Los mosquitos detectan los infrarrojos del calor corporal para localizar a los humanos... y picarlos

Si bien una picadura de mosquito a menudo no es más que una molestia temporal, en muchas partes del mundo hoy esa situación es aterradora. Una especie de mosquito, Aedes aegypti, propaga los virus que causan más de 100.000.000 de casos de dengue, fiebre amarilla, Zika y otras enfermedades cada año. Otro, Anopheles gambiae, propaga 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.

Aedes aegypti. Photo by National Institute of Allergy and Infectious Diseases on Unsplash

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 encuentran a sus anfitriones. Durante ese tiempo, los científicos descubrieron que no existe una única señal de la que dependan estos insectos. Se sabe que integran información de muchos sentidos diferentes a distintas distancias.

Un equipo dirigido por investigadores de la Universidad de California en Santa Bárbara ha añadido otro sentido al repertorio documentado del mosquito: la detección infrarroja. 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 navegaron abrumadoramente hacia esta fuente infrarroja mientras buscaban huésped. Los investigadores también descubrieron dónde se encuentra este detector de infrarrojos y cómo funciona a nivel morfológico y bioquímico. Los resultados del trabajo se publicaron en la revista Nature.

Mosquito Aedes aegypti en Dar es Salaam, Tanzania. Crédito de la imagen: Muhammad Mahdi Karim

“El mosquito que estudiamos, Aedes aegypti, es excepcionalmente hábil para encontrar huéspedes humanos”, señaló el coautor principal Nicolas DeBeaubien, ex estudiante de posgrado e investigador postdoctoral en la UCSB en el laboratorio del profesor Craig Montell. “Este trabajo arroja nueva luz sobre cómo lograrlo”.

Guiadas por señales térmicas infrarrojas
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Está bien establecido que los mosquitos como el Aedes aegypti utilizan múltiples señales para localizar a sus huéspedes a distancia. “Estos incluyen el CO2 de nuestro aliento exhalado, los olores, la visión, el calor [de convección] de nuestra piel y la humedad de nuestro cuerpo”, explicó el coautor principal Avinash Chandel, actual postdoctorando en la UCSB en el grupo de Montell. “Sin embargo, cada una de estas señales tiene limitaciones”, detalló. Los insectos tienen mala visión y un viento fuerte o un movimiento rápido del huésped humano pueden alterar el seguimiento de los sentidos químicos. Entonces los autores se preguntaron si los mosquitos podrían detectar una señal direccional más confiable, como la radiación infrarroja.

Mosquito Anopheles gambiae, vector de la malaria. Crédito de la imagen: James D. Gathany

En un rango de 10 centímetros, estos insectos pueden detectar el calor que emana de nuestra piel. Y pueden sentir directamente la temperatura de nuestra piel una vez que aterrizan. 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 mediante contacto directo. Pero la energía proveniente del calor también puede viajar distancias más largas cuando se convierte en ondas electromagnéticas, generalmente en el rango infrarrojo del espectro. Luego, la radiación en el rango infrarrojo 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 el Aedes aegypti, también podrían hacerlo.

Qué barrera
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Los investigadores colocaron mosquitos hembra en una jaula y midieron su actividad de búsqueda de huéspedes en dos zonas. Cada zona estuvo expuesta a olores humanos y dióxido de carbono (CO2) en la misma concentración que exhalamos. Sin embargo, sólo una zona también estuvo expuesta a radiación infrarroja de una fuente a temperatura de la piel. Una barrera separaba la fuente e impedía el intercambio de calor por conducción y convección. Luego contaron cuántos mosquitos comenzaron a sondear como si buscaran una vena.

Menos de un metro
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La adición de infrarrojos térmicos de una fuente de 34º Celsius (aproximadamente la temperatura de la piel) duplicó la actividad de búsqueda de huéspedes de los insectos. Esto hace que la radiación infrarroja sea un sentido recientemente documentado que utilizan los mosquitos para localizarnos. Y el equipo descubrió que sigue siendo eficaz hasta unos 70 centímetros de distancia.

“Lo que más me llamó la atención de este trabajo fue cuán fuerte terminó siendo la señal de radiación infrarroja (RI)”, admitió DeBeaubien. “Una vez que obtuvimos todos los parámetros correctos, los resultados fueron innegablemente claros”.

Estudios anteriores no observaron ningún efecto del infrarrojo térmico en el comportamiento de los mosquitos, pero el autor principal Craig Montell sospecha que esto se reduce a la metodología. Un científico diligente podría intentar aislar el efecto de la radiación infrarroja térmica en los insectos presentando únicamente una señal infrarroja sin ninguna otra señal. “Pero ninguna señal por sí sola estimula la actividad de búsqueda de huésped. Sólo en el contexto de otras señales, como el CO2 elevado y el olor humano, la radiación infrarroja marca la diferencia”, precisó Montell, quien es Duggan y Profesor Distinguido de Biología Molecular, Celular y Desarrollo. De hecho, su equipo encontró que los infrarrojos por sí solos no tienen ningún impacto cuando hicieron las pruebas sólo con radiación infrarroja térmica.

Un truco para detectar infrarrojos
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No es posible que los mosquitos detecten la radiación infrarroja térmica de la misma manera que detectarían la luz visible. La energía de los infrarrojos 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 a partir del calor corporal ronda los 9.300 nm. De hecho, ninguna proteína conocida se activa con radiación con longitudes de onda tan largas, explicó Montell. Más, hay otra forma de detectar RI.

