Amb el desig de fumar?

2001/10/01 Imaz Amiano, Eneko - Elhuyar Zientziaren Komunikazioa Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Zoologia

Fum prim, doll de resina de pi i espurna improvisada; en detectar qualsevol indici de fogata, tots els animals del bosc s'escapen al més aviat possible. No obstant això, si ens fixem en ells, podem veure animals que circulen en sentit contrari. El foc és una força d'atracció insuportable per als escarabats Melanophila que s'acosten des de lluny. Les femelles arriben agrupades a copular en la ‘dolçor’ del foc i, a mesura que el foc es calma, posen els ous sota la superfície d'arbres calcinats.

La capacitat de localitzar un incendi remot per als escarabats forma part de la seva estratègia de supervivència. Els arbres sans estan plagats de defenses contra les larves d'escarabat fitòfags i és dur viure pel coll dels pins sans. Per això, els insectes que s'alimenten de la fusta, en general, prefereixen arbres malalts o que sofreixen, amb les seves defenses reduïdes. I, opcionalment, els arbres recentment morts són molt apropiats. També s'ha dit que són capaços de recórrer 80 quilòmetres per a arribar al foc. Però, com pot detectar el foc un insecte de tan lluny de tan pocs centímetres?

Durant més d'un segle els biòlegs no han pogut respondre a aquesta pregunta. En els últims anys, no obstant això, els investigadors alemanys podrien conèixer el secret de l'escarabat. Aquests detectors, sense parangó en la naturalesa, comencen a parar esment fins i tot en un lloc aparentment inesperat: En l'Exèrcit de l'Aire dels EUA (busquen vies per a trobar millor pistes de calor).

Era evident que aquests insectes eren molt sensibles a algun senyal emès pels arbres que s'estaven cremant. Segons els investigadors, els escarabats recullen els primers indicis del foc a partir de petites restes químiques que es troben en la dispersa olor de fum produït per la fusta. Però per a localitzar l'incendi s'utilitzen dos detectors d'infrarojos molt sensibles per a captar la radiació emesa pels incendis forestals.

Els incendis forestals produeixen boires de fum i els pins són especialment sorollosos en cremar-se, ja que la seva resina és extremadament inflamable. No obstant això, els experiments suggereixen que els escarabats no volaven cap a l'origen del fum, ni semblaven respondre al so de l'incendi o a la llum visible.

Però els incendis, a més de la llum visible, produeixen llum infraroja, i sembla que la radiació infraroja és una excel·lent instrucció. La major part de l'infraroig produït per la calor del foc de la fusta és de longitud d'ona entre 2 i 4 micròmetres i, a més, es propaga bé a través de l'atmosfera (longituds d'ona més curtes o llargues absorbeixen els vapors d'aigua de l'aire).

Els escarabats del gènere Melanophila compten amb òrgans especials per a la detecció remota del foc.

ADAPTAT DES DE NEW SCIENTIST

Els investigadors també van trobar òrgans addicionals anomenats “òrgans perforats” en les ‘axil·les’ centrals dels escarabats. Tenint en compte que els escarabats volen aixecant les potes centrals, aquests òrgans estan molt disposats per a rebre senyals infrarojos.

En la dècada de 1960, l'entomólogo canadenc William Evans va observar que els escarabats agitaven una antena si dirigien el raig de llum infraroja a l'òrgan perforat. No passava res dirigint el raig a qualsevol altre lloc del cos. També va observar que la reacció més violenta era provocada per una ona de llum infraroja de 3 micròmetres de longitud i va concloure que els òrgans perforats eren un tipus de detectors d'infrarojos.

Durant trenta anys, no obstant això, la teoria va estar acceptada però no demostrada. Finalment, Schmitz i el seu company Horst Bleckmann van decidir investigar les potencialitats de Melanophila acuminata, una espècie de cacau. Per a això, després d'un incendi forestal en el nord de Berlín, van recollir la fusta calcinada plena de larves i van esperar que els mascles es convertissin en escarabats. Es van alimentar en el laboratori i es van preparar per al test de la cerca de foc.

