Herramientas olvidadas... (2) Confusión sexual, 1ª parte: ¿Qué son las feromonas?

La de hoy –más que olvidada– es una herramienta casi desconocida, pero no por ello menos eficaz. Se trata de las técnicas de confusión sexual basadas en el empleo de dispensadores de feromonas de lepidópteros, que ya he mencionado en algún post. Muchos dudan y algunos no quieren ver ni en pintura ningún producto de control de plagas que lleve escrita la palabra feromona en su etiqueta, pero el caso es que llevo dos años viendo con mis propios ojos la altísima eficacia de este método contra Ostrinia nubinalis en los pimientos de Murcia y Spodoptera exigua en los de Almería; ¡y ojo!... en fincas de cultivo ecológico, donde –sin herramientas químicas– los gusanos sí que son un problema gravísimo. Así que, a raíz de asistir a finales de junio a unas jornadas organizadas por Las Palmerillas y escuchar una estupenda presentación sobre el tema, traté de documentarme un poco. Lo primero que descubrí es que no tenía ni puñetera idea de qué eran y cómo funcionaban las feromonas, pero una vez que medio me he enterado de algo me he animado a hacer un post. Como pasa siempre con la biotecnología, no es fácil comprender en profundidad el funcionamiento de estas técnicas así que será un poco largo… ¡En fin! empezaremos paso a paso y desde el principio.

El mundo de los humanos es eminentemente visual y auditivo; conocemos el entorno que nos rodea básicamente a través de los ojos y nos comunicamos entre nosotros principalmente emitiendo y recibiendo sonidos. Sin embargo los insectos viven en un mundo de olores; gran parte de su relación con el entorno se basa en sustancias denominadas de forma genérica semioquímicos (palabro con raíz griega que vendría a significar “señal química”, o algo parecido) Químicamente los semioquímicos son compuestos orgánicos volátiles; o sea, moléculas complejas con base de carbono que se evaporan en el aire a temperatura ambiente y por el que pueden difundirse a grandes distancias arrastrados por el viento. Hay distintos tipos de semioquímicos, clasificados en dos grandes grupos: las feromonas, mediante las que se comunican individuos de la misma especie; y los aleloquímicos, gracias a los cuales puede haber comunicación entre individuos de especies distintas –o distintos reinos, pues también comunican a plantas e insectos– e incluso con elementos inertes. Centrándonos en las feromonas las hay de varios tipos –atracción sexual, agregación, alarma…– y distinta complejidad –desde mezclas de muchísimas moléculas distintas a compuestos únicos– (hay un resumen de las funciones y tipos de semioquímicos en la página web de Tomás Cabello, profesor de entomología de la UAL y auténtica eminencia en todo lo que tenga que ver con lepidópteros)

¿Cómo perciben los olores los lepidópteros?... Pues –como todos los animales– mediante unas neuronas especializadas denominadas ORN (del inglés Olfactory Receptor Neuron) cada una sensible a un semioquímico en concreto. En los insectos estas ORN se localizan principalmente en las antenas, y más concretamente dentro de unos finos pelos denominados sensilas tricoideas, que –como puede verse en la imagen– son mucho más abundantes en los machos que en las hembras. La cutícula de estas sensilas dispone de numerosos poros, a través de los cuales pueden pasar las moléculas volátiles que –una vez en su interior y gracias a un complejo sistema proteico– se unen a receptores específicos de la membrana neuronal, unión que dispara el impulso nervioso en forma de corriente eléctrica hasta el cerebro, donde se procesará la información conjunta de las miles de sensilas de las antenas. Si tenemos en cuenta que este sistema es extremadamente sensible –responde a concentraciones ínfimas de sustancias volátiles– y que cada especie dispone de receptores específicos para distintas moléculas –las que interesan para la supervivencia de cada una– entenderemos como puede una Tuta absoluta localizar una planta de tomate en medio de hectáreas de otros cultivos o como los machos de algunas polillas encuentran una hembra sexualmente receptiva estando a kilómetros de distancia; simplemente siguen –como haría un buen sabueso– el rastro llevado por el viento (también llamado pluma) de los aleloquímicos que liberan las plantas de tomate o de las feromonas sexuales que segrega la polilla hembra.

Desde que en 1959 unos científicos alemanes –tras décadas de trabajo– lograron aislar y caracterizar por primera vez una molécula que actuaba como feromona sexual –la del gusano de seda, a la que llamaron Bombykol– se hizo evidente el potencial que podían tener estas sustancias en el control de plagas; si podíamos modificar el comportamiento de los machos y lográbamos interferir en la cópula dispondríamos de una potente herramienta de control. Pero claro, lo primero era identificar que molécula(s) de las emitidas por la hembra de una especie-plaga concreta tienen efecto sobre las antenas del macho, y esto resulta mucho más difícil de hacer que de decir. Hay que recoger las sustancias que emite la hembra, separarlas, testar el efecto que tiene en las antenas del macho cada una de ellas, seleccionar las que actúan, y por último analizarlas hasta determinar su estructura química; y todo eso trabajando con sustancias muy volátiles en muestras de aire... ¡mucha tela! Estas dificultades técnicas frenaron el avance del estudio de las feromonas sexuales de los insectos durante años; pero –afortunadamente– los científicos no se rinden a la primera dificultad, así que fueron desarrollando las técnicas y el instrumental necesario; proceso que culminó en los equipos GC-MS-EAD (del inglés Gas Cromatography - Mass Spectrometry - Electro Antennographic Detection) cuyo esquema se representa en la segunda imagen. Es algo así como un cromatógrafo –similar al que tienen los laboratorios que buscan residuos en nuestro género– trabajando en paralelo con un electroantenógrafo –algo parecido a las máquinas con las que los médicos nos hacen un electro, pero conectada a las diminutas antenas de un insecto–. Este “cacharro” de última tecnología permite identificar las moléculas emitidas por la hembra al tiempo que mide su efecto sobre las antenas del macho, lo que ha facilitado tanto el trabajo de investigación que hoy en día ya se han descrito las feromonas sexuales de más de 2500 especies de lepidópteros, entre ellas la de Spodoptera exigua.

