Los insectos tienen que hacer frente a una amplia gama de factores ambientales para prosperar:enfermedades, sequía y cambios de hábitat. Los científicos esperan que el estudio de la biología y el comportamiento de los insectos pueda ayudar a los humanos a hacer frente a problemas, desde el cambio climático hasta el control de enfermedades. trabajo por turnos e incluso desfase horario.

El estudio de los relojes corporales en plantas y animales se conoce como cronobiología. Los errores proporcionan un buen modelo de prueba para estudiar tales atributos, que son importantes para que los animales regulen sus actividades, metabolismo y desarrollo diario y estacional. En el Instituto de Entomología de la Academia Checa de Ciencias, el proyecto InPhoTime, financiado por el Consejo Europeo de Investigación de la UE (ERC), ha estado examinando los ritmos moleculares que ayudan a los animales a decir la hora.

En octubre, el Premio Nobel de Fisiología o Medicina 2017 fue otorgado conjuntamente al profesor Jeffrey C. Hall, Al profesor Michael Rosbash y al profesor Michael W. Young por sus descubrimientos de los mecanismos moleculares que controlan el ritmo circadiano a través del estudio de las moscas de la fruta.

Dr. David Doležel, quien lidera InPhoTime, Estaba trabajando con el profesor Hall durante su posdoctorado en los Estados Unidos sobre relojes circadianos cuando se le ocurrió una idea. "Todos los organismos, incluidos humanos y moscas, tener un reloj para saber qué hora del día es, ", dijo." Es beneficioso para los organismos saber si es por la mañana o por la noche. Similar, si observamos algunos organismos ... es beneficioso anticipar los cambios estacionales ... especialmente para los organismos que dependen del suministro de alimentos y del clima, como los insectos ".

El objetivo del Dr. Doležel es intentar descubrir una explicación molecular de cómo los insectos miden los días más cortos antes del invierno a través de un mecanismo biológico conocido como temporizador fotoperiódico.

"Incluso si la temperatura sigue siendo alta en agosto, por ejemplo, muchos insectos o plantas saben que la estación pronto cambiará, ", dijo. Tal conocimiento informa a los animales que es hora de modificar su comportamiento para el invierno, alertándoles cuándo entrar en diapausa (un estado similar a la hibernación en los mamíferos) o cuándo tener a sus crías para que estén completamente desarrolladas antes de las heladas.

Su equipo está estudiando el resistente insecto de fuego rojo, Pyrrhocoris apterus , para demostrar los mecanismos biológicos que utilizan para hacer esto. Están examinando las conexiones nerviosas desde sus ojos compuestos hasta sus cerebros y mostrando cómo los genes controlan su temporizador fotoperiódico.

"Son lo suficientemente grandes como para poder realizar una microcirugía y, después de operaciones específicas, los insectos viven incluso más tiempo que los individuos no operados. Y ahora podemos realizar la edición de genes con CRISPR (una herramienta de edición del genoma), "Esta combinación de fisiología clásica de insectos con herramientas recientes de genética molecular es lo que hace que nuestro organismo modelo sea atractivo", dijo el Dr. Doležel.

"La semana pasada obtuvimos los primeros mutantes, donde cambiamos la base del reloj circadiano para que el error asuma que el día dura 22 horas en lugar de 24 ".

Variaciones genéticas

Los investigadores también planean alterar los genes de los insectos para mostrar las vías que utilizan sus temporizadores fotoperiódicos. así como confirmar que las variaciones genéticas en sus respectivos hábitats influyen en el comportamiento estacional.

Los insectos de fuego son sujetos ideales porque no vuelan y se encuentran en entornos notablemente diferentes. El Dr. Doležel espera que los insectos que viven bajo el sol de medianoche en Escandinavia tengan diferentes variantes de genes (alelos) que sus primos más meridionales. Luego, pueden probar la participación genética en el temporizador fotoperiódico mediante la edición de genes específicos de insectos que se originan en diferentes áreas.

"Si encuentra variantes genéticas que están involucradas funcionalmente en insectos en diferentes poblaciones, básicamente les permite vivir en el norte de Europa y el sur de Europa, diferentes entornos, podría ser una información bastante buena que podría explicar algunas variaciones genéticas en los humanos, " él dijo.

La variabilidad genética puede explicar por qué algunas personas tienen problemas graves con el desfase horario y el cambio de estación, mientras que otras casi no sienten ningún efecto.

Insectos sociales

Al igual que las ciudades humanas tienen departamentos de salud para monitorear los brotes de enfermedades, los insectos sociales como las hormigas y las abejas que viven en las proximidades deben tomar medidas especiales para evitar que las epidemias de enfermedades diezmen sus colonias. Viviendo en grupos sociales, ya sea humano o insecto, conduce a un mayor riesgo de propagación de enfermedades.

