¿Con el deseo de fumar?

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

• Zoologia

Humo delgado, chorro de resina de pino y chispa improvisada; al detectar cualquier indicio de fogata, todos los animales del bosque se escapan lo antes posible. Sin embargo, si nos fijamos en ellos, podemos ver animales que circulan en sentido contrario. El fuego es una fuerza de atracción insoportable para los escarabajos Melanophila que se acercan de lejos. Las hembras llegan agrupadas a copular en la ‘dulzura’ del fuego y, a medida que el fuego se calma, ponen los huevos bajo la superficie de árboles calcinados.

La capacidad de localizar un incendio remoto para los escarabajos forma parte de su estrategia de supervivencia. Los árboles sanos están plagados de defensas contra las larvas de escarabajo fitófagos y es duro vivir por el cuello de los pinos sanos. Por ello, los insectos que se alimentan de la madera, en general, prefieren árboles enfermos o que sufren, con sus defensas reducidas. Y, opcionalmente, los árboles recién muertos son muy apropiados. También se ha dicho que son capaces de recorrer 80 kilómetros para llegar al fuego. Pero, ¿cómo puede detectar el fuego un insecto de tan lejos de tan pocos centímetros?

Durante más de un siglo los biólogos no han podido responder a esta pregunta. En los últimos años, sin embargo, los investigadores alemanes podrían conocer el secreto del escarabajo. Estos detectores, sin parangón en la naturaleza, comienzan a prestar atención incluso en un lugar aparentemente inesperado: En el Ejército del Aire de EE.UU. (buscan vías para encontrar mejor pistas de calor).

Era evidente que estos insectos eran muy sensibles a alguna señal emitida por los árboles que se estaban quemando. Según los investigadores, los escarabajos recogen los primeros indicios del fuego a partir de pequeños restos químicos que se encuentran en el disperso olor a humo producido por la madera. Pero para localizar el incendio se utilizan dos detectores de infrarrojos muy sensibles para captar la radiación emitida por los incendios forestales.

Los incendios forestales producen nieblas de humo y los pinos son especialmente ruidosos al quemarse, ya que su resina es extremadamente inflamable. Sin embargo, los experimentos sugieren que los escarabajos no volaban hacia el origen del humo, ni parecían responder al sonido del incendio o a la luz visible.

Pero los incendios, además de la luz visible, producen luz infrarroja, y parece que la radiación infrarroja es una excelente instrucción. La mayor parte del infrarrojo producido por el calor del fuego de la madera es de longitud de onda entre 2 y 4 micrómetros y, además, se propaga bien a través de la atmósfera (longitudes de onda más cortas o largas absorben los vapores de agua del aire).

Los escarabajos del género Melanophila cuentan con órganos especiales para la detección remota del fuego.

ADAPTADO DESDE NEW SCIENTIST

Los investigadores también encontraron órganos adicionales llamados “órganos perforados” en las ‘axilas’ centrales de los escarabajos. Teniendo en cuenta que los escarabajos vuelan levantando las patas centrales, estos órganos están muy dispuestos para recibir señales infrarrojas.

En la década de 1960, el entomólogo canadiense William Evans observó que los escarabajos agitaban una antena si dirigían el rayo de luz infrarroja al órgano perforado. No pasaba nada dirigiendo el rayo a cualquier otro lugar del cuerpo. También observó que la reacción más violenta era provocada por una onda de luz infrarroja de 3 micrómetros de longitud y concluyó que los órganos perforados eran un tipo de detectores de infrarrojos.

Durante treinta años, sin embargo, la teoría estuvo aceptada pero no demostrada. Finalmente, Schmitz y su compañero Horst Bleckmann decidieron investigar las potencialidades de Melanophila acuminata, una especie de cacao. Para ello, tras un incendio forestal en el norte de Berlín, recogieron la madera calcinada llena de larvas y esperaron a que los machos se convirtieran en escarabajos. Se alimentaron en el laboratorio y se prepararon para el test de la búsqueda de fuego.

