Vol. 24, núm. 4 julio-agosto 2023

Historias de un viejo lobo de mar

Lili Pelayo González, Luis M. Burciaga Cifuentes y Claudia J. Hernández Camacho Cita

Resumen

La historia de vida de los machos de lobo marino de California es resultado de desafíos y adaptaciones que han pasado a través de miles de generaciones. Aunque aún hay muchas incógnitas, ha sido posible rastrear y detallar determinados comportamientos y plantear nuevas hipótesis sobre sus estrategias de vida. Por ejemplo, ahora sabemos que los machos permanecen con su madre durante el primer año. Posteriormente, ya como jóvenes independientes, suelen migrar y habitar otras islas para mejorar sus estrategias para cazar. Al alcanzar la etapa subadulta, siguen siendo inmaduros sexualmente, pero ya realizan sus primeros intentos para reproducirse. Es en la etapa adulta cuando se enfrentan con otros machos para conseguir su territorio reproductivo. Aunque la reproducción se ha establecido como el fin último de esta estrategia de vida, es posible que los machos estén combatiendo para permanecer en la colonia donde se encuentran sus familias de varias generaciones. Estos resultados e hipótesis han sido reconocidos en planes de conservación y manejo de la especie en México.
Palabras clave: lobo marino de California, comportamiento reproductivo, ecoturismo sustentable, Zalophus californianus.

Tales of an old sea lion

Abstract

The life history of male California sea lions is the result of challenges and adaptations that have been passed down through thousands of generations. Although there remain many questions, we have been able to track and detail certain behaviors at their different life stages and to propose new hypotheses about their life strategies. For example, we now know that males remain with their mothers during their first year. Later, when they are young and later as independent juveniles, often migrate and inhabit other islands to improve their hunting strategies. Upon reaching the subadult stage, they are still sexually immature but already making their first attempts to reproduce. It is in the adult stage when they confront other males to claim their reproductive territory. Although studies have established reproduction as their ultimate life strategy goal, it is possible that males also fight to remain in the colony where several generations of their families lived. These results and hypotheses have been taken into account in conservation and management plans for the species in Mexico.
Keywords: California sea lion, reproductive behavior, sustainable ecotourism, Zalophus californianus.

Introducción

El lobo marino de California (Zalophus californianus) es una especie emblemática del Pacífico nororiental debido a que ha habitado sus costas por más de diez millones de años y mantenido en equilibrio la dinámica de su ecosistema. Además, esta especie, por su carisma, se ha convertido en un atractivo turístico en vida libre, por lo que representa un sustento económico para ciertas localidades humanas.

A pesar de ser una especie muy estudiada y conocida, los detalles sobre su comportamiento son escasos y, por ende, poco considerados para su conservación y planeación turística. En particular, ha sido un desafío documentar la historia de vida de los machos de lobo marino de California, porque, a diferencia de las hembras, ellos tienen un mayor rango de dispersión en el océano. Asimismo, su tasa de mortalidad es alta, al estar más expuestos a amenazas (depredadores, enmalle en redes de pesca, contaminantes, entre otros) y sólo es durante la temporada de reproducción (junio-agosto) cuando regresan a las colonias y permanecen en tierra durante algunas semanas (García-Aguilar y Aurioles-Gamboa, 2003).

Las colonias de reproducción de esta especie en México se localizan en la costa occidental de la península de Baja California y dentro del golfo de California (ver figura 1). Estas colonias han experimentado un declive poblacional importante (alrededor de 53%) debido a los eventos de calentamiento marino que modifican la disponibilidad de presas para estos animales (Pelayo-González et al., 2020; Hernández-Camacho et al., 2021). Sin embargo, ciertas colonias han sido resilientes (capacidad de adaptación ante un agente o situación adverso) y se han mantenido en buen estado, por lo que se han convertido en el escenario ideal para estudiar el comportamiento de los machos, y ser una referencia importante de poblaciones saludables ante las condiciones actuales de calentamiento global.

Psittacanthus calyculatus y Psittacanthus auriculatus. Crédito: María José Pérez-Crespo.

