¿Las avispas les ponen a las orugas los pelos de punta?

La electricidad estática es un fenómeno que todos hemos experimentado en alguna de sus formas, desde los ejemplos más cotidianos como un doloroso chispazo al abrir una puerta después de estar sentado en un sillón, o ver como se paran los pelos de un niño después de pasarse un globo por la cabeza, hasta los más extremos como el impresionante destello de un rayo. ¿Cuál es el origen de este fenómeno?

Normalmente los materiales a nuestro alrededor son eléctricamente neutros, con una cantidad balanceada de cargas negativas (electrones) y positivas (protones) en el conjunto de átomos de su superficie, pero cuando se produce un desbalance de estas cargas, particularmente por ganancia o pérdida de electrones, podemos decir que el material está cargado con electricidad estática. Este desbalance puede producirse por múltiples razones, siendo muy común el llamado efecto triboeléctrico, en el cual el roce entre dos materiales lleva al traspaso de electrones entre ellos. Por ejemplo, en el caso de frotar un globo contra el pelo, el pelo pierde electrones y estos quedan en la superficie del globo, haciendo que el globo tenga una carga estática negativa, por exceso de electrones y el pelo positiva, por falta de ellos. Este desbalance de cargas genera además un efecto que se propaga en el ambiente alrededor del objeto cargado, esto es lo que se llama un campo eléctrico (o, en este caso, electrostático), y se hace evidente cuando luego uno acerca el globo al pelo nuevamente, y este se ve atraído a su superficie por la diferencia de carga eléctrica. Esta electricidad es llamada estática ya que una vez que se produce este desbalance las cargas quedan fijas, no hay flujo. Sin embargo, si se les da un camino para fluir y llevar el material de vuelta a su equilibrio neutral, la carga eléctrica deja de ser estática, a veces con consecuencias dolorosas.

A pesar de que la mayoría de los ejemplos de electricidad estática en nuestro día a día son una fuente de entretención o a lo más una leve molestia, para otros animales en nuestro planeta la electricidad estática puede ser materia de vida o muerte. Esto se debe a que la capacidad de detectar los campos eléctricos que emite, por ejemplo, un animal que esté cargado con electricidad estática puede servirle a otro animal para cazarlo o huir de él. A pesar de este posible rol en las interacciones entre depredadores y presas, la detección de esta forma de electricidad ha sido muy poco estudiada en el ámbito de los animales terrestres, ya que excepto por una pequeña minoría, como el caso de los ornitorrincos, éstos no poseen órganos capaces de detectarla, a diferencia de animales marinos como los tiburones, que tienen órganos con células especializadas en la detección de campos eléctricos.

Para intentar determinar si la electricidad estática tiene un rol en las interacciones depredador-presa en animales terrestres, los investigadores Sam England y Daniel Robert de la Universidad de Bristol en el Reino Unido estudiaron una interacción bastante llamativa, las orugas de tres especies de mariposas europeas y uno de sus depredadores principales, las avispas. La interacción entre estos animales involucra la depredación, en que las avispas directamente cazan y se alimentan de las orugas y también una forma de parasitismo llamada parasitoidismo, en la cual una avispa pone sus huevos en la superficie o dentro del cuerpo de una oruga, para que cuando las larvas eclosionen se alimenten de ella.

El primer trabajo por realizar fue determinar si estos animales acumulan algún tipo de carga electrostática de manera natural. Para ello los investigadores utilizaron un electrodo en forma de anillo, el cual podía medir cargas eléctricas que pasaran a través de él, y lo ubicaron en la entrada de un nido de avispas en un bosque cercano. Esto les permitió medir la carga electrostática de 612 avispas mientras entraban y salían del nido. Al analizar los datos descubrieron que las avispas tienen una carga eléctrica no despreciable y comparable con otros animales terrestres. Por otro lado, cuando midieron la carga de las orugas, pasándolas manualmente por el anillo del sensor, descubrieron que, al contrario de las avispas, la carga de estos animales era cercana a cero. Esto puede deberse a que las avispas, durante el vuelo, se cargan con electricidad estática mediante la fricción contra el aire (efecto triboeléctrico), algo que también ocurre, por ejemplo, en los aviones, los que necesitan modificaciones especiales, como pintura y mechas antiestáticas en las alas para evitar descargas al aterrizar.

Además, utilizaron los valores obtenidos de estas mediciones para generar un modelo computacional de la fuerza de los campos eléctricos que producirían estas cargas, determinando que a distancias de centímetros el campo alcanzaba valores de varios miles de voltios, lo cual es común en el contexto de la estática, considerando que el voltaje asociado, por ejemplo, al chispazo doloroso después de cargarse con una alfombra es de alrededor de los 4000 voltios.

Ya que la fuerza del campo eléctrico es inversamente proporcional a la distancia entre las superficies cargadas, los investigadores consideraron el efecto que tendría el movimiento de las alas de la avispa sobre la fuerza del campo eléctrico que detectaría la oruga, ya que estas están constantemente acercándose y alejándose. A pesar de las pequeñas distancias en juego, es importante considerar que la intensidad del campo eléctrico disminuye según la distancia elevada al cuadrado, es decir que cada vez que se duplica la distancia, el campo eléctrico disminuye a un cuarto de su fuerza, amplificando de esta forma el rol que juega la distancia en esta interacción. La frecuencia del batido de las alas de las avispas es de 180 hercios (veces por segundo), la cual es similar a la de otras especies de insectos cazadores. Tomando esto en cuenta diseñaron un experimento en el cual las orugas serían expuestas mediante un electrodo a un campo eléctrico con las intensidades dadas por el modelo computacional y que además oscilaría a 180 hercios, los resultados se compararon a una situación control en la que el electrodo estaba desconectado de la fuente de voltaje y no producía ningún campo eléctrico.

