Kenneth Veland Halberg
Rara vez hay tiempo para escribir sobre todas las historias científicas interesantes que se nos presentan. Por eso, este año, una vez más publicamos una serie especial de publicaciones de Doce días de Navidad, destacando una historia científica que pasó desapercibida en 2023, todos los días del 25 de diciembre al 5 de enero. Hoy: los escarabajos rojos de la harina pueden usar sus traseros. chupar agua del aire, lo que les ayuda a sobrevivir en ambientes extremadamente secos. Los científicos están perfeccionando los mecanismos moleculares detrás de esta capacidad única.
El humilde escarabajo rojo de la harina (Tribolium castaneum) es una plaga común en las despensas que se alimenta de granos, harina, cereales, pastas, galletas, frijoles y nueces almacenados. Es una criatura notablemente resistente, capaz de sobrevivir en ambientes áridos y hostiles debido a su capacidad única para extraer fluidos no sólo de los cereales y otras fuentes de alimentos, sino también del aire. Lo hace abriendo su recto cuando la humedad del ambiente es relativamente alta, absorbiendo la humedad a través de esa abertura y convirtiéndola en líquido que luego se utiliza para hidratar el resto del cuerpo.
Los científicos conocen esta capacidad desde hace más de un siglo, pero los biólogos finalmente están comenzando a llegar al fondo (ejem) de los mecanismos moleculares subyacentes, según un artículo publicado en marzo en Proceedings of the National Academies of Science. Esto informará investigaciones futuras sobre cómo interrumpir este proceso de hidratación para mantener mejor controladas las poblaciones de escarabajos rojos de la harina, ya que son altamente resistentes a los pesticidas. También pueden soportar niveles de radiación incluso más altos que la cucaracha.
Hay alrededor de 400.000 especies conocidas de escarabajos que deambulan por el planeta, aunque los científicos creen que podría haber más de un millón. Cada año, hasta el 20 por ciento de los almacenes de cereales del mundo están contaminados por escarabajos rojos de la harina, gorgojos de los cereales, escarabajos de la patata de Colorado y escarabajos confundidos de la harina, especialmente en los países en desarrollo. Los escarabajos rojos de la harina, en particular, son un organismo modelo popular para la investigación científica sobre el desarrollo y la genómica funcional. El genoma completo fue secuenciado en 2008 y el escarabajo comparte entre 10.000 y 15.000 genes con la mosca de la fruta (Drosofila), otro caballo de batalla de la investigación genética. Pero, en comparación, el ciclo de desarrollo del escarabajo se parece más al de otros insectos.
Kenneth Halberg
El recto de la mayoría de los mamíferos e insectos absorbe los nutrientes y el agua restantes de los productos de desecho del cuerpo antes de la defecación. Pero el recto del escarabajo rojo de la harina es un modelo de ultraeficiencia en ese sentido. El escarabajo puede generar concentraciones de sal extremadamente altas en sus riñones, lo que le permite extraer toda el agua de sus propias heces y reciclar esa humedad nuevamente en su cuerpo.
«Un escarabajo puede pasar por un ciclo de vida completo sin beber agua líquida», dijo el coautor Kenneth Veland Halberg, biólogo de la Universidad de Copenhague. «Esto se debe a su recto modificado y sus riñones estrechamente aplicados, que juntos forman un sistema multiorgánico altamente especializado en extraer agua de los alimentos que comen y del aire que los rodea. De hecho, sucede con tanta eficacia que el Las muestras de heces que hemos examinado estaban completamente secas y sin ningún rastro de agua». Toda la estructura rectal está revestida por una membrana perinéfrica.
Halberg et al. Tomó imágenes de microscopía electrónica de barrido de la estructura rectal del escarabajo. También tomaron muestras de tejido y extrajeron ARN de escarabajos rojos de la harina cultivados en laboratorio, luego utilizaron un nuevo recurso llamado BeetleAtlas para su análisis de expresión genética, buscando genes relevantes.
Un gen en particular se expresó sesenta veces más en el recto que cualquier otro. Halberg y su equipo finalmente perfeccionaron un grupo de células secundarias entre los riñones y el sistema circulatorio del escarabajo llamadas leptofragmas. Este hallazgo respalda estudios anteriores que sugerían que estas células podrían ser relevantes, ya que son las únicas células que interrumpen la membrana perinéfrica, lo que permite el transporte crítico de cloruro de potasio. Traducción: las células bombean sales a los riñones para recolectar mejor la humedad de las heces o del aire.
Kenneth Halberg
El siguiente paso es aprovechar estos nuevos conocimientos para descubrir cómo interrumpir el proceso de hidratación único del escarabajo a nivel molecular, tal vez diseñando moléculas que puedan hacerlo. Luego, esas moléculas podrían incorporarse a pesticidas más ecológicos que se dirigen al escarabajo rojo de la harina y plagas similares sin dañar a insectos más beneficiosos como las abejas.
«Ahora entendemos exactamente qué genes, células y moléculas intervienen en el escarabajo cuando absorbe agua en el recto. Esto significa que de pronto sabemos cómo alterar estos procesos tan eficientes, desarrollando, por ejemplo, insecticidas dirigidos a esta función y, al hacerlo, matar al escarabajo», afirmó Halberg. «Hay veinte veces más biomasa de insectos en la Tierra que la de los humanos. Desempeñan papeles clave en la mayoría de las redes alimentarias y tienen un enorme impacto en prácticamente todos los ecosistemas y en la salud humana. Por lo tanto, necesitamos comprenderlos mejor».
DOI: PNAS, 2023. 10.1073/pnas.2217084120 (Acerca de los DOI).