Figura 1. Colonias de reproducción de lobo marino de California en México.
Crédito: elaboración propia.

El lobo marino de California: más que un simple amor de verano

Todos los veranos en las islas, islotes y playas donde se asientan las colonias de lobos marinos, nacen centenas de crías con un tamaño aproximado de 70 cm y 5 kg de peso. Estos recién nacidos permanecen en tierra con sus madres para alimentarse de su leche y relacionarse con las demás crías durante varios días (ver figura 2). Después de que han ocurrido los partos, las hembras adultas se sincronizan y están sexualmente disponibles para el apareamiento. Es por eso que en las colonias se suelen ver machos adultos cuidando su territorio y delimitando a cierto número de hembras para tener acceso a ellas. Una vez llevado a cabo el apareamiento, los machos dejan las colonias y el cuidado de las crías se torna en una tarea exclusiva de las hembras (García-Aguilar y Aurioles-Gamboa, 2003).

Psittacanthus calyculatus y Psittacanthus auriculatus. Crédito: María José Pérez-Crespo.

Figura 2. Ciclo de vida de los machos de lobo marino de California.
Crédito: elaboración propia.

Después de algunos días, las hembras deben despegarse de sus crías para adentrarse en el mar en busca de alimento. Durante este período de ausencia de las madres, las crías de la colonia suelen formar grupos para interactuar y jugar en las pozas de marea. En cuanto regresan las madres, éstas comienzan a producir ciertas vocalizaciones para llamar a sus crías y continuar con la lactancia. Al término del verano, las crías ya han crecido lo suficiente para empezar a realizar sus primeras inmersiones en el mar y desarrollar sus habilidades en el buceo, lo cual les permitirá volverse buenos cazadores y no depender de la leche materna durante su etapa juvenil (Hernández-Camacho et al., 2021).

La juventud para explorar

La etapa juvenil en los lobos marinos suele comenzar con el destete (las crías ya no se alimentan de la leche materna y comienzan a cazar), aproximadamente al cumplir el primer año de edad. En particular, los machos juveniles que son sexualmente inmaduros suelen ser muy inquietos y empiezan a realizar sus primeros viajes a otras islas lejanas de la colonia donde nacieron, ausentándose cada vez por más tiempo. Este mayor rango de dispersión observado en los machos juveniles ocasiona que se expongan a mayores riesgos como son el encontrarse con depredadores o quedar atrapados en redes de pesca. Durante esta etapa, que suele durar alrededor de cuatro años, van perfeccionando sus técnicas para cazar, van aumentando su tamaño corporal (alrededor de 40 kg y talla de 1 a 1.3 m) y la coloración de su pelaje se torna grisácea (ver figura 2).

Subadultos: juntos, pero no revueltos

Entre los cinco y ocho años los lobos marinos de California comienzan la etapa de subadulto, la cual se diferencia de la etapa juvenil porque los machos ya han adquirido un mayor tamaño (talla entre 1.5 y 2 m), su coloración se ha tornado más oscura y se ha empezado a desarrollar su cresta sagital (protuberancia ósea en la cima de la cabeza que está ligada a los músculos masticadores para proveerle mayor fuerza a la mordida), la cual es una característica única de los machos (ver figura 3).

Psittacanthus calyculatus y Psittacanthus auriculatus. Crédito: María José Pérez-Crespo.

Figura 3. Diferencia en la forma de la cabeza entre hembras y machos adultos.
Crédito: elaboración propia.

Los machos subadultos suelen encontrarse con más machos de distintas edades en islas denominadas colonias de descanso, en las que permanecen durante el verano para viajar a las islas de reproducción (en su lugar de nacimiento o colonias aledañas) donde se concentran las hembras, y tener sus primeras oportunidades para aparearse (Aurioles-Gamboa et al., 1983). Se piensa que los machos pelean por un territorio en el que hay hembras adultas disponibles para aparearse.