Como es de esperarse por su anatomía y en general por su velocidad para responder, el espectro de respuestas que pueden demostrar las orugas frente a un depredador es bastante limitado. Es por esto que los investigadores tuvieron que adaptar los protocolos que utilizaron a las características de las especies que estaban estudiando y a comportamientos de defensa que ya estuviesen descritos previamente. Las pruebas fueron de dos tipos, en el primero, la oruga recibía una presión leve con una pinza que hacía que se enrollara, luego era posicionada bajo un electrodo esférico que emitía el pulso de prueba y se medía el tiempo que tardaba en desenrollarse y comenzar a caminar para alejarse del electrodo. En el segundo, se posicionaba a la oruga para que subiese por una vara, con los electrodos, que correspondían a dos placas paralelas, posicionados hacia la punta. Al emitir el pulso se medía el movimiento de la oruga y si intentaba morder el electrodo.

Al ser expuestas al campo eléctrico, las orugas del primer grupo se demoraron menos en desenrollarse y comenzaron a alejarse más rápido del electrodo cuando este estaba encendido, mientras que las del segundo grupo mostraron mayor agitación cuando se encendía el electrodo, además de que lo mordían, algo que no hacían si este no estaba encendido. Estos resultados demostraron que bastaba con exponer a las orugas a un campo eléctrico similar al generado por una avispa acercándose para producir una respuesta defensiva. Si estos animales, como se mencionó al principio, no poseen órganos especializados para sentir campos eléctricos, ¿cómo entonces las orugas eran capaces de detectar el campo eléctrico emitido por los electrodos durante los experimentos?

Los artrópodos, grupo al que pertenecen tanto las orugas como las avispas, están recubiertos por un exoesqueleto duro, lo cual pone una barrera para medir las características del entorno, por ello poseen aberturas microscópicas en sus exoesqueletos, las que exponen una variedad de estructuras sensoriales. En el caso de las orugas, los investigadores utilizaron microscopía electrónica de barrido, la que permite observar detalles muy finos de la superficie del animal, y descubrieron un conjunto de 8 tipos de “pelos” especializados, llamados setas, que se encuentran unidos a la superficie del animal mediante una articulación que actúa de pivote y les permite moverse. Estos pelos entonces pueden actuar como mecanorreceptores, es decir, son capaces de sentir movimiento, entregando información como la velocidad del viento, el contacto con objetos, las vibraciones de las superficies donde se mueven y el sonido. ¿Podrían entonces estas setas mecanorreceptoras ser capaces de responder mediante su movimiento al campo eléctrico de una avispa, de la misma forma que nuestro pelo puede moverse debido al campo eléctrico de un globo cargado con estática?

Para estudiar esto los investigadores utilizaron una técnica llamada vibrometría láser Doppler, en la cual se apunta un láser a una de las pequeñas setas en la superficie de la oruga para detectar la frecuencia y velocidad de la vibración midiendo el cambio en las características de la luz que se refleja en ellas. Con esta técnica determinaron dos cosas respecto a las setas, primero que en efecto vibraban en respuesta a la estimulación con el campo eléctrico, y segundo que esta vibración era al doble de la frecuencia del cambio en el campo eléctrico. Esto último señala que la vibración se produce no porque las setas estén previamente cargadas con estática, sino que el campo generado por las alas de las avispas produce un fenómeno de inducción, en el cual la exposición a un campo eléctrico atrae o repele electrones en la superficie de un material, haciendo que este se acerque o aleje del campo que lo induce. Además, cambiando la frecuencia de estimulación descubrieron que la respuesta más intensa de las setas se encuentra entre los 50 a 350 hercios, un rango en el que se encuentran la mayoría de las frecuencias de batido de alas de los insectos.

Antes de este estudio, este tipo de interacción entre depredador y presa involucrando detección de campos eléctricos no había sido observada en animales terrestres. Además, dado que las setas de las orugas son comunes a todos los artrópodos, y que existen otros ejemplos de detección de campos electromagnéticos en estos animales, este tipo de interacciones pueden ser comunes a todos ellos.

Esto tiene implicancias muy importantes desde el punto de vista de la conservación de especies animales, ya que abre una nueva posibilidad de impacto humano en los ecosistemas y específicamente en artrópodos, el grupo de animales más común del planeta. Es de especial nota el hecho de que la frecuencia de respuesta de las setas se encuentra entre los 50 a 350 hercios, ya que las vías de transmisión eléctrica operan en estos rangos, por ejemplo, a 50 hercios en Chile y 60 hercios en los Estados Unidos. Además, existe evidencia de que sonidos en el rango de frecuencias estudiado en esta publicación científica, que producen el mismo efecto al hacer vibrar las setas, hacen que las orugas coman menos y muestren señales de estrés. Cuáles serán entonces los efectos de esta posible contaminación eléctrica sobre el desarrollo de estas y otras especies, es una pregunta que ciertamente requerirá mayor estudio y puede llevarnos a reformular parte de nuestras políticas medioambientales en un futuro cercano.

Artículo original:

Prey can detect predators via electroreception in air.

*Este artículo surge del convenio con el Centro Interdisciplinario de Neurociencia de la Universidad de Valparaíso (CINV).