Un insecto puede caer muerto con sólo alterar un determinado patrón molecular en su cerebro, en tanto otro puede excederse en el cumplimiento de sus tareas, como cuando las abejas polinizan las cosechas y las flores por más tiempo del habitual. Ya sea que el insecto muera o, por el contrario, aumente sus potencialidades, el cambio en su manera normal de actuar tiene por causa una alteración en su expresión neuroquímica. Al tema se le dedicó ,hace algunos años, la mayor atención en diversos laboratorios de los Estados Unidos.

Esta conexión químioconductual ha intrigado desde hace algunos años a los científicos, pero ahora gracias a las nuevas tecnologías, a la miniaturización y al desarrollo de la biología molecular, los estudiosos se sienten muy ayudados y asistidos para desarrollar una ciencia que se perfila con características propias: la neuroquímica de los insectos.

James C. Wright, del Servicio de Investigación Agrícola dependiente del Departamento de Agricultura de los Estados Unidos, ha dedicado sus últimos 18 años al estudio de la conducta de los insectos. "El cerebro de estos animales y sus troncos y haces nerviosos forman una amplia vía química por la cual viajan las señales nerviosas que dictan al insecto el comportamiento que debe observar. Es precisamente la química cerebral la que nosotros queremos aprovechar para, a partir de ella, alterar los patrones de conducta y así evitar la proliferación de poblaciones de ciertos insectos que pueden llegar a constituir plagas".

Si los científicos logran alterar esos modelos químicos, los mensajes químicos regulares del insecto entrarán en conflicto o se atascarán. Es algo parecido a descifrar en un juego o en la guerra la clave de los mensajes del enemigo, y aprovechar esa clave para enviar informaciones falsas. Las señales erróneas pueden causar estragos en las poblaciones de insectos. Pueden transtornar el apareamiento sexual, modificar las hormonas o provocar otras reacciones que sean fatales para los individuos de una especie, o para la especie entera.

La neuroquímica de los insectos producirá algún día un tipo nuevo de insecticidas más seguros que alterarán los hábitos de estos animales (especialmente cuando constituyen plagas) sin dañar a otros seres vivos.

Los problemas agrícolas y ambientales ya han evolucionado desde percepciones simples sobre el manejo de las pestes hacia otros más complejos. La sorprendente facilidad con la cual muchas plagas de insectos han desarrollado resistencia a los pesticidas químicos; los casos de residuos de pesticidas en las aguas de los suelos cultivados, en las corrientes de agua y hasta en los alimentos procedentes de la agricultura, junto con algunas técnicas agrícolas modernas que favorecen el incremento de ciertas plagas, son algunos de los complejos problemas actuales. La neuroquímica insectaria ha arrojado ya alguna luz sobre el por qué algunas plagas de insectos han salido victoriosas siempre sobre los mejores esfuerzos para dominarlas.


Mensajes químicos

La historia de la neuroquímica puede rastrearse un poco más de 8 años atrás, cuando Stephan Kopec, entomólogo polaco, demostró que un factor químico existente en la larva de una polilla controlaba el desarrollo del insecto. Esta fue una de las primeras pruebas de comunicación química entre los sistemas endocrino y nervioso de los animales. Dos décadas más tarde el entomólogo inglés, Sir Vincent Wigglesworth, adelantó la idea de que los insectos producen una hormona para ayudarlos en la muda de su esqueleto exterior, lo que les permite crecer. Los científicos han descubierto desde entonces numerosos tipos de estas hormonas, al igual que otras de carácter juvenil que controlan las metamorfosis. Recientemente los científicos identificaron las hormonas cerebrales que son responsables de la liberación de otras hormonas.

Casi todos los datos científicos sobre química cerebral han sido recogidos durante los últimos cinco años. Los rápidos avances en instrumentos y técnicas de laboratorio -incluyendo la microcirugía en el cerebro de los insectos- han proporcionado a los investigadores los medios adecuados para rastrear, encontrar y estudiar compuestos hormonales de peso tan ínfimo como la millonésima parte de un gramo. En cambio, los neuroquímicos médicos y veterinarios trabajan con hormonas aisladas en cantidades de gramo y extraídas de glándulas o del tejido nervioso cerebral.

La biología molecular, junto con la tendencia a las investigaciones multidisciplinarias, ha determinado oportunidades nuevas para el conocimiento de las complejidades del cerebro de los insectos y sus efectos sobre el comportamiento.

La interrogante actual es con qué lograrán los científicos convertir la neuroquímica en una tecnología capaz de controlar las pestes. Solamente un pequeño grupo de investigadores del Laboratorio SIA y de algunas universidades están dedicados a estos estudios en profundidad. De todas maneras, ya se dispone de una tecnología que interfiera las señales de apareamiento de los insectos, que interrumpe la producción del huevo o de los espermios, o que altera los pasos claves en los ciclos vitales.

Las investigaciones más intensas del SIA en el terreno de la neuroquímica de los insectos se realizan en cinco laboratorios. En ellos los científicos estudian la manera que tiene el cerebro de los insectos para controlar la producción, el crecimiento y las funciones de esos elementos neuroquímicos.

El Laboratorio de Reproducción de Insectos de Beltsville, Maryland, EE.UU., es uno de los pocos establecimientos del mundo dedicados a clarificar los intrincados sistemas hormonales asociados con el apareamiento y el desarrollo de cada especie de insectos. Allí se proporcionan datos científicos a los investigadores dedicados a explorar las formas de dominar el aspecto más amenazante de las pestes, sus enormes poblaciones.

