Los mosquitos detectan a los seres humanos con ayuda de una combinación de sofisticadas señales sensoriales. Ahora, un equipo dirigido por investigadores de la Universidad de California en Santa Bárbara ha añadido un sentido más al repertorio ya documentado que usan estos insectos para chuparnos la sangre: la detección infrarroja.
Aunque una picadura de mosquito no suele ser más que una molestia pasajera, en muchas partes del mundo puede ser cuestión de vida o muerte. Una especie de mosquito, el Aedes aegypti, propaga los virus que causan más de cien millones de casos de dengue, fiebre amarilla, zika y otras enfermedades cada año.
Otra, Anopheles gambiae, propaga el Plasmodium, el parásito que causa la malaria o paludismo. La Organización Mundial de la Salud (OMS) calcula que solo la malaria provoca más de 400.000 muertes al año.
Y, en España, los mosquitos del género Culex han saltado este verano a los medios de comunicación españoles —una vez más— por casos de fiebre del Nilo en las localidades de Sevilla y Huelva. Precisamente en España, el virus del Nilo se cobró en 2020 siete víctimas mortales —cuatro en Sevilla y tres en Cádiz—, en el mayor brote registrado en Andalucía hasta esa fecha.
El mosquito, la criatura más mortífera
De hecho, su capacidad para transmitir enfermedades les ha valido a los mosquitos el título del animal más mortífero. Aunque hay que decir que la medalla de oro se la llevarían las hembras de estos dípteros.
En efecto, los mosquitos macho son inofensivos, pero sus compañeras necesitan sangre para producir sus huevos, esto es, la oviogénesis. No es de extrañar pues que la ciencia acumule más de un siglo de rigurosas investigaciones encaminadas a desentrañar cómo las hembras de mosquito encuentran a sus huéspedes y qué se puede hacer para impedirlo.
A lo largo de estos cien años, los científicos han descubierto que no existe una única señal en la que se apoyen estos insectos para chupar la sangre al prójimo. En su lugar, integran información procedente de muchos sentidos diferentes capaces de operar a distintas distancias del vertebrado al que le robará una ración de sangre.
¿Qué atrae a los mosquitos a picar?
Un equipo dirigido por investigadores de la Universidad de California en Santa Bárbara (EE. UU.) ha añadido otro sentido al repertorio documentado del mosquito: la detección de infrarrojos.
Los científicos descubrieron que la radiación infrarroja procedente de una fuente, con una temperatura similar a la de la piel humana, duplicó en los mosquitos el comportamiento de búsqueda de hospedador cuando los infrarrojos se combinaron con el dióxido de carbono y el olor humano, según nos cuentan sus autores en la revista Nature.
Los mosquitos se dirigieron de forma abrumadora hacia esa fuente de infrarrojos mientras buscaban a su víctima. Los investigadores también descubrieron dónde se encuentra en el cuerpo del insecto este detector de infrarrojos y cómo funciona a nivel morfológico y bioquímico.
«El mosquito que nosotros hemos estudiado, el Aedes aegypti, es excepcionalmente hábil para encontrar huéspedes humanos —dice en una nota de prensa de la Universidad de California en Santa Bárbara Nicolas DeBeaubien, coautor del estudio e investigador posdoctoral en el laboratorio del profesor Craig Montell. Y añade—: Este trabajo arroja nueva luz sobre cómo lo logran».
Un truco para detectar infrarrojos
Los científicos saben que el Aedes aegypti y otros mosquitos utilizan un repertorio de señales para localizar a sus huéspedes de forma remota. Entre ellas están el dióxido de carbono que exhalamos al respirar; los compuestos químicos presentes en el sudor y la piel humana, como el ácido láctico, el amoníaco y ciertos ácidos grasos; el calor que desprende la piel; y la humedad corporal propagada por convección.
Los mosquitos también pueden sentir el calor emitido por el cuerpo humano, y utilizan la visión para identificar formas y contrastes. Así es, estos dípteros son particularmente activos durante el amanecer y el anochecer, cuando la luz es más tenue y pueden detectar más fácilmente la silueta de un ser humano.
Además de la vista, los mosquitos son atraídos por el movimiento: si una persona se mueve, es más probable que un mosquito detecte su presencia.
«Sin embargo, cada una de estas señales tiene sus limitaciones —advierte Avinash Chandel, coautor del estudio y actualmente posdoctorando en el grupo de Montell. Los insectos, por ejemplo, tienen poca visión, y un viento fuerte o un movimiento rápido de un ser humano pueden confundir a sus sentidos químicos y perder el rastro de su víctima.
