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Artrópodos y Salud Ene.-Jun., 2016. Vol. 3 No. 1 Mecanismos no químicos de comunicación en insectos Mecanismos no químicos comunicación en insectos de Biol. Mara Ivonne Garza-Rodríguez Universidad Autonoma de Nuevo León biol.maragarza@gmail.com Resumen El éxito de los insectos proviene de su capacidad para percibir e interpretar su entorno. Los insectos pueden identificar y responder de forma selectiva a las señales de un entorno heterogéneo. Como los insectos son generalmente de corto ciclo de vida, el comportamiento y condición reproductiva deben estar sincronizados así que este es uno de los procesos en los que tiene participación la comunicación. La mayoría de los insectos tienen algo de visión, y muchos poseen sistemas visuales altamente desarrollados, siendo el ojo compuesto el más especializado, también presentándose en algunos estructuras como los ocelos y stematas. Los estímulos agrupados en la mecanorrecepción son aquellos asociados con la distorsión causada por movimiento mecánico como resultado del propio medio ambiente, la relación del insecto con el medio ambiente o las fuerzas internas derivadas de los músculos. En conclusión los insectos tienen en la comunicación la forma fundamental de percibir estímulos que los ayudan a responder de una forma apropiada de acuerdo a sus necesidades biológicas. Abstract The success of insects comes from their ability to perceive and interpret their environment. Insects can identify and selectively respond to signals form a heterogeneous environment. Because they are generally short life cycle, behavior and reproductive condition must be synchronized so this is one of the processes in which communication is involvement. Most insects have some vision, and many have highly developed visual system, the eye being the most specialized compound, also appearing in some structures such as ocelli and stemmatas. Stimuli grouped mechanoreception are those associated with the distortion caused by mechanical movement as a result of the environment itself, the relationship of the insect to the environment or the internal forces arising from muscles. In conclusion insects have in communicating the fundamental way of perceiving stimuli that help them respond in an appropriate way according to their biological needs. Palabras clave: comunicación, reproducción, recepción, acústica, visual 21 Artrópodos y Salud Ene.-Jun., 2016. Vol. 3 No. 1 1. Introducción Los insectos son importantes miembros de las comunidades bióticas, por dos razones: Existen una gran cantidad de ellos y hay muchos tipos diferentes. La abundancia promedio de cualquier especie es simplemente una función de lo pequeño que es, qué tan grande es su fuente de recursos y cuántos enemigos se aprovechan de ella. Pero los insectos son inusuales entre los organismos en la abundancia de especies. De acuerdo con la teoría ecológica convencional, cada especie ocupa un nicho único, una manera única de vivir que funciona mejor que cualquier otra especie y que se define por el lugar donde se vive y lo que consume. En algunas comunidades de especies de insectos están tan apretadas que ampliamente se solapan nichos, lo que resulta en una competencia, pero la separación y la inestabilidad ambiental previenen la exclusión de un competidor por otro (1). El éxito de los insectos proviene, al menos en parte, de su capacidad para percibir e interpretar su entorno. Los insectos pueden identificar y responder de forma selectiva a las señales de un entorno heterogéneo. Pueden diferenciar entre los hospederos, tanto plantas como animales, y distinguir entre los muchos factores microclimáticos, tales como las variaciones de humedad, temperatura y flujo de aire. La complejidad sensorial permite tanto comportamientos simples como complejos en los insectos (2). La comunicación animal no sólo es fascinante, su estudio también ha permitido importantes avances en nuestra comprensión general de los sistemas motores y sensoriales, la evolución y la especiación. Un atractivo importante del estudio de la comunicación es que un investigador puede cuantificar que tan biológicamente importante puede ser la información codificada, en particular las propiedades físicas de una señal y luego experimentalmente determinar si los propios animales utilizan esta información. Para algunos sistemas, las consecuencias selectivas de las decisiones