¿Resultado? Las líneas o agujeros de M. acuminata están llenos de decenas de sensores de infrarrojo finos pero de alta eficiencia (ver imagen superior). Cada sensor es capaz de captar las longitudes de onda de los infrarrojos emitidos por las llamas de los incendios forestales. Sin embargo, los órganos perforados de Melanophila parecen actuar de alguna manera mecánica.

Estructura

Cada órgano perforado está lleno de 70 pequeños y redondeados. Estos sensores, o sensibles, se encuentran en el fondo de la línea y destacan por su delgado recubrimiento de cutícula blanda. Cada sensible es una esfera que cuelga de la acorta corta a la cutícula (ver diagrama), realizada con una endocutícula más blanda y flexible. Metido en una pequeña ranura en la parte inferior de la esfera, se encuentra el mutito de la célula celular de los nervios sensoriales sensitivos.

Tras los incendios, los árboles suelen estar debilitados, por lo que a pesar de ser menos defensivos.

En el laboratorio, colocar los sensils individuales en radiaciones infrarrojas de la misma longitud de onda que los incendios forestales y ponerlos a una radiación infrarroja de 24 milivatios por centímetro cuadrado por 2 milisegundos (aproximadamente el doble de lo que emite tu mano) es suficiente para disparar la sucesión de señales a partir de la célula nerviosa que está en la base de la esfera. Pero la radiación de 5 mili vatios (la intensidad más baja que se podía conseguir con sus aparatos) también provocaba una respuesta breve.

Mecanismo

Pero, ¿cómo consiguen los órganos perforados tanta sensibilidad? Los grupos de investigación vieron que las sentsilis también responden al tacto. En su opinión, el sensor es ‘fotomecánico’, por lo que nunca antes visto en la naturaleza. De alguna manera, la radiación que llega se transforma en una fuerza mecánica capaz de generar una cierta presión en la célula nerviosa inferior y poder disparar el impulso.

Con la ayuda de los físicos crean una teoría que explica su funcionamiento. La clave está en la esfera. La esfera es una bola bastante grande de 15 micrómetros de diámetro, colocada de forma óptima para absorber la radiación infrarroja. La mayoría de los enlaces químicos de las moléculas orgánicas absorben la luz infrarroja, pero la endocutícula presenta numerosos enlaces que absorben luz de longitud de onda de 3 micrómetros (la mayor longitud de onda emitida en los incendios forestales).

Los infrarrojos de esta longitud de onda vibran con más fuerza los enlaces y esa energía se convierte rápidamente en calor. Para el cálculo aproximado se ha realizado una esfera de la misma dureza que la endocutícula de las esferas de los insectos, mediante goma o resina, que ha sido colocada en un infrarrojo de 5 milivatios. La temperatura de la esfera artificial sube aproximadamente 0,01 ºC. Este pequeño cambio sería suficiente para extender la esfera y empujar el extremo de la célula nerviosa hacia abajo y, por tanto, deformar el nanómetro de la membrana externa de la célula.

Distancia

A pesar de que los incendios son espectaculares, Melanophila no se sirve de la vista para encontrarlos.

Con un cálculo rápido, los escarabajos deberían detectar 10 hectáreas de incendio a una distancia de 12 kilómetros. Pero eso sería casi seguro despreciar la capacidad de los escarabajos. Si los instrumentos de los investigadores tuvieran la capacidad de generar infrarrojos de menor intensidad, se cree que con 500 microvatios también podrían iniciar el impulso nervioso. Es posible que los numerosos sensibles de los escarabajos contribuyan a superar el ruido ambiental e incluso puedan recibir infrarrojos más débiles. Y tal vez sea suficiente para explicar los viajes observados de 80 kilómetros o más.