Detectan el calor que desprende nuestra piel en un radio de unos 10 cm
Es por ello por lo que los autores de la investigación recién publicada se preguntaron si los mosquitos contaban con un radar más preciso e infalible, como es el caso de la radiación infrarroja, para orientarse hasta su ración de sangre.
Estos insectos pueden detectar el calor que desprende nuestra piel en un radio de unos 10 cm. Y pueden sentir directamente la temperatura de nuestra piel una vez que se posan en ella. Estos dos sentidos corresponden a dos de los tres tipos de transferencia de calor: la citada convección, calor transportado por un medio como el aire; y la conducción, calor a través del tacto directo.
Pero la energía del calor también es capaz de viajar distancias más largas cuando se convierte en ondas electromagnéticas, generalmente en la gama infrarroja del espectro. Los infrarrojos pueden calentar lo que alcanzan.
Animales como las víboras de foseta de América y Asia pueden percibir las radiaciones infrarrojas liberadas por sus presas. Y si las serpientes son capaces de hacerlo, ¿por qué no los mosquitos como el Aedes aegypti?
La capacidad de los mosquitos para encontrar vasos sanguíneos, a prueba
Para responder a esta pregunta, los investigadores planificaron un experimento. Colocaron mosquitos hembra en una jaula y midieron su actividad de búsqueda de víctimas en dos zonas. Cada una de ellas se expuso a olores humanos y a dióxido de carbono en la misma concentración que exhalamos nosotros. Sin embargo, solo una de las zonas se expuso también a infrarrojos procedentes de una fuente a la temperatura de la piel humana.
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 el entorno, como si buscaran una vena en la que clavar su afilada probóscide.
La adición de infrarrojos térmicos procedentes de una fuente de calor a 34 ºC, aproximadamente la temperatura de la piel, duplicó la actividad de búsqueda de hospedadores por parte de los hambrientos insectos. Esto convierte a la radiación infrarroja en un nuevo sentido documentado que los mosquitos utilizan para localizarnos. Y el equipo de investigación descubrió que sigue siendo eficaz hasta una distancia de 70 cm.
La combinación del infrarrojo con otras señales
«Lo que más me sorprendió de este trabajo fue la fuerza de la señal infrarroja —afirma DeBeaubien. Y añade—: 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. Quizá a que se aisló una sola señal del resto para estudiar el comportamiento del mosquito.
«Ninguna señal por sí sola estimula la actividad de búsqueda de hospedadores. Solo en el contexto de otras señales, como el CO2 elevado y el olor humano, el infrarrojo marca la diferencia», afirma Montell, catedrático de Biología Molecular, Celular y del Desarrollo. De hecho, su equipo descubrió que los infrarrojos por sí mismos no tienen ningún impacto en la búsqueda de un vertebrado al que chupar la sangre.
El papel de una proteína llamada rodopsina
Pero ¿cómo los mosquitos logran detectar las radiaciones infrarrojas emitidas por sus presas? Hay una cosa bien clara: no es posible que estos dípteros detecten la radiación infrarroja térmica de la misma manera que detectarían la luz visible.
La energía de la radiación infrarroja es demasiado baja para activar la rodopsina, una proteína pigmentaria sensible a la luz que se encuentra en las células fotorreceptoras de los bastones de la retina del ojo de los animales. La radiación electromagnética con una longitud de onda superior a los 700 nanómetros no activa la rodopsina, y la infrarradiación generada a partir del calor corporal es de alrededor de 9.300 nm.
De hecho, ninguna proteína conocida es activada por radiación con longitudes de onda tan largas, según Montell. Pero hay otra forma de detectar la radiación infrarroja.
Una escuela de calor
Pensemos en el calor emitido por el sol. El calor se convierte en infrarrojos, que fluye a través del espacio vacío. Cuando la radiación infrarroja llega a la Tierra, golpea los átomos de la atmósfera, transfiriendo energía y calentando el planeta.
«El calor se convierte en ondas electromagnéticas, que se convierten de nuevo en calor», explica Montell. El infrarrojo proveniente del sol posee una longitud de onda diferente al infrarrojo generado por el calor de nuestro cuerpo, ya que la longitud de onda depende de la temperatura de la fuente.
Los autores pensaron que tal vez nuestro calor corporal, que genera radiación infrarroja, podría excitar a ciertas neuronas del mosquito, activándolas al calentarlas. Eso permitiría a los mosquitos detectar la radiación indirectamente.
