Co desexo de fumar?

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

• Zoologia

Fume delgado, chorro de resina de piñeiro e faísca improvisada; ao detectar calquera indicio de fogata, todos os animais do bosque escápanse canto antes. Con todo, si fixámonos neles, podemos ver animais que circulan en sentido contrario. O lume é una forza de atracción insoportable paira os escaravellos Melanophila que se achegan de lonxe. As femias chegan agrupadas a copular na ‘dozura’ do lume e, a medida que o lume se calma, pon os ovos baixo a superficie de árbores calcinadas.

A capacidade de localizar un incendio remoto paira os escaravellos forma parte da súa estratexia de supervivencia. As árbores sas están infestadas de defensas contra as larvas de escaravello fitófagos e é duro vivir polo pescozo dos piñeiros sans. Por iso, os insectos que se alimentan da madeira, en xeral, prefiren árbores enfermas ou que sofren, coas súas defensas reducidas. E, opcionalmente, as árbores recentemente mortas son moi apropiados. Tamén se dixo que son capaces de percorrer 80 quilómetros paira chegar ao lume. Pero, como pode detectar o lume un insecto de tan lonxe de tan poucos centímetros?

Durante máis dun século os biólogos non puideron responder a esta pregunta. Nos últimos anos, con todo, os investigadores alemáns poderían coñecer o segredo do escaravello. Estes detectores, sen parangón na natureza, comezan a prestar atención mesmo nun lugar aparentemente inesperado: No Exército do Aire de EE.UU. (buscan vías paira atopar mellor pistas de calor).

Era evidente que estes insectos eran moi sensibles a algún sinal emitido polas árbores que se estaban queimando. Segundo os investigadores, os escaravellos recollen os primeiros indicios do lume a partir de pequenos restos químicos que se atopan no disperso cheiro a fume producido pola madeira. Pero paira localizar o incendio utilízanse dous detectores de infravermellos moi sensibles paira captar a radiación emitida polos incendios forestais.

Os incendios forestais producen néboas de fume e os piñeiros son especialmente ruidosos ao queimarse, xa que a súa resina é extremadamente inflamable. Con todo, os experimentos suxiren que os escaravellos non voaban cara á orixe do fume, nin parecían responder o son do incendio ou á luz visible.

Pero os incendios, ademais da luz visible, producen luz infravermella, e parece que a radiación infravermella é una excelente instrución. A maior parte do infravermello producido pola calor do lume da madeira é de lonxitude de onda entre 2 e 4 micrómetros e, ademais, propágase ben a través da atmosfera (lonxitudes de onda máis curtas ou longas absorben os vapores de auga do aire).

Os escaravellos do xénero Melanophila contan con órganos especiais paira a detección remota do lume.

ADAPTADO DESDE NEW SCIENTIST

Os investigadores tamén atoparon órganos adicionais chamados “órganos perforados” nas ‘axilas’ centrais dos escaravellos. Tendo en conta que os escaravellos voan levantando as patas centrais, estes órganos están moi dispostos paira recibir sinais infravermellos.

Na década de 1960, o entomólogo canadense William Evans observou que os escaravellos axitaban una antena se dirixían o raio de luz infravermella ao órgano perforado. Non pasaba nada dirixindo o raio a calquera outro lugar do corpo. Tamén observou que a reacción máis violenta era provocada por unha onda de luz infravermella de 3 micrómetros de lonxitude e concluíu que os órganos perforados eran un tipo de detectores de infravermellos.

Durante trinta anos, con todo, a teoría estivo aceptada pero non demostrada. Finalmente, Schmitz e o seu compañeiro Horst Bleckmann decidiron investigar as potencialidades de Melanophila acuminata, una especie de cacao. Paira iso, tras un incendio forestal no norte de Berlín, recolleron a madeira calcinada chea de larvas e esperaron a que os machos se convertesen en escaravellos. Alimentáronse no laboratorio e preparáronse paira o test da procura de lume.

