Los mosquitos nos persiguen usando visión infrarroja

Aunque una picadura de mosquito no suele ser más que una molestia pasajera, en muchas partes del mundo puede dar miedo. 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. Otra, Anopheles gambiae, propaga el parásito que causa la malaria. La Organización Mundial de la Salud calcula que sólo la malaria causa más de 400.000 muertes al año. De hecho, su capacidad para transmitir enfermedades les ha valido a los mosquitos el título de animal más mortífero.

Los mosquitos macho son inofensivos, pero las hembras necesitan sangre para desarrollar sus huevos. No es de extrañar que haya más de 100 años de rigurosa investigación sobre cómo encuentran a sus huéspedes, entre los que estaos los seres humanos. A lo largo de este tiempo, los científicos han descubierto que no utilizan una única señal, como el olor o la temperatura. En su lugar, integran información procedente 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 de infrarrojos. La radiación infrarroja procedente de una fuente con una temperatura similar a la de la piel humana duplicó el comportamiento general de búsqueda de hospedador de los insectos cuando se combinó con el CO2 y el olor humano. Los mosquitos se dirigieron de forma abrumadora hacia esta fuente de infrarrojos mientras buscaban huésped. 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 Nature.

Entre las señales usadas por los mosquitos están el CO2 de nuestro aliento exhalado, los olores, la visión, el calor de nuestra piel y la humedad de nuestro cuerpo

«El mosquito que estudiamos, Aedes aegypti, es excepcionalmente hábil en la búsqueda de huéspedes humanos», dijo el coautor principal Nicolas DeBeaubien, antiguo estudiante de posgrado e investigador posdoctoral en la UCSB en el laboratorio del profesor Craig Montell. «Este trabajo arroja nueva luz sobre cómo lo consiguen».

Guiados por infrarrojos

Está demostrado que los mosquitos como el Aedes aegypti utilizan múltiples señales para localizar a sus huéspedes a distancia. «Entre ellas están el CO2 de nuestro aliento exhalado, los olores, la visión, el calor [por convección] de nuestra piel y la humedad de nuestro cuerpo», explica Avinash Chandel, coautor del estudio y actualmente postdoctorando en la UCSB en el grupo de Montell. «Sin embargo, cada una de estas señales tiene sus limitaciones». Los insectos tienen poca visión, y un viento fuerte o un movimiento rápido del huésped humano pueden despistar su seguimiento de los sentidos químicos. Así que los autores se preguntaron si los mosquitos podrían detectar una señal direccional más fiable, como la radiación infrarroja.

En un radio de unos 10 cm, estos insectos pueden detectar el calor que desprende nuestra piel. Y pueden percibir 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 por contacto directo. Pero la energía del calor también puede viajar distancias más largas cuando se convierte en ondas electromagnéticas, generalmente en la gama infrarroja (IR) del espectro. Los infrarrojos pueden calentar lo que alcanzan. Animales como las víboras de fosetas pueden percibir la IR térmica de presas calientes, y el equipo se preguntó si los mosquitos, como el Aedes aegypti, también podrían hacerlo.

Los investigadores colocaron mosquitos hembra en una jaula y midieron su actividad de búsqueda de huéspedes en dos zonas. Cada zona se expuso a olores humanos y CO2 en la misma concentración que exhalamos nosotros. Sin embargo, sólo una de las zonas se expuso también a infrarrojos procedentes de una fuente a la temperatura de la piel. Una barrera separaba la fuente de la cámara e impedía el intercambio de calor por conducción y convección. A continuación, contaron cuántos mosquitos empezaron a tantear como si buscaran una vena.

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

«Lo que más me sorprendió de este trabajo fue la fuerza de la señal infrarroja», afirma DeBeaubien. «Una vez que acertamos con todos los parámetros, los resultados fueron innegablemente claros».

