La polilla florida usa un veneno para atraer a su pareja. Pero ¿cómo lo consigue sin morir en el intento?
Para desentrañar este misterio, los científicos han secuenciado el genoma de este lepidóptero para identificar genes específicos que podrían conferirle inmunidad a ciertas toxinas.
Por Jerald Pinson
La polilla florida se protege de los depredadores con venenos derivados de las plantas que comen. Foto: Andrei Sourakov
Los alcaloides pirrolizidínicos son tan amargos y tóxicos como difíciles de pronunciar. Son producidos por varios tipos diferentes de plantas, especialmente de las familias de las borragináceas, las compuestas, las orquídeas y las leguminosas, y se encuentran entre las principales causas de muerte accidental en el ganado.
Los alcaloides pirrolizidínicos pueden causar daño hepático y problemas en otros órganos si se ingieren en cantidades suficientemente altas.
Las plantas que contienen estos alcaloides han dejado muy claro que no quieren ser consumidas, pero eso no ha disuadido a las polillas floridas (Utetheisa ornatrix). Estas polillas diurnas se alimentan exclusivamente de hojas y semillas cargadas de alcaloides de unas leguminosas conocidas en inglés como rattlebox, del género Crotalaria.
Luego usan la toxina para proteger sus huevos y disuadir a los depredadores en etapas posteriores de su vida. Incluso lo utilizan para producir feromonas que atraen a sus parejas. Hay que decir, no obstante, que esta estrategia es compartida por otros insectos.
Cómo consumir veneno de forma segura.
Aún se desconoce exactamente cómo las polillas floridas y otras especies cercanas a ellas desarrollaron la capacidad de consumir alcaloides pirrolizidínicos de manera segura.
En un nuevo estudio publicado en la revista PNAS, los investigadores secuenciaron el genoma de la polilla florida, y usaron la información obtenida para identificar genes específicos que pueden conferir inmunidad a estas toxinas. También secuenciaron genomas de 150 especímenes conservados en museos, como el Museo de Historia Natural de Florida, algunos de ellos con más de un siglo de antigüedad, para determinar dónde se originaron las polillas floridas y sus parientes cercanos.
Finalmente, los biólogos revisaron datos genéticos en busca de pistas que pudieran ayudar a explicar cómo evolucionaron con el tiempo los intrincados patrones de las alas de este lepidóptero: el primer estudio sobre polillas o mariposas que lo ha hecho utilizando especímenes disecados de colecciones de museos.
Las orugas de la polilla florida son de colores brillantes y están llenas de toxinas. Foto: Andrei Sourakov
"Hemos conseguido demostrar que se pueden utilizar especímenes de museo para responder a cuestiones genéticas que normalmente requieren complicadas técnicas de laboratorio— dice Andrei Sourakov, coautor del estudio y coordinador de colecciones del Centro McGuire de Lepidópteros y Biodiversidad del Museo de Historia Natural de Florida. Y añade—: Esto abre una ventana para futuras investigaciones de este tipo".
Una polilla con una esperanza de vida asombrosa.
Sourakov lleva quince años estudiando esta polilla, y afirma que la secuenciación del genoma de esta especie era el siguiente paso natural en la investigación que ha llevado a cabo hasta ahora. Muchos de los conocimientos adquiridos durante ese tiempo proceden de su trabajo con estudiantes universitarios y de secundaria, a los que ayudó a realizar pequeños experimentos, analizar datos para ferias científicas e interpretar los resultados en artículos revisados por expertos.
En uno de esos proyectos, un estudiante se propuso determinar la esperanza de vida promedio de los adultos de la Utetheisa ornatrix, y, sin darse cuenta, tropezó con el Matusalén del mundo de las polillas. "Para nuestra gran sorpresa, pueden vivir hasta cincuenta días, que es de cuatro a cinco veces más el tiempo de vida medio de una polilla", comenta Sourakov.
La longevidad no es un rasgo de importancia crítica en la mayoría de las especies de polilla. Muchas de ellas se reproducen una vez y luego mueren poco después, ya sea por senescencia o por depredación. Pero las polillas floridas no están limitadas por esto último, lo que hace más probable que los genes que confieren una mayor longevidad sean beneficiosos y se transmitan a la siguiente generación.