Resultado? As liñas ou buracos de M. acuminata están cheos de decenas de sensores de infravermello finos pero de alta eficiencia (ver imaxe superior). Cada sensor é capaz de captar as lonxitudes de onda dos infravermellos emitidos polas chamas dos incendios forestais. Con todo , os órganos perforados de Melanophila parecen actuar dalgunha maneira mecánica.

Estrutura

Cada órgano perforado está cheo de 70 pequenos e redondeados. Estes sensores, ou sensibles, atópanse no fondo da liña e destacan polo seu delgado recubrimiento de cutícula branda. Cada sensible é una esfera que colga de acúrtaa curta á cutícula (ver diagrama), realizada cunha endocutícula máis branda e flexible. Metido nunha pequena ranura na parte inferior da esfera, atópase o mutito da célula celular dos nervios sensoriais sensitivos.

Tras os incendios, as árbores adoitan estar debilitados, polo que a pesar de ser menos defensivos.

No laboratorio, colocar os sensils individuais en radiacións infravermellas da mesma lonxitude de onda que os incendios forestais e polos a unha radiación infravermella de 24 milivatios por centímetro cadrado por 2 milisegundos (aproximadamente o dobre do que emite a túa man) é suficiente paira disparar a sucesión de sinais a partir da célula nerviosa que está na base da esfera. Pero a radiación de 5 mili watts (a intensidade máis baixa que se podía conseguir cos seus aparellos) tamén provocaba una resposta breve.

Mecanismo

Pero, como conseguen os órganos perforados tanta sensibilidade? Os grupos de investigación viron que as sentsilis tamén responden o tacto. Na súa opinión, o sensor é ‘fotomecánico’, polo que nunca antes visto na natureza. Dalgunha maneira, a radiación que chega transfórmase nunha forza mecánica capaz de xerar una certa presión na célula nerviosa inferior e poder disparar o impulso.

Coa axuda dos físicos crean una teoría que explica o seu funcionamento. A clave está na esfera. A esfera é una bóla bastante grande de 15 micrómetros de diámetro, colocada de forma óptima paira absorber a radiación infravermella. A maioría de enlácelos químicos das moléculas orgánicas absorben a luz infravermella, pero a endocutícula presenta numerosos enlaces que absorben luz de lonxitude de onda de 3 micrómetros (a maior lonxitude de onda emitida nos incendios forestais).

Os infravermellos desta lonxitude de onda vibran con máis forza enlácelos e esa enerxía convértese rapidamente en calor. Paira o cálculo aproximado realizouse una esfera da mesma dureza que a endocutícula das esferas dos insectos, mediante goma ou resina, que foi colocada nun infravermello de 5 milivatios. A temperatura da esfera artificial sobe aproximadamente 0,01 ºC. Este pequeno cambio sería suficiente paira estender a esfera e empuxar o extremo da célula nerviosa cara abaixo e, por tanto, deformar o nanómetro da membrana externa da célula.

Distancia

A pesar de que os incendios son espectaculares, Melanophila non se serve da vista paira atopalos.

Cun cálculo rápido, os escaravellos deberían detectar 10 hectáreas de incendio a unha distancia de 12 quilómetros. Pero iso sería case seguro desprezar a capacidade dos escaravellos. Se os instrumentos dos investigadores tivesen a capacidade de xerar infravermellos de menor intensidade, crese que con 500 microvatios tamén poderían iniciar o impulso nervioso. É posible que os numerosos sensibles dos escaravellos contribúan a superar o ruído ambiental e mesmo poidan recibir infravermellos máis débiles. E talvez sexa suficiente paira explicar as viaxes observadas de 80 quilómetros ou máis.

