El impacto de la contaminación en los diálogos de la naturaleza / Revista Elementos BUAP

Las plantas y los insectos juegan un papel importante en nuestro planeta, ya que ofrecen beneficios para los ecosistemas como la polinización, el reciclaje de nutrientes o el control de plagas. Adicionalmente, tienen una influencia enorme en la economía, la salud humana y los recursos naturales. Tanto los insectos como las plantas se comunican mediante un lenguaje invisible que utiliza sustancias químicas para transmitir información. A estas moléculas se les conoce como semioquímicos, entre las que se encuentran las feromonas y los aleloquímicos (Alavez-Rosas et al., 2023). Las feromonas modifican el comportamiento en organismos de la misma especie, son intraespecíficas. Pueden clasificarse de acuerdo a la función que tienen; por ejemplo, feromonas sexuales, de agregación, de alarma, etcétera. Por otra parte, los aleloquímicos tienen efecto entre especies, son interespecíficos. Existen aquellos que benefician al emisor y al receptor (sinomonas), los que solo benefician al emisor (alomonas), y los que solo benefician al receptor (kairomonas).

     Esta hermosa sinfonía química puede ser apreciada cuando vemos cómo las hormigas siguen el rastro de sus compañeras, ya que utilizan una feromona que les ayuda a no perder la pista de regreso al nido. Las plantas también se comunican, incluso con otras especies, utilizando aleloquímicos. Por ejemplo, cuando el gusano cogollero del maíz ataca a una planta, esta libera ciertas moléculas que atraen a una avispa, la cual parasita al gusano, disminuyendo así el daño a la planta (Roque-Romero et al., 2020). A esto se le conoce como una interacción tritrófica, ya que se refiere a la relación entre tres niveles tróficos que involucran a un productor (la planta de maíz), un herbívoro (el gusano) y un depredador (la avispa). Las interacciones tritróficas son esenciales para regular poblaciones, transferir energía, fomentar la biodiversidad, reciclar nutrientes y aumentar la resiliencia de los ecosistemas.

     Muchos de los semioquímicos que permiten la comunicación química en la naturaleza son compuestos orgánicos volátiles (COVs) y se transmiten por el aire. Los COVs pueden recorrer cientos de metros desde su fuente y ser detectables en concentraciones de solo unas pocas partes por mil millones por las plantas e insectos. Estas señales desempeñan un papel crucial en las interacciones ecológicas, pero son susceptibles a las perturbaciones provocadas por la contaminación del aire. En masas de aire contaminadas, su capacidad de viaje se reduce, ya que las señales pueden descomponerse rápidamente debido a reacciones químicas con los contaminantes, lo que les hace perder su especificidad (McFrederick et al., 2009). Las actividades humanas relacionadas con la producción de energía, transporte, agricultura e industria, han resultado en la emisión de numerosas sustancias químicas a la atmósfera, muchas de las cuales son tóxicas o producen compuestos nocivos al quedar expuestas a la radiación ultravioleta. Los contaminantes más comunes son ozono (O₃), dióxido de carbono (CO₂), radicales nitrato (NO₃) y otros aerosoles orgánicos. En el ambiente, estos compuestos reaccionan con los semioquímicos, formando nuevas sustancias que alteran la comunicación e interacción de insectos y plantas, lo cual representa un grave peligro ambiental debido a su impacto en los organismos y en el ecosistema. Los contaminantes del aire como el ozono (O₃) y los radicales nitrato (NO₃), son oxidantes que degradan los dobles enlaces carbono-carbono presentes en los COVs responsables de los aromas florales, y en feromonas de muchas especies, haciendo que las moléculas se descompongan (Jiang et al., 2023). Esto ocasiona que la señal química específica deje de funcionar, lo cual causa un impacto negativo en las redes tróficas y en la aptitud de la planta o insecto (Chan et al., 2024).

EL OZONO DESTRUYE LOS MENSAJES QUÍMICOS

El ozono es un componente natural de la atmósfera, que forma una capa protectora que limita el ingreso de radiación ultravioleta proveniente del Sol. Sin embargo, a nivel de la superficie, el ozono se convierte en un contaminante del aire. Las actividades humanas, como el uso de combustibles fósiles en la industria y en el transporte, generan concentraciones elevadas de ozono. Esta molécula actúa como un oxidante para los compuestos volátiles. La adición de O₃ a los dobles enlaces carbono-carbono, presentes en muchos semioquímicos, resulta en la formación de moléculas inestables que se descomponen muy rápidamente (Madronich et al., 2023). Esta reacción química se conoce como ozonólisis, y cuando ocurre, el O₃ ataca los dobles enlaces provocando una ruptura de la cadena de carbono que resulta en la formación de productos oxigenados, como aldehídos, cetonas y ácidos carboxílicos. En otras palabras, el ozono rompe los enlaces dobles y transforma la molécula en nuevos compuestos, cada uno con sus propias características químicas, diferentes a la molécula original.

     Generalmente, las feromonas de insectos contienen dobles enlaces en su estructura química, lo cual las hace susceptibles al ozono. Si una feromona se descompone debido al ozono, genera cambios negativos en la comunicación y el éxito reproductivo de muchos insectos. Por ejemplo, las palomillas hembras que emiten una feromona sexual para atraer a los machos; o los machos de las mariposas monarca que emiten una feromona para atraer a las hembras (Figura 1). Además, se ha reportado que los terpenos y terpenoides (semioquímicos de las plantas) también sufren cambios en su estructura química al entrar en contacto con el O₃, lo cual genera un impacto negativo en la comunicación de las plantas con otras plantas o con insectos. Adicionalmente, el O₃ tiene la capacidad de bloquear las neuronas receptoras olfativas que se encuentran en las antenas de los insectos (McFrederick et al., 2009), lo cual complica la detección de los semioquímicos por el propio insecto e interfiere en la localización de alimento, pareja, sitios de oviposición, refugio, etcétera. En resumen, el ozono, al destruir los semioquímicos, produce la alteración de las interacciones entre plantas y polinizadores, herbívoros y sus enemigos naturales (interrumpiendo las cadenas tróficas), causa perturbaciones en el sistema planta-insecto y amenaza funciones clave en los ecosistemas. Por ejemplo, la disminución en la polinización puede llevar a una menor producción de semillas y frutos, lo que afectaría la disponibilidad de alimento para otros organismos, como aves y mamíferos.

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