Resultat? Les línies o forats de M. acuminata estan plens de desenes de sensors d'infraroig fins però d'alta eficiència (veure imatge superior). Cada sensor és capaç de captar les longituds d'ona dels infrarojos emesos per les flames dels incendis forestals. No obstant això , els òrgans perforats de Melanophila semblen actuar d'alguna manera mecànica.

Estructura

Cada òrgan perforat està ple de 70 petits i arrodonits. Aquests sensors, o sensibles, es troben en el fons de la línia i destaquen pel seu prim recobriment de cutícula tova. Cada sensible és una esfera que penja de l'escurça tala a la cutícula (veure diagrama), realitzada amb una endocutícula més tova i flexible. Ficat en una petita ranura en la part inferior de l'esfera, es troba el mutito de la cèl·lula cel·lular dels nervis sensorials sensitius.

Després dels incendis, els arbres solen estar afeblits, per la qual cosa malgrat ser menys defensius.

En el laboratori, col·locar els sensils individuals en radiacions infraroges de la mateixa longitud d'ona que els incendis forestals i posar-los a una radiació infraroja de 24 mil·liwatts per centímetre quadrat per 2 mil·lisegons (aproximadament el doble del que emet la teva mà) és suficient per a disparar la successió de senyals a partir de la cèl·lula nerviosa que està en la base de l'esfera. Però la radiació de 5 mili watts (la intensitat més baixa que es podia aconseguir amb els seus aparells) també provocava una resposta breu.

Mecanisme

Però, com aconsegueixen els òrgans perforats tanta sensibilitat? Els grups de recerca van veure que les sentsilis també responen al tacte. En la seva opinió, el sensor és ‘fotomecànic’, per la qual cosa mai abans vist en la naturalesa. D'alguna manera, la radiació que arriba es transforma en una força mecànica capaç de generar una certa pressió en la cèl·lula nerviosa inferior i poder disparar l'impuls.

Amb l'ajuda dels físics creen una teoria que explica el seu funcionament. La clau està en l'esfera. L'esfera és una bola bastant gran de 15 micròmetres de diàmetre, col·locada de manera òptima per a absorbir la radiació infraroja. La majoria dels enllaços químics de les molècules orgàniques absorbeixen la llum infraroja, però l'endocutícula presenta nombrosos enllaços que absorbeixen llum de longitud d'ona de 3 micròmetres (la major longitud d'ona emesa en els incendis forestals).

Els infrarojos d'aquesta longitud d'ona vibren amb més força els enllaços i aquesta energia es converteix ràpidament en calor. Per al càlcul aproximat s'ha realitzat una esfera de la mateixa duresa que l'endocutícula de les esferes dels insectes, mitjançant goma o resina, que ha estat col·locada en un infraroig de 5 mil·liwatts. La temperatura de l'esfera artificial puja aproximadament 0,01 °C. Aquest petit canvi seria suficient per a estendre l'esfera i empènyer l'extrem de la cèl·lula nerviosa cap avall i, per tant, deformar el nanòmetre de la membrana externa de la cèl·lula.

Distància

A pesar que els incendis són espectaculars, Melanophila no se serveix de la vista per a trobar-los.

Amb un càlcul ràpid, els escarabats haurien de detectar 10 hectàrees d'incendi a una distància de 12 quilòmetres. Però això seria gairebé segur menysprear la capacitat dels escarabats. Si els instruments dels investigadors tinguessin la capacitat de generar infrarojos de menor intensitat, es creu que amb 500 microvatios també podrien iniciar l'impuls nerviós. És possible que els nombrosos sensibles dels escarabats contribueixin a superar el soroll ambiental i fins i tot puguin rebre infrarojos més febles. I tal vegada sigui suficient per a explicar els viatges observats de 80 quilòmetres o més.

