La comunicación química en la naturaleza: Ecología Química en el INECOL

Dr. Eneas Aguirre von Wobeser

Cuando visitamos un bosque, escuchamos una gran variedad de sonidos. Claramente escuchamos cómo las aves se comunican con sus cantos. Pero la comunicación entre organismos en un ecosistema no se limita a los sonidos. Muchos organismos producen sustancias químicas, que son detectadas por otros, ya sea de la misma o de distinta especie, en forma de olores o sabores, que son interpretados de forma distinta según quién las percibe. Una sustancia emitida por un insecto para atraer potenciales parejas puede ser detectada por un predador, atraído por la mismísima señal, pero con intenciones completamente distintas.

La comunicación siempre involucra el intercambio de mensajes, donde un individuo juega el papel de emisor y otro el de receptor, y la comunicación química no es una excepción. Como vimos, el receptor puede ser el mismo al que el mensaje era originalmente dirigido, u otro distinto que lo intercepta. En la comunicación mediada por químicos, los mensajes generalmente son moléculas pequeñas, muchas veces sustancias volátiles, que pueden entrar al estado gaseoso a temperatura ambiente. Esto les permite ser transportadas por el aire, y ser detectadas en forma de olor. Para producir estas sustancias, los organismos emisores utilizan complejas rutas de síntesis, que involucran usar la información de muchos genes.

Del lado del receptor los mecanismos también pueden ser complejos, y generalmente involucran la unión del químico que porta la señal con una proteína receptora. Las proteínas receptoras normalmente son específicas para detectar determinadas sustancias, que por su forma geométrica se acoplan a ellas. Entonces desencadenan una cascada de señales químicas y eléctricas, que pueden resultar en un comportamiento en el organismo receptor.

No es difícil notar que estas interacciones requieren de una coordinación precisa entre los organismos emisores y los receptores. De no ser así, la señal se perdería. Naturalmente, esta coordinación tiene un origen evolutivo, resultado de la convivencia de estas especies por periodos largos de tiempo. En bacterias, es probable que interacciones químicas entre especies puedan evolucionar en decenas o cientos de años, mientras que en animales probablemente requieran milenios, o incluso millones de años de convivencia. Cuando dos o más especies evolucionan juntas, y los cambios en ellas se influencian mutuamente, decimos que están en un proceso de coevolución.

En el INECOL hay un creciente grupo de académicos que estudia las interacciones entre diferentes grupos de organismos en la naturaleza, para aprovechar estas señales en beneficio del ser humano. A esta área de la investigación biológica la conocemos como ecología química, e involucra desde técnicas clásicas de biología de campo y laboratorio, hasta el uso de tecnología de punta para detectar señales químicas en bajísimas concentraciones, o estudiar la estructura de las proteínas receptoras, por ejemplo.

Muchos estudios de ecología química comienzan con el uso de aparatos que analizan el comportamiento de un organismo en presencia de los compuestos volátiles que emite otro. Por ejemplo, en un olfactómetro se pone un insecto en un tubo en forma de Y, donde el insecto puede escoger dos caminos, uno donde llega el aroma de otro organismo, o uno donde llega un aroma control (sin aroma, por ejemplo). De esta manera se puede ver si el organismo consistentemente sigue o evita el aroma, o si le es indiferente.

Otra herramienta fundamental para la ecología química es la cromatografía de gases. Esta tecnología permite separar las moléculas que hay en una muestra de aire, tomada por ejemplo sobre una flor, o del aire que rodea a un insecto. De esta manera, los cromatógrafos de gases del INECOL, operados por Ana Luisa Kiel, Alma Altúzar y Sandra Rocha, nos permiten obtener información sobre la naturaleza de las moléculas que emite un organismo, las cuales son analizadas en sofisticados detectores. Los componentes ya separados en el cromatógrafo también se pueden utilizar para alimentar un electroantenógrafo, donde se mide eléctricamente la respuesta de las antenas de un insecto a las señales químicas.

Un importante proyecto que actualmente se lleva a cabo en el INECOL se enfoca en la búsqueda de compuestos repelentes o atrayentes para manejar un pequeño escarabajo plaga, que está causando estragos matando árboles en los bosques de Estados Unidos, y tememos que pronto podría llegar a nuestro país. Los doctores Larissa Guillén, Andrea Birke, Martín Aluja y yo mismo, estamos buscando cómo influenciar químicamente estos escarabajos para alejarlos de nuestros árboles, buscando compuestos atrayentes o repelentes en plantas, hongos y bacterias. En el futuro, vamos a estudiar los receptores en sus antenas y en sus patas, para diseñar compuestos aún más efectivos. Estas investigaciones se enmarcan en un proyecto que incluye a más de 50 investigadores de al menos 12 instituciones de investigación, el Clúster Científico y Tecnológico BioMimic^Ò, cuya sede es el INECOL.

Fotografía

Escarabajo Xyleborus glabratus. (Luis Alberto Cruz Silva)