En estudios anteriores no se observó ningún efecto de los infrarrojos térmicos en el comportamiento de los mosquitos, pero el autor principal, Craig Montell, sospecha que esto se debe a la metodología. Un científico asiduo podría intentar aislar el efecto de los infrarrojos térmicos en los insectos presentando únicamente una señal infrarroja sin ninguna otra pista. «Pero una sola señal por sí sola no estimula la actividad de búsqueda de hospedadores. Sólo en el contexto de otras señales, como el CO2 elevado y el olor humano, el IR marca la diferencia», afirma Montell, Catedrático Duggan y Distinguido de Biología Molecular, Celular y del Desarrollo. De hecho, su equipo descubrió lo mismo en pruebas con sólo IR: los infrarrojos por sí solos no tienen ningún impacto

Pensemos en el calor emitido por el sol. El calor se convierte en IR, que atraviesa el espacio vacío. Cuando el IR llega a la Tierra, choca con los átomos de la atmósfera, transfiriendo energía y calentando el planeta. «El calor se convierte en ondas electromagnéticas, que vuelven a convertirse en calor», explica Montell. Señaló que el IR procedente del sol tiene una longitud de onda distinta del IR generado por nuestro calor corporal, ya que la longitud de onda depende de la temperatura de la fuente.

Los autores pensaron que quizá el calor de nuestro cuerpo, que genera IR, podría incidir en determinadas neuronas del mosquito, activándolas al calentarlas. Esto permitiría 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 la eliminación de estas puntas eliminaba la capacidad de los mosquitos para detectar la radiación infrarroja.

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 IR.

La punta de cada antena tiene estructuras de clavija en fosa que se adaptan bien a la detección de la radiación. La fosa protege la clavija del calor conductivo y convectivo, permitiendo que la radiación IR altamente direccional entre y caliente la estructura. El mosquito utiliza entonces el TRPA1, que es básicamente un sensor de temperatura, para detectar la radiación infrarroja.

Profundizando en la bioquímica

Es posible que la actividad del canal TRPA1 activado por el calor no explique por sí sola el rango en el que los mosquitos son capaces de detectar la radiación infrarroja. Un sensor que dependiera exclusivamente de esta proteína podría no ser útil en el rango de 70 cm observado por el equipo. A esta distancia, probablemente no hay suficiente IR recogido por la estructura de clavija en clavija 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 en moscas de la fruta en 2011. Habían encontrado unas cuantas proteínas de la familia de las rodopsinas que eran bastante sensibles a pequeños aumentos de temperatura. Aunque en un principio se pensaba que las rodopsinas eran exclusivamente detectores de luz, el grupo de Montell descubrió que ciertas rodopsinas pueden activarse por diversos estímulos. Descubrieron que las proteínas de este grupo son muy versátiles y no sólo intervienen en la visión, sino también en la detección del gusto y la temperatura. Tras investigar más a fondo, los investigadores descubrieron que dos de las 10 rodopsinas que se encuentran en los mosquitos se expresan en las mismas neuronas antenales que TRPA1.

Al suprimir la TRPA1 se eliminó la sensibilidad del mosquito a la radiación infrarroja. Pero los insectos con fallos en cualquiera de las dos rodopsinas, Op1 u Op2, no se vieron afectados. Incluso la eliminación conjunta de ambas rodopsinas no eliminó por completo la sensibilidad del animal a la radiación infrarroja, aunque debilitó significativamente el sentido.

Los resultados indican que los IR térmicos más intensos, como los que experimentaría un mosquito a corta distancia (por ejemplo, a unos 30 cm), activan directamente el TRPA1. Mientras tanto, Op1 y Op2 pueden activarse a niveles más bajos de IR térmica, y luego activar indirectamente TRPA1. Dado que la temperatura de nuestra piel es constante, la ampliación de la sensibilidad de TRPA1 amplía el alcance del sensor IR del mosquito a unos 60 cm.

Una ventaja táctica

La mitad de la población mundial corre el riesgo de contraer enfermedades transmitidas por mosquitos, y unos mil millones de personas se infectan cada año, explica Chandel. Además, el cambio climático y los viajes por todo el mundo han ampliado la zona de distribución del Aedes aegypti más allá de los países tropicales y subtropicales. Estos mosquitos están ahora presentes en lugares de EE.UU. donde no se encontraban hace apenas unos años, incluida California.

El descubrimiento del equipo podría servir para mejorar los métodos de supresión de las poblaciones de mosquitos. Por ejemplo, la incorporación de infrarrojos térmicos procedentes de fuentes cercanas a la temperatura de la piel podría aumentar la eficacia de las trampas para mosquitos. Los hallazgos también ayudan a explicar por qué la ropa holgada es especialmente buena para prevenir las picaduras. No sólo impide que el mosquito llegue a nuestra piel, sino que también permite que el IR se disipe entre nuestra piel y la ropa para que los mosquitos no puedan detectarlo.

«A pesar de su diminuto tamaño, los mosquitos son responsables de más muertes humanas que ningún 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».