de comportamiento basadas en dicha información también se pueden cuantificar (3). Mecanismos no químicos de comunicación en insectos Debido a que gran actividad de los insectos es nocturna, la orientación y la navegación no se basan únicamente en las señales visuales convencionales, en muchas especies activas durante la noche, olores y sonidos juegan un papel importante en la comunicación. La serie de la información sensorial utilizada por insectos difiere de la de los humanos. Dependemos mucho de la información visual y aunque muchos insectos tienen una visión bien desarrollada, la mayoría hacen un mayor uso del olfato y el oído de lo que lo hacen los humanos. El insecto está aislado de su entorno externo por una barrera cuticular relativamente inflexible, insensible e impermeable. La respuesta al enigma de cómo el insecto blindado puede percibir su entorno más cercano se encuentra en las modificaciones cuticulares frecuentes y abundantes que detectan los estímulos externos. Órganos de los sentidos sobresalen de la cutícula o a veces se encuentran dentro o debajo de ella. Las células especializadas detectan los estímulos que pueden ser categorizados como mecánicos, térmicos, químicos, y visuales (2). 2. Comunicación en la reproducción. La mayoría de los insectos son sexuales y por lo tanto los machos y hembras adultos deben estar presentes en el mismo tiempo y lugar para que la reproducción tenga lugar. Como los insectos son generalmente de corto ciclo de vida, el comportamiento y condición reproductiva deben estar sincronizados. Esto requiere respuestas fisiológicas finamente sintonizadas y complejas al ambiente externo. El cortejo puede incluir representaciones visuales, sobre todo por parte de los machos, incluyendo movimientos de las piezas del cuerpo, tales como antenas, pedúnculos, las alas y movimientos ritualizados. Sistemas de cortejo auditivo y sistemas de reconocimiento del apareamiento son comunes en muchos insectos por ejemplo en Hemiptera, Orthoptera y Plecoptera (2). 2.1 Canto de saltamontes llamada del macho en Las señales acústicas de los machos y la información que transmiten a menudo son determinantes críticos en la elección de la hembra. Los saltamontes “bladder” (Bullacris 22 Artrópodos y Salud Ene.-Jun., 2016. Vol. 3 No. 1 membracioides) es uno de los numerosos taxones de ortópteros que utilizan el sonido como base del cortejo y apareamiento en última instancia. Se han examinado las respuestas acústicas de las hembras a las llamadas de reproducción de los machos (4). Mecanismos no químicos de comunicación en insectos de advertencia emitidos por estos insectos, mientras que el último muestra el sonido que la hembra produce como respuesta al canto del insecto del macho de su misma especie. Figura1 (4). A continuación se presentan oscilogramas representando la amplitud de onda de los cantos 3. Comunicación visual La mayoría de los insectos tienen algo de visión, y muchos poseen sistemas visuales altamente desarrollados. Los componentes básicos que se necesitan para la visión son una lente para enfocar la luz sobre los fotorreceptores (células que contienen moléculas sensibles a la luz) y un sistema nervioso lo suficientemente complejo como para procesar la información visual. La estructura fotorreceptora es el rabdoma, que comprende varias células adyacente retinula (o nervios) y que consta de microvellosidades de empaquetamiento compacto que contienen pigmento visual. La luz que cae sobre el rabdoma cambia la configuración del pigmento visual, lo que provoca un cambio de potencial eléctrico a través de la membrana celular. 3.1 Ojos compuestos El órgano visual más sofisticado en insectos es el ojo compuesto. Prácticamente todos los adultos y ninfas tienen un par de ojos compuestos prominentes, que a menudo cubren cerca de 360 ° del espacio visual. El ojo compuesto se basa en la repetición de muchas unidades individuales llamadas omatidias (2). Figura 2. Secciones longitudinales de los ojos simples: (a) sistema sencillo de una larva de lepidóptero (5); (b) un ocelo adaptado a la luz ocelo medio de una langosta (6). 23 Artrópodos y Salud Ene.