Por tanto, o que teñen que facer os escaravellos non é máis que esperar o ‘sinal de partida’ infravermella e empezar una carreira paira atopar un compañeiro de copulación ao redor do lume? Non! Os escaravellos que habitan entre as follas das árbores teñen difícil sentir a calidez de calquera infravermello nos seus órganos perforados, polo que o sinal perderíase, tanto entre outeiros, ramas e ramas, como entre as patas do propio escaravello. A única posibilidade de detectar a radiación infravermella nas chamas é voar por encima das árbores, levantar as patas centrais e empezar a buscar. Esta é a razón pola que os escaravellos tamén necesitan detectores de fume. Considera que paira polo en marcha necesitan algún abrasivo e que o disparador sería una pegada de cheiro do piñeiro asado.

Os investigadores descubriron que M. acuminata, ao parecer na antena, ten receptores sensibles de cheiros, aínda que aínda non se sabe onde os ten exactamente. Os detectores de fumes son sensibles a moitos compoñentes volátiles químicos producidos nos incendios forestais, pero a súa maior sensibilidade é a do guayakol (2-metoxifenol) e dúas moléculas moi similares. O tres prodúcense ao queimar a lignina, uno dos principais compoñentes da madeira.

Os escaravellos poden cheirar concentracións moi baixas de compoñentes químicos, así como pequenas partes do billón, os mellores detectores utilizados no laboratorio pero máis sensibles. Esta é probablemente a razón pola que as árbores incendiadas son capturadas a tan lonxe. Os detectores permiten aos escaravellos elixir os incendios de piñeiro en función de determinados compoñentes químicos. Os estudos demostran una maior sensibilidade cara aos compoñentes químicos do piñeiro que cara aos do carballo.

Una vez chegados á parte forestal queimada, deberán elixir a árbore apropiada.

Con bos receptores aromáticos non parece necesario dispor de dous detectores de infravermellos. Pero o fume desprázase, creando néboas ou acougando entre as plantas. Se os escaravellos seguisen simplemente o cheiro a lume, farían percorridos longos e confusos. As emisións de infravermellos dos incendios son sinais de tráfico máis fiables, xa que o sinal é continua e máis forte a medida que nos achegamos ao lume, independentemente do tempo.

Tras ascender polas árbores, os escaravellos parecen realizar os seguintes voos paira fixar a dirección dos infravermellos. A seguinte tarefa é manter un bo percorrido. Paira comparar a información con este obxectivo, os investigadores creen que os escaravellos utilizan os órganos perforados da dereita e da esquerda, do mesmo xeito que os saltamontes colocan o ruído cos órganos auditivos das súas pernas.

Os sinais de fume volven ter importancia a medida que os escaravellos se achegan ao lume. De feito, pode ser determinante paira saber se un determinado piñeiro é o lugar adecuado paira a posta dos ovos.

Alarma de incendio

Os dous detectores de escaravello son máis sensibles que o que os investigadores puideron medir tecnicamente. Por iso ninguén sabe exactamente até que punto son precisos. Os órganos perforados non son tan sensibles como os mellores dispositivos artificiais, pero estes teñen que arrefriarse en nitróxeno líquido, son caros e a miúdo equivócanse.

Melanophila aman os bosques queimados, pero non entran en chamas.

En calquera caso, os órganos perforados son, polo menos, tan bos como os detectores convencionais sen necesidade de refrixeración, como as lentes de visión nocturna dos corpos policiais ou os utilizados polos bombeiros paira atopar restos de calor nos edificios queimados.

A maioría destes sensores baséanse en materiais inorgánicos artificiais como o antimonio de indios ou o arseniuro de galio paira absorber as radiacións infravermellas. Existe un gran interese en coñecer como os escaravellos adquiren a mesma sensibilidade utilizando compoñentes orgánicos. Sabendo isto, abriríanse novas vías na detección por infravermellos.

Melanophila, ademais do monóxido de carbono ou hidróxeno, podería contribuír ao desenvolvemento de detectores de lume que desprendan restos de moléculas complexas de fume. Polo momento, os detectores dispoñibles no mercado non poden facelo, pero no futuro os investigadores creen que deberiamos ser capaces de producir dispositivos baratos que se axustasen ás características específicas do tipo de lume que se pretende detectar, ben sexa un incendio forestal ou un incendio nun almacén.