Por lo tanto, ¿lo que tienen que hacer los escarabajos no es más que esperar la ‘señal de partida’ infrarroja y empezar una carrera para encontrar un compañero de copulación alrededor del fuego? ¡No! Los escarabajos que habitan entre las hojas de los árboles tienen difícil sentir la calidez de cualquier infrarrojo en sus órganos perforados, por lo que la señal se perdería, tanto entre colinas, ramas y ramas, como entre las patas del propio escarabajo. La única posibilidad de detectar la radiación infrarroja en las llamas es volar por encima de los árboles, levantar las patas centrales y empezar a buscar. Esta es la razón por la que los escarabajos también necesitan detectores de humo. Considera que para ponerlo en marcha necesitan algún abrasivo y que el disparador sería una huella de olor del pino asado.

Los investigadores han descubierto que M. acuminata, al parecer en la antena, tiene receptores sensibles de olores, aunque todavía no se sabe dónde los tiene exactamente. Los detectores de humos son sensibles a muchos componentes volátiles químicos producidos en los incendios forestales, pero su mayor sensibilidad es la del guayakol (2-metoxifenol) y dos moléculas muy similares. Los tres se producen al quemar la lignina, uno de los principales componentes de la madera.

Los escarabajos pueden oler concentraciones muy bajas de componentes químicos, así como pequeñas partes del billón, los mejores detectores utilizados en el laboratorio pero más sensibles. Esta es probablemente la razón por la que los árboles incendiados son capturados a tan lejos. Los detectores permiten a los escarabajos elegir los incendios de pino en función de determinados componentes químicos. Los estudios demuestran una mayor sensibilidad hacia los componentes químicos del pino que hacia los del roble.

Una vez llegados a la parte forestal quemada, deberán elegir el árbol apropiado.

Con buenos receptores aromáticos no parece necesario disponer de dos detectores de infrarrojos. Pero el humo se desplaza, creando nieblas o calmando entre las plantas. Si los escarabajos siguiesen simplemente el olor a fuego, harían recorridos largos y confusos. Las emisiones de infrarrojos de los incendios son señales de tráfico más fiables, ya que la señal es continua y más fuerte a medida que nos acercamos al fuego, independientemente del tiempo.

Tras ascender por los árboles, los escarabajos parecen realizar los siguientes vuelos para fijar la dirección de los infrarrojos. La siguiente tarea es mantener un buen recorrido. Para comparar la información con este objetivo, los investigadores creen que los escarabajos utilizan los órganos perforados de la derecha y de la izquierda, al igual que los saltamontes colocan el ruido con los órganos auditivos de sus piernas.

Las señales de humo vuelven a tener importancia a medida que los escarabajos se acercan al fuego. De hecho, puede ser determinante para saber si un determinado pino es el lugar adecuado para la puesta de los huevos.

Alarma de incendio

Los dos detectores de escarabajo son más sensibles que lo que los investigadores han podido medir técnicamente. Por eso nadie sabe exactamente hasta qué punto son precisos. Los órganos perforados no son tan sensibles como los mejores dispositivos artificiales, pero estos tienen que enfriarse en nitrógeno líquido, son caros y a menudo se equivocan.

Melanophila aman los bosques quemados, pero no entran en llamas.

En cualquier caso, los órganos perforados son, al menos, tan buenos como los detectores convencionales sin necesidad de refrigeración, como las gafas de visión nocturna de los cuerpos policiales o los utilizados por los bomberos para encontrar restos de calor en los edificios quemados.

La mayoría de estos sensores se basan en materiales inorgánicos artificiales como el antimonio de indios o el arseniuro de galio para absorber las radiaciones infrarrojas. Existe un gran interés en conocer cómo los escarabajos adquieren la misma sensibilidad utilizando componentes orgánicos. Sabiendo esto, se abrirían nuevas vías en la detección por infrarrojos.

Melanophila, además del monóxido de carbono o hidrógeno, podría contribuir al desarrollo de detectores de fuego que desprendan restos de moléculas complejas de humo. Por el momento, los detectores disponibles en el mercado no pueden hacerlo, pero en el futuro los investigadores creen que deberíamos ser capaces de producir dispositivos baratos que se ajustasen a las características específicas del tipo de fuego que se pretende detectar, bien sea un incendio forestal o un incendio en un almacén.