-Jun., 2016. Vol. 3 No. 1 Mecanismos no químicos de comunicación en insectos 3.3 Stematas Los únicos órganos visuales de los insectos holometábolos larvarios son los stematas, a veces llamados ocelos larvales. Estos órganos se encuentran en la cabeza y varían de un único punto pigmentado en cada lado hasta seis o siete stematas más grandes, cada uno con numerosos fotorreceptores y células nerviosas asociadas. En el stemma más simple, una lente cuticular se superpone a un cuerpo cristalino secretado por varias células. La luz es enfocada por la lente en un solo rabdoma. Cada punto de la stemma va en una dirección diferente de modo que el insecto ve sólo unos pocos puntos en el espacio de acuerdo con el número de stematas (2). Figura: Detalles del ojo compuesto de: (a) una vista que muestra la disposición de la omatidia; (b) una sola omatidia con una ampliación transversal (7 y 8). Los ojos compuestos son los órganos visuales más evidentes y conocidos de insectos, pero hay otros tres medios por los cuales un insecto puede percibir la luz: detección dérmica, stematas y ocelos. 3.2 Detección dérmica En los insectos capaces de detectar la luz a través de su superficie corporal, hay receptores sensoriales por debajo de la cutícula del cuerpo, pero sin sistema óptico con estructuras de enfoque. La evidencia de esta capacidad de respuesta general a la luz proviene de la persistencia de las respuestas fóticas después de cubrir todos los órganos visuales, por ejemplo en las cucarachas y las larvas de lepidópteros. Algunos insectos ciegas que viven en cuevas, sin órganos visuales reconocibles, responden a la luz, al igual que las cucarachas decapitadas. En la mayoría de los casos, las células sensibles y su relación con el sistema nervioso central aún no se han descubierto. Sin embargo, dentro del cerebro mismo, los áfidos tienen células sensibles a la luz que detectan cambios en la duración del día, una señal ambiental que controla el modo de reproducción (es decir, ya sea sexual o partenogenética). El ajuste del reloj biológico se basa en la capacidad de detectar el fotoperíodo (2). 3.4 Ocelos Muchos insectos adultos, así como algunas ninfas, tienen ocelos dorsales además de ojos compuestos. Estos ocelos no están relacionados embriológicamente al stemata. Normalmente, los tres pequeños ocelos se encuentran en un triángulo en la parte superior de la cabeza. La cutícula que cubre un ocelo es transparente y puede ser curva como una lente. Se recubre las células epidérmicas transparentes, de manera que la luz pasa a través de una retina extendida compuesta de muchos rabdomas. Así pues, los ocelos integran la luz sobre un campo visual grande, de forma óptica y neurológicamente. Son muy sensibles a la intensidad de la luz baja y los cambios sutiles en la luz, pero no están diseñados para alta resolución de visión. Ellos parecen funcionar como "detectores de horizonte" para el control de los movimientos de balanceo y cabeceo en vuelo y para registrar los cambios cíclicos en la intensidad de la luz que se correlacionan con los ritmos de comportamiento diurnos (2). 3.5 Producción de luz Las representaciones visuales más espectaculares de insectos involucran la producción de luz o bioluminiscencia. El papel principal de la emisión de luz se dice que es en la señalización de cortejo. Esto implica la variación específica en la especie de la duración, número y tasa de destellos en un patrón, y la frecuencia de repetición del patrón (2). El estudio del mecanismo de emisión de luz en la luciérnaga Photinus pyralis puede ser típicos de un 24 Artrópodos y Salud Ene.-Jun., 2016. Vol. 3 No. 1 coleoptera luminiscente. La enzima luciferasa oxida un sustrato, luciferina, en presencia de una fuente de energía de trifosfato de adenosina (ATP) y oxígeno, para producir oxiluciferina, dióxido de carbono, y luz. La variación en la liberación de ATP controla la velocidad del destello, y las diferencias en el pH puede permitir variación en la frecuencia (color) de la luz emitida (2). Los patrones de destello de machos de un número de especies de luciérnaga Photinus (Coleoptera: Lampyridae), cada uno de los cuales genera un patrón distintivo de señales con el fin de obtener una respuesta de hembras de la misma especie (22). Mecanismos no químicos de comunicación en insectos microtriquios si muchos surgen de una célula o pelos, cerdas, setas o macrotriquia sí son de origen multicelular. Las sensilias táctiles son estimuladas solamente durante el desplazamiento real del pelo. La sensibilidad es variable, siendo algunos tan sensibles que responden a las vibraciones de las partículas de aire causadas por el ruido (2). Sección longitudinal de una sensila tricoidea que muestra la disposición de las tres células asociadas (21). 