Per tant, el que han de fer els escarabats no és més que esperar el ‘senyal de partida’ infraroja i començar una carrera per a trobar un company de copulació al voltant del foc? No! Els escarabats que habiten entre les fulles dels arbres tenen difícil sentir la calidesa de qualsevol infraroig en els seus òrgans perforats, per la qual cosa el senyal es perdria, tant entre pujols, branques i branques, com entre les potes del propi escarabat. L'única possibilitat de detectar la radiació infraroja en les flames és volar per sobre dels arbres, aixecar les potes centrals i començar a buscar. Aquesta és la raó per la qual els escarabats també necessiten detectors de fum. Considera que per a posar-ho en marxa necessiten algun abrasiu i que el disparador seria una petjada d'olor del pi rostit.

Els investigadors han descobert que M. acuminata, pel que sembla en l'antena, té receptors sensibles d'olors, encara que encara no se sap on els té exactament. Els detectors de fums són sensibles a molts components volàtils químics produïts en els incendis forestals, però la seva major sensibilitat és la del guayakol (2-metoxifenol) i dues molècules molt similars. Els tres es produeixen en cremar la lignina, un dels principals components de la fusta.

Els escarabats poden fer olor concentracions molt baixes de components químics, així com petites parts del bilió, els millors detectors utilitzats en el laboratori però més sensibles. Aquesta és probablement la raó per la qual els arbres incendiats són capturats a tan lluny. Els detectors permeten als escarabats triar els incendis de pi en funció de determinats components químics. Els estudis demostren una major sensibilitat cap als components químics del pi que cap als del roure.

Una vegada arribats a la part forestal cremada, hauran de triar l'arbre apropiat.

Amb bons receptors aromàtics no sembla necessari disposar de dos detectors d'infrarojos. Però el fum es desplaça, creant boires o calmant entre les plantes. Si els escarabats seguissin simplement l'olor de foc, farien recorreguts llargs i confusos. Les emissions d'infrarojos dels incendis són senyals de trànsit més fiables, ja que el senyal és continu i més fort a mesura que ens acostem al foc, independentment del temps.

Després d'ascendir pels arbres, els escarabats semblen realitzar els següents vols per a fixar la direcció dels infrarojos. La següent tasca és mantenir un bon recorregut. Per a comparar la informació amb aquest objectiu, els investigadors creuen que els escarabats utilitzen els òrgans perforats de la dreta i de l'esquerra, igual que les llagostes col·loquen el soroll amb els òrgans auditius de les seves cames.

Els senyals de fum tornen a tenir importància a mesura que els escarabats s'acosten al foc. De fet, pot ser determinant per a saber si un determinat pi és el lloc adequat per a la posada dels ous.

Alarma d'incendi

Els dos detectors d'escarabat són més sensibles que el que els investigadors han pogut mesurar tècnicament. Per això ningú sap exactament fins a quin punt són precisos. Els òrgans perforats no són tan sensibles com els millors dispositius artificials, però aquests han de refredar-se en nitrogen líquid, són cars i sovint s'equivoquen.

Melanophila estimen els boscos cremats, però no entren en flames.

En qualsevol cas, els òrgans perforats són, almenys, tan bons com els detectors convencionals sense necessitat de refrigeració, com les ulleres de visió nocturna dels cossos policials o els utilitzats pels bombers per a trobar restes de calor en els edificis cremats.

La majoria d'aquests sensors es basen en materials inorgànics artificials com l'antimoni d'indis o l'arsenur de gal·li per a absorbir les radiacions infraroges. Existeix un gran interès a conèixer com els escarabats adquireixen la mateixa sensibilitat utilitzant components orgànics. Sabent això, s'obririen noves vies en la detecció per infrarojos.

Melanophila, a més del monòxid de carboni o hidrogen, podria contribuir al desenvolupament de detectors de foc que desprenguin restes de molècules complexes de fum. De moment, els detectors disponibles en el mercat no poden fer-lo, però en el futur els investigadors creuen que hauríem de ser capaços de produir dispositius barats que s'ajustessin a les característiques específiques de la mena de foc que es pretén detectar, bé sigui un incendi forestal o un incendi en un magatzem.