La Dra. Sylvia Cremer estudió la defensa cooperativa contra enfermedades en hormigas de jardín, Lasius neglectus , en el proyecto SOCIALVACCINES financiado por ERC en el Instituto de Ciencia y Tecnología de Austria (IST Austria). Descubrió que las hormigas han desarrollado una defensa colectiva además de la inmunidad individual para crear una "inmunidad social" frente a las infecciones.

La búsqueda de hormigas de animales muertos o la búsqueda de alimento en el suelo hace que la infección por hongos sea una amenaza común. Cuando las hormigas regresan de buscar comida, ella encontró, reciben un chequeo médico de otros miembros de su colonia.

"Tienes que imaginar que están regresando al nido cubiertos de esporas en polvo. Entonces, lo que hacen los demás es usar las partes de la boca para limpiar todas estas partículas infecciosas y aplicar su veneno (ácido fórmico) a las esporas de las que no pueden deshacerse. , para evitar su germinación ".

Dr. Cremer, un biólogo evolutivo, se preguntó por qué las hormigas se arriesgarían a infectarse ellas mismas para ayudar a desinfectar a sus colegas.

"Hemos descubierto que, de hecho, hay una gran cantidad de transferencia de patógenos que se produce durante este cuidado sanitario, pero que el sistema inmunológico de los compañeros de nido individuales puede manejarlo, ya que aumenta su respuesta inmune, ", dijo." Los protege de desafíos posteriores del mismo patógeno ".

Funciona de la misma manera que las sociedades humanas desarrollan inmunidad colectiva al vacunar a los niños contra ciertas enfermedades.

"Cuando lo piensas, Tiene mucho sentido que los grupos sociales hayan desarrollado muchos sistemas de salud sofisticados porque corren una amenaza mucho mayor de propagación de enfermedades. "Dijo el Dr. Cremer.

¿Podría haber lecciones sobre el comportamiento de la salud social de las hormigas para los humanos?

"A veces, toma decisiones en la atención médica que tal vez no sean las mejores a nivel de la población, ", dijo." Por ejemplo, trataría a un paciente con todos los antibióticos disponibles incluso si a nivel de la población esto aumenta el riesgo de resistencia a los antibióticos ".

Muchos insectos también enfrentan amenazas para su salud por impactos climáticos como la sequía o el clima no estacional.

El Dr. Inon Scharf analizó cómo evolucionan los insectos para adaptarse a estos impactos y al cambio climático en el proyecto CLIMINSECTS financiado por la UE en la Universidad de Tel Aviv en Israel.

Tamaño corporal

"La idea es, que cuando suban las temperaturas, el tamaño corporal de los vertebrados debería disminuir y esto se debe a una regla biológica llamada regla de Bergmann, ", Dijo el Dr. Scharf." Está relacionado con la pérdida de calor de los organismos. Si eres pequeño puedes perder calor más rápido que si eres grande, y por eso es mejor ser pequeño donde hace calor ". Eso se puede ver con el tamaño de los animales, principalmente aves y mamíferos, disminuyendo a medida que la tierra se ha calentado.

Tenía curiosidad por saber si lo mismo se aplicaría a los insectos y escarabajos en particular, debido a su similitud, alrededor del 25% de todas las especies animales no microscópicas de la tierra son escarabajos.

"Medimos algunos miles de escarabajos de 30 especies. Queríamos ver si estaban de acuerdo con lo que se encontró sobre el tamaño corporal de los vertebrados ... y no encontramos tal tendencia. Por lo tanto, los escarabajos no se hacen más pequeños con el año de recolección, ", dijo." Otros factores, como las condiciones locales y los alimentos disponibles, probablemente no sean menos importantes que el clima ".

Descubrió que el efecto de la temperatura en los escarabajos de la harina, como organismo modelo para experimentos, no es sencillo y difiere según la etapa de la vida en la que están expuestos al estrés.

"Si exponemos a los adultos a bajas temperaturas, ellos responden mejor a mayores dificultades ... se aclimatan, ", Dijo el Dr. Scharf." Pero si los expone a temperaturas frías como larvas, responden peor que los adultos a las bajas temperaturas. Así que criarlos a temperaturas más cálidas mejora su tolerancia al frío ".

También descubrió que aclimatarse a los golpes de frío ayuda a los escarabajos a soportar otras tensiones por más tiempo, como el hambre o el calor excesivo.

"Es sorprendente ... que no haya aclimatación durante la etapa juvenil, solo la etapa adulta. El aumento de las temperaturas incluso puede ayudarlos más tarde, " él dijo.

Eso podría ser importante para comprender cómo el cambio climático y el aumento de las temperaturas en el medio ambiente pueden fortalecer o interrumpir los ciclos de vida de los insectos. con implicaciones para la agricultura y el control de plagas.