Los subadultos tienen pocas probabilidades de aparearse en comparación con los machos adultos, ya que suelen tener menor fuerza y experiencia; sin embargo, en esta etapa adquieren habilidad y se preparan para la adultez. Estudios genéticos han revelado que las crías no siempre son descendencia del macho territorial, por lo que es posible que las hembras se apareen con otros machos adultos o subadultos durante sus viajes de alimentación (Flatz et al., 2012).

Machos territoriales: el tamaño importa

Los machos adultos son lobos marinos sexualmente maduros con más de nueve años de edad. Su coloración puede ser café oscura o negra, tienen un cuello muy grueso y la cresta sagital completamente desarrollada y prominente, con coloración más clara que el resto del cuerpo (ver figuras 2 y 3). Estos animales suelen pesar entre 200 y 300 kg, y llegan a medir alrededor de 2.5 m (Aurioles-Gamboa y Hernández-Camacho, 2015).

Los machos pelean por un territorio reproductivo que, en la mayoría de las ocasiones, ya está ocupado por otro macho adulto. Los machos deben lucir atractivos para que las hembras los elijan, y al mismo tiempo, dominantes para intimidar a los otros competidores, por lo que pasan el día vocalizando, patrullando y sacando de los territorios a machos subadultos o adultos que se atreven a invadir sus territorios. En éstos se encuentran hembras adultas, juveniles y crías recién nacidas, con espacio disponible para la lactancia y el descanso, así como con pozas de marea donde juegan las crías (ver figura 4).

Psittacanthus calyculatus y Psittacanthus auriculatus. Crédito: María José Pérez-Crespo.

Figura 4. Machos adultos compitiendo por el territorio reproductivo.
Crédito: elaboración propia.

De acuerdo con la teoría de los sistemas de apareamiento, el territorio es importante porque el macho que lo defiende se apareará con las hembras que lo están ocupando y sus genes pasarán a las siguientes generaciones. Aparentemente, los machos de mayor talla poseerán los territorios más grandes y con más hembras. Estos lugares serán los mejores y los que buscarán los demás machos para competir. Sin embargo, se han planteado nuevas hipótesis basadas en análisis genéticos, en las que los machos territoriales están defendiendo a las hembras con las que están emparentados, ya que nacieron en esa colonia y es posible que estén cuidando a sus familias de varias generaciones (Flatz et al., 2012).

Al terminar cada temporada reproductiva, los machos adultos realizan migraciones de alrededor de 2000 km en busca de alimento para recuperar la energía invertida en la defensa de territorios y el apareamiento (Gearin et al., 2017). Las peleas por la defensa de los territorios los estresa y debilita. Esto junto con la dispersión durante la etapa juvenil y las migraciones anuales en la etapa adulta y subadulta provocan la muerte de muchos machos de lobo marino. De todos los machos que nacen en cada temporada reproductiva, solo entre 10 y 15% alcanza la etapa de la vejez (15-16 años), mientras que 90% de las hembras llegan a esta etapa (Hernández-Camacho et al., 2008).

La alianza entre la ciencia del comportamiento y la planeación turística

En México, las actividades turísticas con lobos marinos en vida libre consisten en observarlos y nadar con ellos. El sitio más importante para realizar estas actividades es la colonia Los Islotes, en La Paz, Baja California Sur, al sur del golfo de California. Normalmente, los lobos marinos ya están habituados a la presencia humana; sin embargo, durante el verano ha sido necesario suspender las actividades acuáticas para no generar estrés en los lobos marinos y para no interrumpir comportamientos críticos de la reproducción y el cuidado materno (ver figura 5; Labrada-Martagón et al., 2005; Hernández-Camacho et al., 2020).

Psittacanthus calyculatus y Psittacanthus auriculatus. Crédito: María José Pérez-Crespo.

Figura 5. Actividades turísticas en la colonia reproductiva de lobo marino de California, Los Islotes, Baja California Sur.
Crédito: elaboración propia.

