Tópicos en Ecofisiología de Insectos

DBBE-FCEN-UBA

2016

Schilman (2007). Ciencia Hoy. 17 (100): 40-45.

Intercambio gaseoso en insectos

Schilman, PE (2007). Ciencia Hoy. 17 (100): 40-45.

Fases o períodos de la respiración discontinua

• C (closed) no hay intercambio gaseoso con el medio. Consume O2 de las traqueas y CO2 producido respiración celular es mayormente absorbido por bicarbonato y proteínas de hemolinfa (disminuye presión)

• F (flutter) entra aire a las traqueas por diferencia de presiones

• O (open) cuando se llega a un determinado valor de CO2 se abren los espiráculos

Orígenes evolutivos de la respiración discontinua en insectos y sus posibles

consecuencias

Hipótesis sobre la evolución del intercambio gaseoso continuo o discontinuo en insectos.

• Evitar la perdida de agua (Hydric hypothesis; Buck, 1953)

• Mejorar intercambio gaseoso (Chthonic and Chthonic-Hygric hypoythesis; Lighton & Berrigan, 1995)

• Evitar daño oxidativo (Oxidative damage hypothesis; Bradley, 2000; Hetz & Bradley, 2005)

• Propiedades emergentes (Emergent property hypothesis; Chown & Holter, 2000)

• Evitar entrada de patógenos (Strolling arthropods hypothesis; Miller, 1974)

Lighton, JRB & Turner R (2008) J Exp Biol;211:563-567

The effect of gradual hypoxia on an alate Camponotus vicinus ant,

Resultados contrarios a la hipotesis #1)

Evitar la perdida de agua

(Hydric hypothesis; Buck, 1953)

Pregunta de los autores

•Evitar daño oxidativo (Oxidative damage hypothesis; Bradley, 2000; Hetz & Bradley, 2005)

Por que algunos insectos muestran respiración discontinua y otros no?

La respiración discontinua serviría para limitar la exposición del insecto al oxígeno y su toxicidad o daño a altas concentraciones

Hipotesis de los autores

Razonamiento de la Hipótesis

• Comparación de los valores de Po O2 kPa en espiráculos abiertos y niveles normales

– Completamente abierto = 19 kPa O2

– Tendría que ser cercano a 5 kPa

• El oxigeno es toxico

– Resultados de daño oxidativo

– Drosophilas con overexpression de enzimas anti-oxidantes como las Catalasas viven mas

– Daño oxidativo aumento con el aumento de la concentración de oxigeno (Ej. mosca de la fruta)

Metodos • Polilla Attacus atlas

• Colocando tubos en dos espiraculos, midieron presiones parciales de CO2 y de O2 dentro del sistema respiratorio

Respiración discontinua

Ahearn (1970) J Exp Biol; 53: 573-595

Schilman, Kaiser & Lighton (2008) J Insect Physiol; 54: 192-203

Escarabajo Eleodes obscura

• Permeabilidad cuticular mas baja medida en un insecto por respirometría de flujo abierto

• No muestra respiración discontinua (RD)

• Describimos la coordinación temporal entre el intercambio gaseoso, perdida de agua, volumen del espacio subelitral y el estado de la apertura pigidial (indicativo de intercambio de gases con el medio)

Ganancia de agua

• Alimento (contenido de agua de alimentos de insectos varía de 2% en semillas a 99% en savia)

• Tomar agua (niebla en desierto importante)

• Metabolismo (abejas volando, alto metabolismo gran producción de agua metabólica)

• Absorción de vapor de agua (extraen agua de atmósfera no saturada con estructuras orales (ej. garrapata) o rectales (larvas Tenebrio molitor)

Resistencia a la desecación • A nivel de organismo, en gral. por tres formas:

– Aumentar contenido de agua del cuerpo

– Reducir las tasas de pérdida de agua

– Tolerar perder mayor cantidad de agua

• Cada una integra medidas de procesos fisiológicos múltiples (ej. pérdida de agua a través de la cutícula, respiración y excreción)

• Los costos de regulación fisiológica se pueden reducir en forma comportamental (ej. evitando lugares de alta pérdida de agua)

Medición estándar de resistencia a la desecación

• Registrar cambio de masa en insectos mantenidos en condiciones de sequedad

• En gral. agua metabólica despreciable

• Medidas útiles:

• Contenido total de agua

• Máxima cantidad de agua perdida antes de morir

• Tiempo hasta máxima cantidad de agua perdida

• Tasa de pérdida de agua

Perdida de agua a través de la cutícula (cuticular)

Excreción

Enfriamiento por

evaporación

Grooming Perdida de agua a través de los

espiráculos (respiratoria)

Schilman (2007). Ciencia Hoy. 17 (100): 40-45.

The hyperoxic switch

The regression method

• Graficar WLR en función de CO2

• Extrapolación a la intercepción estimado de CWL (sin el componente respiratorio)

• Pendiente estima costo hídrico del intercambio gaseoso

1 Torr = 0.999999857533699... mmHg 1 mmHg = 1.000000142466321... Torr

Presión de vapor de agua

Es la presión a la cual el vapor de agua esta saturado. A presiones mayores el agua condensa. Es la presión parcial de vapor de agua en cualquier mezcla de gases saturada en agua. Es función de la temperatura y puede determinarse por la relación de Clausius-Clapeyron.

Resumen cálculos

• Medida de tasa de pérdida de agua (ej. µL h-1)

• Estimar superficie del insecto (ej. cm2)

• Calcular presión de vapor de agua (Torr)

• Dividir WLR por superficie y por presión de agua Gross CP en µL h-1 cm-2 Torr-1

• Si se utiliza sólo el componente cuticular, Corrected CP