Los mosquitos cazan a los humanos mediante infrarrojos

Los investigadores informan que los mosquitos perciben los infrarrojos del calor corporal para ayudarles a rastrear a los humanos.

Si bien la picadura de un mosquito a menudo no es más que una molestia temporal, en muchas partes del mundo puede resultar 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, Anofeles 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 le ha valido 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 sorprende que haya más de 100 años de investigaciones rigurosas sobre cómo encontrar a sus anfitriones. Durante ese tiempo, los científicos han descubierto que no existe una única señal de la que dependan estos insectos. En cambio, integran información de muchos sentidos diferentes a distintas distancias.

Ahora, los investigadores han añadido otro sentido al repertorio documentado del mosquito: la detección por infrarrojos.

La radiación infrarroja de una fuente aproximadamente a la temperatura de la piel humana duplicó el comportamiento general de búsqueda de huésped de los insectos cuando se combinó con CO2 y el olor humano. Los mosquitos se dirigieron pesadamente hacia esta fuente infrarroja mientras buscaban. 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. Naturaleza.

«Los mosquitos que estudiamos, Aedes aegyptitiene una habilidad excepcional para encontrar huéspedes humanos”, dice el coautor Nicolas DeBeaubien, ex estudiante de posgrado e investigador postdoctoral en la Universidad de California, Santa Bárbara, en el laboratorio del profesor Craig Montell. «Este trabajo arroja nueva luz sobre cómo lograrlo».

Cómo los mosquitos encuentran a los humanos

Está bien demostrado que a los mosquitos les encanta. Aedes aegypti utilice varias credenciales para iniciar sesión en hosts remotos.

«Estos incluyen el CO2 de la respiración, los olores, nuestra visión, [convection] el calor de nuestra piel y la humedad de nuestro cuerpo», explicó el coautor principal Avinash Chandel, actual postdoctorado en la UCSB en el grupo de Montell. «Sin embargo, cada una de estas indicaciones tiene limitaciones».

Los insectos tienen mala visión y un viento fuerte o un movimiento rápido del huésped humano pueden alterar sus sentidos químicos de seguimiento. Por eso los autores se preguntaron si los mosquitos podían detectar una señal direccional más fiable, como la radiación infrarroja.

A unos 10 cm, estos insectos pueden detectar el calor que emana de nuestra piel. Y pueden sentir directamente la temperatura de nuestra piel una vez que bajan. 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 por contacto directo.

Pero la energía térmica también puede viajar distancias más largas cuando se convierte en ondas electromagnéticas, generalmente en el rango infrarrojo (IR) del espectro. Luego, el IR puede calentar todo lo que golpea. Los animales como las víboras pueden sentir la radiación térmica de las presas calientes, y el equipo se preguntó si los mosquitos, como Aedes aegyptitambién puede.

Los investigadores colocaron mosquitos hembra en una jaula y midieron su actividad de búsqueda de huésped en dos áreas. Cada área estuvo expuesta a olores humanos y CO2 en la misma concentración que exhalamos. Sin embargo, sólo un área también estuvo expuesta a IR de una fuente a temperatura de la piel. Una barrera separaba la fuente de la habitación impidiendo el intercambio de calor por conducción y convección. Luego contaron cuántos mosquitos empezaron a sondear como si buscaran una vena.

La adición de infrarrojos térmicos de una fuente de 34º Celsius (aproximadamente la temperatura de la piel) duplicó la actividad de búsqueda de huéspedes del insecto. Esto convierte a la radiación infrarroja en un nuevo sentido documentado que utilizan los mosquitos para localizarnos. Y el equipo descubrió que sigue siendo eficaz hasta unos 70 cm (2,5 pies).

«Lo que más me llamó la atención de este trabajo fue lo potente que resultó ser la IR», dice DeBeaubien. «Una vez que obtuvimos todos los parámetros correctos, los resultados fueron inequívocamente claros».

Estudios anteriores no han observado ningún efecto del infrarrojo térmico en el comportamiento de los mosquitos, pero el autor principal Craig Montell sospecha que todo se reduce a la metodología. Un científico diligente podría intentar aislar el efecto de la IR térmica en los insectos presentando sólo una señal infrarroja sin ninguna otra señal. “Pero ninguna señal por sí sola no estimula la actividad de búsqueda de huésped. Sólo en el contexto de otras señales, como el CO2 elevado y el olor humano, la IR marca la diferencia”, dice Montell, profesor de biología molecular, celular y del desarrollo. De hecho, su equipo encontró lo mismo en pruebas de infrarrojos únicamente: los infrarrojos por sí solos no tienen ningún impacto.

truco de infrarrojos

Los mosquitos no pueden detectar la radiación infrarroja térmica de la misma manera que detectan la luz visible. La energía IR 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 activará la rodopsina, y el IR generado por el calor corporal es de unos 9.300 nm. De hecho, ninguna proteína conocida se activa mediante radiación con longitudes de onda tan largas, afirma Montell. Pero hay otra manera de descubrir el IR.