Durante la época reproductiva, cuando los machos se establecen, pelean por sus territorios y copulan, las colonias reproductivas de lobos marinos alcanzan su máxima densidad poblacional. Es por ello que los machos en esta época son más agresivos y activos, y suelen observarse peleas entre ellos en los territorios terrestres y acuáticos, produciendo remolinos. Debido a este comportamiento, el nado con lobos marinos durante su reproducción se ha suspendido en Los Islotes para evitar accidentes, sin embargo, es la oportunidad ideal para presenciar comportamientos íntimos como la lactancia, la defensa de territorios y las interacciones entre las crías recién nacidas (Hernández-Camacho et al. 2020).

Conclusiones

El comportamiento de los machos de lobo marino de California ha sido estudiado por muchas décadas tanto en Estados Unidos como en México, y se piensa que sus estrategias de vida son uniformes en todo su rango de distribución. Sin embargo, investigaciones recientes y más detalladas, así como la aplicación de nuevas herramientas (p. ej. genéticas), han permitido establecer nuevas hipótesis sobre su comportamiento reproductivo.

La historia de vida de los machos es sólo una pieza más del rompecabezas dinámico que enfrentan las poblaciones en un océano cambiante y acelerado por el calentamiento global. En el comportamiento animal podemos encontrar respuestas y generar alternativas para recuperar poblaciones de lobo marino de California, ya que éstos son un reflejo de la suma de las interacciones entre seres vivos y su ambiente.

Gracias a los estudios poblacionales, ecológicos y de comportamiento, ha sido posible mejorar las estrategias de manejo de la especie, al favorecer un turismo basado en la observación y no en el contacto directo con los animales.

Agradecimientos

Agradecemos el apoyo y financiamiento del Instituto Politécnico Nacional (ipn) y de la Comisión Nacional de Áreas Naturales Protegidas (conanp). Agradecemos a los estudiantes y voluntarios del Laboratorio de Ecología de Pinnípedos “Burney J. Le Boeuf” del cicimar-ipn y a los capitanes de embarcación que han apoyado las investigaciones por más de treinta años.

Referencias

  • Aurioles-Gamboa, D., y Hernández-Camacho, J. (2015). Californian Sea Lion. The iucn red list of threatened species. https://tinyurl.com/5etxrb49
  • Aurioles, D., Sinsel, F., Fox, C., Alvarado, E., y Maravilla, O. (1983). Winter migration of subadult male California sea lions (Zalophus californianus) in the southern part of Baja California. Journal of Mammalogy, 64(3), 513-518. https://doi.org/10.2307/1380369
  • Flatz, R., González-Suárez, M., Young, J. K., Hernánde-Camacho, C. J., Immel, A. J., y Gerber, L. R. (2012). Weak polygyny in California sea lions and the potential for alternative mating tactics. PLoS One, 7(3), e33654. https://doi.org/10.1371/journal.%20pone.0033654
  • García-Aguilar, M. C., y Aurioles-Gamboa, D. (2003). Breeding season of the California sea lion (Zalophus californianus) in the Gulf of California, Mexico. Aquatic Mammals, 29(1), 67-76. https://tinyurl.com/4h4p4fu4
  • Gearin, P. J., Melin, S. R., DeLong, R. L., Gosho, M. E., y Jeffries, S. (2017). Migration patterns of adult male California sea lions (Zalophus californianus) [NOAA Technical Memorandum NMFS-AFSC-346]. U.S. Dep. Commer., NOAA Tech. https://doi.org/10.7289/v5/tm-afsc-346
  • Hernández-Camacho, C. J., Aurioles-Gamboa, D., Laake, J., y Gerber, L. R. (2008). Survival rates of the California sea lion, Zalophus californianus, in Mexico. Journal of Mammalogy, 89(4), 1059-1066. https://doi.org/10.1644/07-MAMM-A-404.1
  • Hernández-Camacho, C. J., González-López, I., Pelayo-González, L., Aurioles-Gamboa, D., López-Greene, E., y Rosas-Hernández, M. P. (2020). Effective management of the National Park Espíritu Santo, through the governance, planning, and design of an integral strategy for Los Islotes. InSocio-ecological Studies in Natural Protected Areas (pp. 679-704). Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-030-47264-1_33
  • Hernández-Camacho, C. J., Pelayo-González, L., y Rosas-Hernández, M. P. (2021). California Sea Lion (Zalophus californianus, Lesson 1828). En A. Ortega-Rubio (Ed.), Ecology and Conservation of Pinnipeds in Latin America (pp. 119-143). Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-030-63177-2_7
  • Labrada-Martagón, V., Aurioles-Gamboa, D., y Martínez-Díaz, S. F. (2005). Natural and human disturbance in a rookery of the California sea lion (Zalophus californianus californianus) in the Gulf of California, Mexico. Latin American Journal of Aquatic Mammals, 175-185. https://doi.org/10.5597/lajam00080
  • Pelayo-González, L., Hernández-Camacho, C. J., Aurioles-Gamboa, D., Gallo-Reynoso, J. P., Barba-Acuña, I. D., Godínez-Reyes, C., Ramírez-Delgado, D., Ávalos-Téllez, R., Rubio-Rodríguez, U., y Villalobos, H. (2021). Effect of environmental variables on the number of births at California sea lion (Zalophus californianus) rookeries throughout the Gulf of California, Mexico. Aquatic Conservation: Marine and Freshwater Ecosystems, 31(7), 1730-1748. https://doi.org/10.1002/aqc.3545