Según un reciente trabajo (ver aquí, o en muchísima mayor profundidad en esta tesis doctoral), la hembras de la población española de S. exigua emiten una mezcla de las 4 sustancias –todas con nombres impronunciables– que podéis ver en la segunda imagen. Podría parecer que ya está hecho lo más difícil, pero tratándose de insectos nada es tan sencillo. Para empezar ninguno de los compuestos de la mezcla es exclusivo –todos están presentes en las feromonas de otros lepidópteros–; lo que sí es exclusivo de cada especie es una determinada combinación de estas sustancias en unas determinadas proporciones, que habrá que copiar exactamente si el objetivo es engañar al macho. Hay que sintetizar y purificar cada uno de estos compuestos para hacer bioensayos en un túnel de viento, observando el comportamiento de machos vivos con distintas combinaciones, hasta encontrar la mezcla que les resulte más atractiva y que confundan totalmente con el olor de una polilla hembra viva. Un túnel de viento –como el de la tercera imagen, sacada de este pdf donde se explica muy bien lo que es– no es otra cosa que un espacio cerrado en el que se puede regular el flujo de aire e inyectar sustancias volátiles de forma controlada; si la mezcla inyectada corresponde al olor de la hembra, una mariposa macho encerrada en él volará en dirección contraria al flujo de aire –tratando de alcanzar a la que cree su compañera– hasta dejarse la vida en el empeño. Experimentos de este tipo con machos de S. exigua –confirmados por observaciones microscópicas de las neuronas de las sensilas– indican que el Z9,E12-14:Ac –un acetato– es la sustancia más atractiva para los machos (feromona de atracción a distancias grandes), pero que hace falta el Z9-14:OH –un alcohol– para que localicen exactamente la fuente de olor (feromona de atracción a distancias cortas), así que es necesaria la presencia conjunta de estas dos sustancias para atraerlos. Las pruebas de campo realizadas sugieren que otro compuesto, el Z11-16:Ac –otro acetato–, podría estar implicado en la atracción a distancias aún más largas, mayores que las dimensiones de un túnel de viento (que no superan unos pocos metros)

Son las dos primeras sustancias –el Z9,E12-14:Ac y el Z9-14:OH– las que emiten las cápsulas de feromonas de S. exigua que todos hemos colocado alguna vez en los polilleros o trampas delta de nuestro invernadero, con la vana esperanza de que acabaran con los gusanos de nuestros pimientos y obteniendo a veces resultados desastrosos (yo llegué a ver hace años parejas de polillas copulando alegremente debajo de un polillero pocos días después de colocarlo) Y es que no solo se trata de que la cápsula emita esas dos sustancias, sino de que lo haga en la proporción y a la concentración correctas. Y cuando repasamos los distintos estudios sobre S. exigua realizados a lo largo y ancho del mundo (están descritos en profundidad aquí, pero puede verse un resumen aquí) vemos que hay grandes diferencias en las proporciones que atraen a cada población local de este insecto. Expresando la proporción del atrayente a larga distancia primero –el Z9,E12-14:Ac – y la del atrayente a cortas distancias después – el Z9-14:OH–, resulta que en España la proporción más eficaz es 60:40, en Norteamérica 10:1, en Japón y Corea 70:30 y en China 9:1. O sea, que cualquier cápsula atraerá a los machos de nuestro invernadero hasta las cercanías del polillero, pero solo una con una proporción cercana a 60:40 engañará a la mayoría hasta el punto de que caigan en nuestra trampa y mueran. Si no es así, lo único que conseguiremos será concentrar a los machos en el área donde coloquemos la trampa, lo que será una autentica bendición para las hembras que anden por allí – aunque normalmente las hembras copulan una sola vez son posibles las cópulas múltiples (ver aquí)–. Esto provoca una distribución irregular en el invernadero tanto de las puestas como de los daños ocasionados por las orugas, que se concentran alrededor de las trampas; un hecho que todos vimos hace años en el campo y que es el origen de la creencia general –no por más extendida menos errónea– de que las feromonas atraen a la plaga desde el exterior del invernadero. Todo es consecuencia del uso de formulaciones importadas –poco apropiadas para la población local de S. exigua– y a la imposición de su utilización por parte de los protocolos de calidad, sin hacer antes los oportunos estudios y formar a los usuarios finales del producto. Lo de siempre… nos cargamos la técnica antes siquiera de aprender a utilizarla.

Pero estábamos hablando de la confusión sexual, no de las trampas… Lo veremos en el próximo post, que este ya me ha salido bastante largo.