4.1 Sonido 4. Mecanorrecepción Los estímulos agrupados aquí son aquellos asociados con la distorsión causada por movimiento mecánico como resultado del propio medio ambiente, la relación del insecto con el medio ambiente o las fuerzas internas derivadas de los músculos. Los estímulos mecánicos detectados incluyen el tacto, estiramiento corporal y el estrés, la posición, la presión, la gravedad y las vibraciones, incluidos los cambios de presión del aire y del sustrato involucrado en la transmisión del sonido y la audición. El cuerpo de los insectos está revestido con proyecciones cuticulares. Estas se llaman El sonido es una fluctuación de la presión transmitida en una forma de onda a través del movimiento del aire o el sustrato, incluyendo el agua. La audición permite también la detección de los depredadores, como los murciélagos insectívoros, que utilizan ultrasonido en la caza. Probablemente cada especie de insecto detecta el sonido dentro de uno o dos rangos de frecuencias relativamente estrechas que se relacionan con estas funciones. El método más común de producción de sonido de los insectos es por estridulación, en el que una parte del cuerpo especializado, el rascador se frota contra otro. (2). La descendencia de muchas especies de animales solicita alimentos de los padres usando señales que lo piden, mientras que los padres manipulan el comportamiento de la descendencia 25 Artrópodos y Salud Ene.-Jun., 2016. Vol. 3 No. 1 para optimizar la aptitud usando diversas señales. La hembra de Parastrachia japonensis (Heteroptera) provee a sus nidos con drupas del árbol huésped. Hembras de aprovisionamiento se escucharon recientemente emitiendo un sonido de aleteo de tono bajo que se caracterizó en el campo usando un micrófono de contacto. Un Mecanismos no químicos de comunicación en insectos solo llamado consistía en múltiples series de sonidos de diferentes longitudes (9). Este fue el primer informe de un progenitor que produce sonido y/o señales de vibración directamente a su descendencia en eventos progresivos de aprovisionamiento en un insecto sub social. Figura: Espectro de potencia del segmento anterior de una llamada de aprovisionamiento (a) y del registro de cuando la hembra estaba ausente del nido (b, sólo el ruido de fondo) Este experimento de reproducción indicó que un número significativamente mayor ninfas se reunieron en una drupa con la llamada de aprovisionamiento de la madre que sin la llamada (9). Un ejemplo de grabación de audio (oscilogramas) realizado durante y después del apareamiento en Troglophilus neglectus. Secciones agrandadas muestran vibración abdominal (izquierda) y las señales de vibración de todo el cuerpo (a la derecha). Antenación (Ant.) y después de la cópula las fases se muestran sólo en parte (como se indica por la línea de extremo abierto), justo después de la separación del macho y la hembra (10). 26 Artrópodos y Salud Ene.-Jun., 2016. Vol. 3 No. 1 4.2 Ultrasonido Aunque la depredación que lleva a cabo el murciélago de los insectos se produce en la oscuridad de la noche, es evidente que una serie de taxones de insectos pueden detectar los ultrasonidos de los murciélagos y tomar una acción evasiva adecuada. La respuesta conductual al ultrasonido, es llamada la respuesta de sobresalto acústico e involucra contracciones musculares muy rápidas y coordinadas. Esto conduce a reacciones como "congelamiento", desviación impredecible en vuelo o rápido cese de vuelo y caída hacia el suelo. Hasta la fecha, los insectos pertenecientes Mecanismos no químicos de comunicación en insectos a cinco órdenes han demostrado ser capaces de detectar y responder a los ultrasonidos: crisopas (Neuroptera), escarabajos (Coleoptera), mantis religiosa (Mantodea), polillas (Lepidoptera), langostas, saltamontes y grillos (Orthoptera) (2). 