Si la polilla bella se sienten en peligro, exuda una esfera espumosa de toxina desde la parte superior del tórax, que repele a los depredadores. Foto: Andrei Sourakov
"Tiene sentido que alguien que está defendido químicamente sobreviva durante más tiempo, porque incluso si es atrapads, el depredador suele soltarse y la polilla puede seguir volando", explica Sourakov.
Las polillas floridas viven en gran parte del este de América del Norte, América Central y el Caribe, y suelen estar activas durante el día. En lugar de utilizar la oscuridad como un velo para evitar a los depredadores, este lepidóptero se esfuerza por ser vistas. Sus alas están adornadas con escamas de color rosa radiante, perla, ónix y amarillo azufre, que los pájaros y los insectos carnívoros pueden detectar fácilmente desde la distancia. Cualquier depredador que tenga la mala suerte de atrapar a una de ellas corrige rápidamente su error.
"Las arañas bananera (Phoneutria nigriventer) las arrancarán de sus redes—comenta Sourakov, que añade a la lista de inacutos a las arañas lobo y los pájaros que osan zampárselas. Y continúa—: Cuando son atrapadas, producen un líquido espumoso que sabe mal y que está elaborado casi en su totalidad con alcaloides".
Las polillas floridas acumulan la mayoría de sus toxinas mientras comen plantas en su fase de oruga. Retienen estos vnenos durante la metamorfosis como pupa y hasta la edad adulta. Foto: Andrei Sourakov
Cuando están listas para aparearse, las hembras liberan un penacho de alcaloides aerosolizados derivados de las plantas que comieron cuando eran orugas. Los machos se sienten atraídos por este olor, que siguen hasta su fuente. Allí, llevan a cabo un corto pero elaborado cortejo en el que tocan suavemente la cabeza de la hembra con dos estructuras esponjosas y retráctiles que guardan un gran parecido con los dientes de león. Cada filamento de estas estructuras está repleto de alcaloides de pirrolizidina.
Si la hembra decide que el macho tiene una cantidad y calidad suficientes de alcaloides almacenados, la pareja se apareará. Cuando termina, el macho deja un regalo de despedida llamado espermatáforo, que contiene esperma y, sí, más alcaloides. La hembra utilizará estos alcaloides y de su propia reserva para aportar toxinas a los óvulos resultantes.
Este tipo de protección biparental de los huevos en los insectos es poco frecuente. De hecho, cuando se observó por primera vez en 1989 entre los adultos de la polilla florida, era el único ejemplo conocido de una polilla o mariposa macho que invirtiera algún recurso químico en su progenie.
Los machos de la polilla bella inflan dos sacos de aire retráctiles, llamados coremata, cuando intentan atraer a una pareja. Foto: Andrei Sourakov
Las polillas floridas pueden evitar los efectos nocivos de los alcaloides pirrolizidínicos con la ayuda de una enzima especial que oxida la molécula y la vuelve inofensiva. Sin embargo, si un depredador se come a una de ellas, el proceso se invierte y el alcaloide recupera su potencial tóxico.
Los alcaloides de pirrolizidina probablemente evolucionaron primero como un mecanismo de defensa en las plantas, que luego se convirtieron en un producto básico para las polillas. Sourakov y sus colegas querían saber cómo las polillas floridas adquirieron esta enzima desintoxicante y cómo la conservaron durante una carrera armamentista que duró millones de años entre planta y polilla.
Los autores descubrieron que las polillas floridas tienen no una sino dos copias del gen que codifica su enzima desintoxicante única. Es posible que hayan adquirido la segunda copia mediante un proceso de duplicación genética, mediante el cual otras especies, incluidas muchas plantas, han desarrollado nuevos rasgos.
También encontraron dos copias de un gen parcialmente involucrado en la producción y defensa de antioxidantes. Sourakov sospecha que estos genes pueden estar relacionados tanto con la capacidad de las polillas bellas para desintoxicar los alcaloides como con su notable longevidad.
“Ciertos tipos de estrés en los sistemas biológicos resultan en una vida útil más larga. Podría ser que la interacción que tienen las polillas floridas con los alcaloides no sea sólo la razón por la que tiene sentido que vivan una vida larga, sino también uno de los mecanismos detrás de esto”, concluye este entomólogo.
Información facilitada por el Museo de Historia Natural de Florida -Adaptación: Enrique Coperías / Rexmolón Producciones
Fuente: Jing Zhang, Qian Cong, Jinhui Shen, +4, and Nick V. Grishin. What one genus of showy moths can say about migration, adaptation, and wing pattern. PNAS (2024). DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.2319726121