Recepción: 14/06/2022. Aceptación: 02/06/2023.

Vol. 24, núm. 4 julio-agosto 2023

Aceites esenciales al rescate en las prácticas agrícolas

Aurora Guadalupe Magallanes Vallejo, Ana Bertha López Oyama y Eugenio Rodríguez González Cita

Resumen

Los plaguicidas se utilizan en todo el mundo para asegurar el suministro de alimentos diarios y proteger la salud humana al prevenir la propagación de organismos transmisores de enfermedades. A pesar de sus beneficios, estas sustancias son perjudiciales para los seres vivos expuestos a pequeñas cantidades de manera regular, ya sea a través del consumo de alimentos contaminados o por una manipulación inadecuada de los productos utilizados en los hogares para el control de plagas. Además, la exposición prolongada a estos plaguicidas se ha relacionado con enfermedades crónicas y agudas, como el cáncer, enfermedades neurodegenerativas, respiratorias, reproductivas, trastornos del desarrollo y trastornos metabólicos. Actualmente, el desarrollo de plaguicidas menos tóxicos y biodegradables es un tema de gran importancia a nivel mundial. En este artículo se examina el papel de la naturaleza química de los plaguicidas, sus efectos debido a su uso excesivo y prolongado y se exprorara otras alternativas como los aceites esenciales que podrían reducir los impactos nocivos en el medio ambiente y la salud humana.
Palabras clave: plaguicidas, salud humana, alimentos contaminados, control de plagas, aceites esenciales.

Essential oils to the rescue in agricultural practices

Abstract

Pesticides are used worldwide to ensure the supply of daily food and protect human health by preventing the spread of disease-carrying organisms. Despite their benefits, these substances are harmful to living beings exposed to small amounts regularly, either through the consumption of contaminated food or improper handling of products used for pest control in households. Moreover, prolonged exposure to these pesticides has been associated with chronic and acute diseases such as cancer, neurodegenerative, respiratory, reproductive disorders, developmental disorders, and metabolic disorders. Currently, the development of less toxic and biodegradable pesticides is a matter of great importance globally. This article examines the role of the chemical nature of pesticides, their effects due to their excessive and prolonged use and discusses other alternatives such as essential oils that could reduce the harmful impacts on the environment and human health.
Keywords: pesticides, human health, contaminated food, pest control, essential oils.