4.3 Vibratoria Muchos insectos pueden detectar vibraciones transmitidas a través de un sustrato en barreras sólido-aire o sólido-agua o a lo largo de una superficie de agua-aire. La percepción de las vibraciones del sustrato es particularmente importante para los insectos que habitan en el suelo, las especies especialmente nocturnas e insectos sociales que viven en nidos oscuros (2). Figura: En una investigación se observó que el comportamiento reproductivo de pentatómidos está mediada por las señales de comunicación de diferentes modalidades, a continuación se observa un oscilograma y espectro de frecuencia de un pulso de cantos vibratorios en Edessa meditabunda: (a) canción macho 1 (MS1); (b) canción rival macho (MR); (c) canción macho 2 (MS2); (d) canción hembra 1 (FS1). La comunicación vibratoria comienza con la emisión de la primera canción del macho (MS1). Esta canción fue producida cuando un macho estaba solo en la arena, en presencia de una hembra o como respuesta a una canción femenina. Durante el cortejo, la MS1 puede cambiar a MS2 o interrumpirla durante algunos minutos. En respuesta a las hembras MS2 emite su primera canción (FS1), y, después de la emisión de algunos impulsos, la pareja comienza a intercambiar FS1 y MS2 primero intercaladas y más tarde con impulsos superpuestos (11). 5. Termorrecepción Los insectos detectan variación en la temperatura, como se ve por su comportamiento, sin embargo, la función y la ubicación de los receptores es poco conocida. Los más estudiados detectan la temperatura con sus antenas: la amputación conduce a una respuesta térmica diferente de la de los insectos con antenas intactas. En las hormigas cortadoras de hojas (especies Atta), hay sensillas termosensibles que se agrupan en el flagelómero antenal apical y responden tanto a los cambios de temperatura del aire como a radiaciones de calor (2). La temperatura tiene efectos drásticos en las propiedades básicas de las células nerviosas y musculares, tales como la tasa de pico, la velocidad de conducción, la integración sináptica, etc. (12, 13, 14). Por lo tanto, es un problema grave para los animales poiquilotermos mantener sus funciones neuronales y motoras 27 Artrópodos y Salud Ene.-Jun., 2016. Vol. 3 No. 1 que opere a pesar de los cambios rápidos en la temperatura del ambiente (15). En la parte efectora, los cambios de temperatura afectan enormemente las velocidades de contracción de los músculos y por lo tanto el rendimiento motor (16, 17). En las vías aferentes, el procesamiento de las señales sensoriales se ve influenciado por los cambios de temperatura de una manera similar (18, 19, 20). Las diferencias en la temperatura del cuerpo entre el emisor y el receptor pueden inducir un desajuste entre los parámetros de las señales y las propiedades del receptor, evitando de este modo de reconocimiento de señal. Los saltamontes, por ejemplo, producen patrones de sonido específicos de cada especie, moviendo rítmicamente sus patas traseras a través de sus alas delanteras. Estos movimientos se hacen más rápido a temperaturas elevadas, y por lo tanto las subunidades de la señal se acortan y se repiten a un ritmo mayor - cambios por un factor de dos y más de longitud subunidad no son poco comunes (23). 6. Conclusiones La comunicación en los insectos se da debido a la necesidad del organismo por satisfacer una necesidad biológica ya sea alimentarse, reproducirse, huir de sus depredadores, entre otras. Al detectar estímulos externos, el insecto tiene la capacidad de reaccionar y preparar una respuesta, la comunicación puede ser visual, auditiva, vibratoria entre otras pero aunque cada uno de los procesos se ha estudiado individualmente, estos guardan una estrecha relación, debido a que de acuerdo a la exigencia de cada especie, serán los tipos de comunicación que realizará dependiendo de su ambiente, la competencia que se le presente, duración del ciclo de vida, alimentación o depredadores. El éxito del insecto dependerá de su habilidad para detectar estos estímulos, responder y con esto realizar las funciones vitales que necesite. Mecanismos no químicos de comunicación en insectos 2.- Gullan, P.J. y P.S. Cranston. 2010. The insects: and outlife of entomology. 4ta Edición. Ed. Wiley-Blackwell. Pp. 92-122. 3.- Gerhardt, H.C. y F. Huber. 2002. Acoustic communication in insects and anourans: common problems and diverse solutions. The Universisty of Chicago Press. ISBN 0226-28832-3. 4.- Couldridge, V. C. K. y M. J. van Staaden. 2006. Female Preferences For Male Calling Songs In The Bladder Grasshopper Bullacris Membracioides. Behaviour. Academic Search Complete. 1439-1456. 5.- Snodgrass, R.E. 1935. Principles of Insect Morphology. McGraw-Hill, New York. 6.- Wilson, M. 1978. The functional organisation of locust ocelli. Journal of Comparative Physiology 124, 297–316. 7.- CSIRO.1970. The Insects of Australia. Melbourne University Press, Carlton. 8.- Rossel, S. 1989. 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