunque en otros casos, como en el gorgojo del frijol y en la palomilla Spodoptera litura, ocurre lo contrario: provocan que la hembra viva menos. También hay efectos como la pérdida de visión que sufren las reinas de la abeja común, Apis mellifera, tras el apareamiento, que hace que en ocasiones no puedan regresar a la colmena, y el aumento en el apetito de las Drosophilas, acompañado por una conducta más agresiva, un aumento en su memoria a largo plazo y una reducción en su ciclo de sueño: esteroides para moscas.

Pero eso por qué pasó o qué

En biología evolutiva las cosas no ocurren “por una razón”, como si alguien hubiera diseñado ese fenómeno o conducta. Más bien en la evolución ganan los rasgos y las conductas que lleven a dejar más descendientes, incluso si producen efectos negativos en las hembras, como ocurre con las moléculas que en este artículo hemos llamado sustancias del amor.

Pero, ¿cómo llegaron a desarrollarse esas sustancias y su efecto sobre la conducta de las hembras? Puede pensarse sobre el tema como una forma de conflicto o de cooperación: las sustancias del amor originalmente podrían haber favorecido el transporte de los espermatozoides para que no se quedaran atorados en el tracto reproductivo de la hembra. Con el tiempo podrían haber adquirido nuevas funciones que resultaron en mayor descendencia. Y a más descendencia, más individuos heredarían esa característica, lo que les daría ventaja sobre los que no la tuvieran, cuyos rasgos acabarían por desaparecer. Las hembras, por su parte, pueden tener sus propios intereses y desarrollar sus propias mutaciones que las hacen resistir los cambios de conducta o los tapones genitales de los machos.

Relaciones tóxicas

Conocer las sustancias del amor en insectos y sus efectos en las hembras podría tener aplicaciones prácticas, sobre todo en el caso de insectos que se consideran plagas agrícolas, como ya vimos, o que transmiten enfermedades como el dengue, el Zika, el chikunguña o la malaria. Por ejemplo, al manipular los genes que contienen las instrucciones para fabricar ciertas proteínas en las glándulas accesorias de los machos podría conseguirse que la hembra no ponga huevos o que sus huevos no sean fértiles. Una de las razones por las que estudiamos las sustancias del amor tiene que ver con una forma de control de la natalidad amigable con el ambiente que se llama técnica del insecto estéril (tie).

Con esta técnica, que hoy se usa en México contra la mosca del Mediterráneo y la mosca mexicana de la fruta, se crían insectos de manera masiva en grandes fábricas, se esterilizan con rayos gamma y se liberan en las áreas afectadas. Los machos esterilizados se aparean con las hembras silvestres, que ya no pueden poner huevos fértiles. Reduce las poblaciones de plagas sin necesidad de insecticidas y sin afectar a otras especies que no son plaga o que son incluso benéficas, como las abejas. Pero si pudiéramos manipular las sustancias del amor seríamos capaces de incrementar la puesta de huevos de las hembras en las fábricas y así producir más insectos a menor costo, y además producir machos estériles que al copular con una hembra silvestre le transmitan una proteína que la mate. En otras palabras, las sustancias del amor se convertirían en las sustancias de la muerte: malo para los insectos pero bueno para la agricultura.