Consideremos el calor que desprende el sol. El calor se convierte en IR, que atraviesa el 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 luego se convierten nuevamente en calor», dice Montell. Señala que el IR proveniente del sol tiene una longitud de onda diferente a la IR generada por el calor de nuestro cuerpo, ya que la longitud de onda depende de la temperatura de la fuente.

Los autores pensaron que tal vez el calor de nuestro cuerpo, que genera IR, podría luego golpear ciertas neuronas del mosquito, activándolas calentándolas. Esto permite a los mosquitos detectar la radiación indirectamente.

Los científicos saben que las puntas de las antenas de los mosquitos tienen neuronas que detectan el calor. Y el equipo descubrió que al quitar estas puntas se eliminaba la capacidad de los mosquitos para detectar infrarrojos.

De hecho, otro laboratorio encontró la proteína sensible a la temperatura, TRPA1, en la punta de la antena. Y los investigadores observaron que los animales sin un gen trpA1 funcional, que codifica la proteína, no podían detectar la IR.

La punta de cada antena tiene estructuras de clavijas que son muy adecuadas para la detección de radiación. La fosa protege las clavijas del calor conductivo y convectivo y permite que la radiación IR altamente direccional entre y caliente la estructura. Luego, el mosquito utiliza TRPA1, esencialmente un sensor de temperatura, para detectar la radiación infrarroja.

¿Cómo funciona?

La actividad del canal TRPA1 activado por calor por sí sola puede no explicar completamente el rango en el que los mosquitos pudieron detectar IR. Un sensor que dependiera exclusivamente de esta proteína podría no ser útil en el rango de 70 cm que había observado el equipo. A esta distancia, es probable que la estructura de clavija en el hoyo no recoja suficiente IR para calentarla lo suficiente como para activar 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 de la familia de las rodopsinas que eran bastante sensibles a pequeños aumentos de temperatura.

Aunque originalmente se pensó que las rodopsinas eran exclusivamente detectores de luz, el grupo de Montell descubrió que ciertas rodopsinas pueden activarse mediante una variedad de estímulos. Descubrieron que las proteínas de este grupo son bastante versátiles y participan no sólo en la visión, sino también en la sensación del gusto y la temperatura. Tras una mayor investigación, 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 de los mosquitos a la IR. 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 la IR, aunque sí debilitó significativamente el sentido.

Sus resultados indicaron que la IR térmica más intensa, como la que experimentan los mosquitos a corta distancia (por ejemplo, aproximadamente 1 pie), activa directamente TRPA1. Mientras tanto, Op1 y Op2 se pueden activar a niveles más bajos de IR térmico y luego activar indirectamente TRPA1. Dado que la temperatura de nuestra piel es constante, extender la sensibilidad de TRPA1 extiende efectivamente el alcance del sensor IR del mosquito a aproximadamente 2,5 pies.

Mirando hacia adelante

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, dice Chandel. Además, el cambio climático y los viajes por todo el mundo han ampliado el alcance de Aedes aegypti más allá de los países tropicales y subtropicales. Estos mosquitos ahora están presentes en lugares de Estados Unidos donde nunca se encontraron hace apenas unos años, incluida California.

El descubrimiento del equipo puede proporcionar una manera de mejorar los métodos para controlar las poblaciones de mosquitos. Por ejemplo, la incorporación de infrarrojos térmicos de fuentes cercanas a la temperatura de la piel puede hacer que las trampas para mosquitos sean más efectivas. Los hallazgos también ayudan a explicar por qué la ropa que no busca es particularmente buena para prevenir las picaduras. No solo impide que los mosquitos lleguen a nuestra piel, sino que también permite que los infrarrojos se disipen entre nuestra piel y la ropa para que los mosquitos no puedan detectarlos.

«A pesar de su pequeño tamaño, los mosquitos son responsables de más muertes humanas que cualquier otro animal», afirma 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».

Fuente: UC Santa Bárbara