Consideremos el calor emitido por el Sol. El calor se convierte en RI, que fluye a través del espacio vacío. Cuando la RI llega a la Tierra, choca contra los átomos de la atmósfera, transfiriendo energía y calentando el planeta. “El calor se convierte en ondas electromagnéticas, que se vuelven a convertir en calor”, dijo Montell. Observó que la RI proveniente del Sol tiene una longitud de onda diferente de la RI 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 radiación infrarroja, podría afectar ciertas neuronas del mosquito y activarlas calentándolas. Esto permitiría a los mosquitos detectar la radiación indirectamente.

En la punta de las antenas
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Los científicos saben que las puntas de las antenas de los mosquitos tienen neuronas sensibles al 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 el extremo de la antena. Y el equipo de la UCSB observó que los animales sin un gen trpA1 funcional, que codifica la proteína, no podían detectar la RI.

La punta de cada antena de los mosquitos tiene estructuras que están bien adaptadas para detectar radiación. La fosa protege la clavija del calor conductivo y convectivo, permitiendo que la radiación infrarroja, altamente direccional, entre y caliente la estructura. Luego, el mosquito utiliza el ion TRPA1, esencialmente un sensor de temperatura, para detectar la radiación infrarroja. De hecho, este canal iónico es mejor conocido como sensor de dolor, de los resfríos y la picazón en los humanos y otros mamíferos, así como sensor de irritantes ambientales que dan lugar a otras respuestas protectoras (lágrimas, resistencia de las vías respiratorias y tos).

Sumergiéndonos en la Bioquímica
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La actividad del canal TRPA1, activado por calor, por sí sola podría no explicar completamente el rango en el que los mosquitos fueron capaces de detectar la radiación infrarroja. Un sensor que dependiera exclusivamente de esta proteína puede no ser útil en el rango de 70 cm. que había observado el equipo investigador. A esta distancia, es probable que la estructura de clavija en el hoyo no recoja suficiente RI para calentarla lo suficiente como para activar TRPA1.

Los hoyos al final de las antenas del mosquito protegen las estructuras en forma de clavijas que detectan los infrarrojos térmicos. Crédito de la imagen: DeBeaubien y Chandel et al.

Afortunadamente, el grupo de Montell pensó que podría haber receptores de temperatura más sensibles basándose en su trabajo anterior 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 percepción 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 de las antenas que TRPA1.

Al eliminar TRPA1 fue eliminada la sensibilidad del mosquito a los infrarrojos. Sin embargo, los insectos con fallas en cualquiera de las rodopsinas, Op1 u Op2, no se vieron afectados. Incluso la eliminación conjunta de ambas rodopsinas no eliminó por completo la sensibilidad del animal a los rayos infrarrojos, aunque sí debilitó significativamente la sensibilidad.

Los resultados obtenidos indicaron que la RI térmica más intensa, como la que experimentaría un mosquito a una distancia más cercana (por ejemplo, alrededor de 30 centímetros), activa directamente TRPA1. Mientras tanto, Op1 y Op2 pueden activarse a niveles más bajos de RI térmica 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 RI del mosquito a alrededor de poco más de 60 centímetros.

La ventaja táctica
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Como se indicaba en el inicio del artículo 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, explicó Chandel. Es más, el cambio climático y los viajes por todo el mundo han ampliado el área de distribución del Aedes aegypti más allá de los países tropicales y subtropicales. Estos mosquitos ahora están presentes en lugares de EE. UU. donde nunca se los hallaba apenas unos años atrás, incluida California, que se menciona porque allí tiene sede la Universidad de California Santa Bárbara.

La imagen no refleja exactamente la visión térmica infrarroja, pero los mosquitos utilizan el infrarrojo térmico para encontrar huéspedes humanos. Crédito de la imagen: Ildar Abulkhanov vía iStock

La buena noticia es, que el descubrimiento realizado por los investigadores del equipo de Montell podría proporcionar una manera de mejorar los métodos para suprimir las poblaciones de mosquitos. Por ejemplo, la incorporación de infrarrojos térmicos de fuentes cercanas a la temperatura de la piel podría hacer que las trampas para mosquitos sean más efectivas. Los hallazgos también ayudan a explicar por qué la ropa holgada es particularmente buena para prevenir las picaduras. No sólo impide que el mosquito llegue a nuestra piel, sino que también permite que la RIR se disipe entre nuestra piel y la ropa para que los mosquitos no puedan detectarla.

La ropa holgada deja pasar menos radiación infrarroja, que puede ser captada por las hembras de la especia Aedes aegypti en busca de huéspedes para la extracción de sangre humana para la maduración de los huevos de una nueva camada de estos insectos. Crédito de la imagen: Nicolas DeBeaubien y Chandel et al..

“A pesar de su tamaño diminuto, los mosquitos son responsables de más muertes humanas que cualquier otro animal”, ratificó DeBeaubien. “Nuestra investigación mejora la comprensión de cómo los mosquitos atacan a los humanos y ofrece nuevas posibilidades para controlar la transmisión de enfermedades cuyo vector son los mosquitos”.

El equipo de divulgación precisó que además del equipo de Montell, Vincent Salgado, anteriormente en BASF, y su alumno, Andreas Krumhotz, contribuyeron al estudio Thermal infrared directs host-seeking behaviour in Aedes aegypti mosquitoes (El infrarrojo térmico dirige el comportamiento de búsqueda de huésped en los mosquitos Aedes aegypti), que fue publicado en Nature

Importante
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El paper Thermal infrared directs host-seeking behaviour in Aedes aegypti mosquitoes, fue publicado el 21 de agosto de 2024 en Nature. Sus autores con Avinash Chandel, Nicolas A. DeBeaubien, Anindya Ganguly, Geoff T. Meyerhof, Andreas A. Krumholz, Jiangqu Liu, Vincent L. Salgado y Craig Montell.
El artículo Mosquitoes sense infrared from body heat to help track humans down, con la firma de Harrison Tasoff, fue publicado por la UCSB el 21 de agosto de 2024.

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