Las antenas del mosquito albergan neuronas sensibles al calor
Estructuralmente, los mosquitos tienen dos antenas debajo de los ojos, cada una con dos segmentos, y los entomólogos saben que las puntas de las antenas albergan neuronas sensibles al calor. El equipo de Montell descubrió que la eliminación de estas puntas anulaba la capacidad de los mosquitos para detectar los infrarrojos.
De hecho, otro laboratorio descubrió en el extremo de la antena la presencia de una proteína sensible a la temperatura que se conoce como TRPA1. Y el equipo de la Universidad de California en Santa Bárbara observó que los mosquitos sin el gen que la fabrica —el trpA1—no podían detectar la radiación infrarroja.
La punta de cada antena tiene unos órganos sensoriales con forma de clavija que sobresalen de fosas profundas y que están bien adaptados a la detección de radiación infrarroja. Son las llamadas sensillas coelocónicas.
La fosa protege la clavija del calor conductor y convectivo, lo que permite que la radiación infrarroja altamente direccional alcance y caliente la estructura. Luego, el mosquito usa la TRPA1 como un sensor de temperatura para detectar la radiación infrarroja.
El ejemplo de las moscas de la fruta
Tras el hallazgo, a los científicos cazamosquitos les asaltó una duda: la actividad del canal TRPA1 activado por el calor por sí solo podría no explicar totalmente 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 radio de 70 cm. A esta distancia, probablemente las clavijas de las sensillas coelocónicas eran incapaces de calentarse lo suficiente como para activar la TRPA1.
El grupo de Montell pensó que podrían existir otros receptores térmicos más sensibles, del tipo que encontró en la mosca de la fruta en 2011. Se toparon con un puñado de proteínas de la familia de las rodopsinas que eran bastante sensibles a leves aumentos de temperatura.
Para ver y sentir el gusto y la temperatura
Aunque en un principio se pensaba que las rodopsinas eran exclusivamente detectores de luz, el grupo de Montell descubrió que algunas de ellas pueden activarse por diversos estímulos. Se encontraron con que las proteínas de este grupo son muy versátiles y que no solo intervienen en la visión, sino también en la detección del gusto y la temperatura.
Tras investigar más a fondo, Montell y sus colegas descubrieron que dos de las diez rodopsinas que se encuentran en los mosquitos se expresan en las mismas neuronas de las antenas que la TRPA1.
La eliminación de TRPA1 eliminó la sensibilidad del mosquito a los infrarrojos. Pero los insectos con defectos en cualquiera de las rodopsinas Op1 y Op2 no se vieron afectados. Incluso noquear las dos rodopsinas a la vez no suprimió por completo la sensibilidad del mosquito, aunque debilitó significativamente el sentido.
La distancia para «vampirizarnos»
Los resultados del estudio apuntan a que el infrarrojo térmico más intenso, como el que experimentaría un mosquito a una distancia más cercana —por ejemplo, a unos 30 cm— activa directamente la TRPA1. Mientras tanto, la Op1 y la Op2 pueden activarse a niveles más bajos de radiación térmica y luego activar indirectamente a la TRPA1.
Dado que la temperatura de nuestra piel es constante, la unión de la sensibilidad de la TRPA1 y la de las dos rodopsinas hace que un mosquito nos encuentre sin problema a una distancia de 70 cm o más.
La mitad de la población mundial está en riesgo de contraer enfermedades transmitidas por mosquitos, y alrededor de mil millones de personas se infectan cada año con virus causantes de la fiebre amarilla, el dengue, el virus Zika o la fiebre Chikunguya. Además, el cambio climático y los viajes por todo el mundo han ampliado el área de distribución del Aedes aegypti más allá de los países tropicales y subtropicales.
Trampas térmicas para mosquitos
El descubrimiento del equipo podría proporcionar una forma de mejorar los métodos para controlar y erradicar las poblaciones de mosquitos. Por ejemplo, la incorporación de infrarrojos térmicos de fuentes cercanas a la temperatura de la piel permitiría que las trampas para mosquitos sean más efectivas.
Los hallazgos también ayudan a explicar por qué la ropa holgada es particularmente buena para prevenir las picaduras. No solo bloquea al mosquito para que no llegue a nuestra piel, sino que también permite que la radiación infrarroja se disipe por nuestra piel y la ropa para que los mosquitos no puedan detectarla.
«A pesar de su diminuto tamaño, los mosquitos son responsables de más muertes humanas que cualquier otro animal —advierte DeBeaubien. Y concluye—: Nuestra investigación mejora la comprensión de cómo los mosquitos atacan a los humanos y ofrece nuevas posibilidades para controlar la transmisión de enfermedades propagadas por mosquitos».