"Parece extraño que, a pesar del poder de los insectos para reproducirse rápidamente -a veces hasta explosivamente- las investigaciones dedicadas a interferir con este poder se iniciaran hace sólo 25 años", indica Alexej Borkovec, jefe de este Laboratorio. Aunque Borkovec y sus coinvestigadores habían identificado las neurohormonas que promueven la producción de huevos por las hembras de algunas especies, los sistemas que tienen los insectos machos para producir espermios habían permanecido en el misterio. Pero recientemente la fisióloga Marcia Loeb descubrió que los esteroides -compuestos que forman muchas de las hormonas- se producen en los testículos de una especie de polilla, indicando que el sistema regulador masculino no existe en tal especie. Aquello podría aprovecharse en el futuro para planear estrategias controladoras de esa especie de plaga.

Borkovec pronostica que los productos o esquemas destinados a la alteración de los ciclos reproductivos de los insectos, podrían ser parte rutinaria del manejo de ellos dentro de un plazo de 25 años.

La mosca común de las casas está ayudando a los científicos del Laboratorio de Investigación en Metabolismo y Radiación de Fargo, Dakota del Norte, EE.UU., a estudiar los roles que cumplen las hormonas en la reproducción de la mosca y del mosquito.


Feromonas

Operando con un microscopio y minúsculos instrumentos quirúrgicos, el entomólogo Terrance Adams eliminó los ovarios, el cerebro u otros tejidos productores de hormonas en el cuerpo de la mosca casera. Ahora usa métodos especiales de cultivo para desarrollar tejidos y estudiar los efectos fisiológicos de cada hormona en tejidos aislados de otros insectos. La mayoría de las hormonas tienen el efecto de alterar los patrones de los procesos celulares, tal como se realiza en el cerebro. El trabajo de Adams para clarificar las acciones de las hormonas es esencial para escoger las interacciones comunes de las neurohormonas entre sus puntos de origen y aquellos donde cumplen el efecto.

Ciertas neurohormonas controlan la capacidad de los insectos para producir feromonas sexuales, señales químicas de un sexo -generalmente el femenino- para "llamar" a su pareja. La primera feromona identificada fue la de la polilla del gusano de seda, hace 35 años. Los científicos reconocieron entonces que las feromonas sexuales podían usarse en trampas de insectos, alterando así los modelos de apareamiento de las especies generadoras de plagas.

Como resultado, hoy se conoce la estructura de las feromonas sexuales de mas de 300 especies de insectos. Un poco más de 100 son empleadas en trampas para insectos y están destinadas a vigilar las poblaciones de las pestes. Por lo menos 12 se hallan registradas en la Agencia de Protección Ambiental, EE.UU., como "productos químicos para controlar plagas".

¿Cómo producen los insectos las feromonas?. La respuesta salió a luz por medio de investigaciones neuroquímicas. Se descubrió una clave en el Laboratorio de Síntesis Orgánica, también de Beltsville, donde han sido identificadas las feromonas de muchos insectos que constituyen plagas.

Los entomólogos Ashok Raina y Jerome Klun descubrieron una hormona producida en el cerebro de la polilla del maíz y originada en una glándula en la parte superior de la hembra, la que emite una feromona sexual. Pero antes de que los científicos puedan encontrar manera de impedir la producción de feromonas, ensayando con la nueva hormona deben elegir entre interacciones hormonales todavía desconocidas.

La "muda" es esencial para que puedan crecer y cumplir su metamorfosis todos los insectos, por lo tanto, es un punto lógico de ataque. En el Laboratorio de Fisiología de Beltsville se han descubierto siete hormonas vinculadas con la muda y se han establecido sus estructuras químicas. Los científicos de ese laboratorio están buscando maneras de interferir la producción de hormonas en los insectos.

Un factor clave en muchos insectos que se alimentan de plantas es que la producción de hormonas para la muda depende de los esteroles (esteroides con un grupo alcohol) metabolizadores de las plantas que esos insectos han comido. Con las señales hormonales provenientes del cerebro, los insectos convierten esos esteroles vegetales en colesterol, el que es metabolizado a su vez a la forma de una hormona para la muda llamada ecdisona. Los investigadores ya han sintetizado varios compuestos que interfieren el metabolismo de los esteroides.

Científicos del Laboratorio de Beltsville están experimentando con algunos de estos pasos metabólicos, tratando de alterar el ciclo de muda o el proceso reproductivo.

Numerosas funciones vitales de los insectos son controladas finalmente por músculos que son estimulados por neurohormonas secretadas por el sistema nervioso. El Laboratorio de Investigación Entomológica y Toxicológica Veterinaria, del Station College de Texas, EE.UU., está enfocando sus investigaciones sobre los neuropéptidos que controlan la digestión, la excreción y la postura de huevos.

Los entomólogos Mark Holman, Renee Wagner y Benjamin Cook purificaron varios de estos neuropéptidos. Según explica Cook, una vez determinada y copiada su estructura química en el laboratorio, será posible describir la manera que tienen de controlar los procesos vitales en las reacciones químicas implicadas. Tal objetivo depende también del conocimiento que se tenga de la fina estructura de las células del insecto capaces de sintetizar y secretar los neuropéptidos, así como también las que responden a ellas. La entomóloga Shirlee Meola está empleando el microscopio electrónico, tanto convencional como scanner para descubrir las relaciones neurosecretantes.

Una vez logrados estos objetivos, los científicos podrán preparar "análogos", compuestos químicos lo bastante similares a los neuropéptidos como para ser engañados por ellos, pero que son también lo bastante diferentes para desarticular su estructura química. El trabajo previo hecho con otro neuropéptido de insectos, ha mostrado que todos ellos -y algunos de sus parientes- emplean la misma estructura química para sintetizarla. Desde ahora se cifran grandes esperanzas en que estos neuropéptidos "análogos", proporcionen nuevas herramientas para el manejo y control de las poblaciones de insectos.