Introducción

En la actualidad se utilizan distintas clases de sustancias para el control de plantas, animales, insectos, bacterias u hongos considerados como plagas1, tanto en los campos agrícolas como en nuestros hogares. A estas sustancias se les denominan plaguicidas y su uso es imprescindible para proveer de alimentos y proteger de enfermedades a los seres humanos (oms, 2022). Sin embargo, debido a sus características químicas y físicas, algunos de estos subproductos pueden permanecer en el medio ambiente durante largos periodos de tiempo, ya sean días o incluso años, difundiéndose a través del suelo, corrientes de aire y cuerpos de agua, como lagos, lagunas o ríos. Los plaguicidas no distinguen el organismo que van a combatir, al aplicarse pueden atacar tanto a organismos dañinos, como a otros que son benéficos para el correcto funcionamiento de los ecosistemas. Asimismo, afectan los procesos normales en las cadenas alimenticias, por ejemplo, modifican aspectos tales como tamaño de las poblaciones, depredadores y disponibilidad de alimentos (Ochoa et al., 2018).

El uso prolongado y desmedido de los plaguicidas, ha provocado en las poblaciones humanas intoxicaciones que van desde leves a agudas, por periodos cortos, a agudas, y están asociados con la aparición de enfermedades crónicas debido a la exposición continua (Parra-Arroyo et al., 2022). El contacto con plaguicidas no está restringido al área de su aplicación, sino que estos pueden permanecer en los alimentos, la ropa, el suelo, el agua y en la materia particulada que se encuentra en el aire, generando afectaciones a kilómetros de distancia del sitio donde fueron usados. Estos daños han originado la necesidad de producir materiales de innovación que puedan sustituirlos y, al mismo tiempo, que sean considerados como una alternativa menos tóxica y biodegradable.

¿Qué son los plaguicidas?

La Organización Mundial de la Salud (oms) los define como “compuestos químicos que se utilizan para matar plagas, como insectos, roedores, hongos y plantas no deseadas” (oms, 2020). Entre sus principales aplicaciones, se encuentra la disminución de las poblaciones de organismos considerados dañinos, permitiendo incrementar la cosecha de los productos agrícolas; sin embargo, a pesar de sus efectos tóxicos en la salud de seres humanos y animales, ayudan a controlar vectores de enfermedades al combatir la proliferación de organismos transmisores, por ejemplo, los mosquitos infectados con malaria. En el siguiente recurso digital, encontrarás más información relacionada con la transmisión de enfermedades ocasionadas por el grupo más diverso de animales invertebrados, conocidos como artrópodos. En la figura 1 se muestran algunos ejemplos de ellos.

Psittacanthus calyculatus y Psittacanthus auriculatus. Crédito: María José Pérez-Crespo.

Figura 1. Ejemplos de artrópodos que afectan a los cultivos: a) mosca de fruta, b) cochinilla algodonosa, c) pulgón amarillo, d) hormigas arrieras. Crédito: elaboración propia.

Un pesticida actúa sobre el organismo de la plaga de diferentes maneras. Se le conoce como sistémico, al mecanismo de acción de una sustancia química cuando es absorbido por plantas o animales y es ingerido por la plaga al alimentarse. Otro mecanismo es cuando sucede por contacto, tiene lugar cuando el agente entra en contacto con el cuerpo de la plaga provocando su muerte por envenenamiento; esto puede suceder incluso sin la absorción del plaguicida a través del tejido de plantas o animales. Por ejemplo, los que inducen un envenenamiento estomacal entran por la boca y llegan hasta el sistema digestivo, provocando una destrucción del intestino y la muerte (Parween, 2019). Otros tipos son conocidos como fumigantes, los cuales producen gases tóxicos después de su aplicación; cuando se encuentran en fase gaseosa es más fácil que entren al organismo a través del sistema respiratorio induciendo un proceso de envenenamiento y la muerte. Finalmente, tenemos a los repelentes, que consisten en sustancias que resultan desagradables para ciertos organismos alejándolos sin ocasionarles la muerte (Abubakar et al., 2020).

Uno de los plaguicidas más conocidos es el ddt (dicloro-difenil-tricloroetano), considerado un precursor de los plaguicidas modernos. Sus propiedades insecticidas fueron descubiertas en el año 1939, por el químico suizo Paul Müeller, quien fue galardonado con el Premio Nobel de medicina en el año 1948. Sin embargo, la bióloga marina y conservacionista estadounidense Rachel Carson, advirtió de los efectos negativos del uso del ddt en la publicación Primavera silenciosa en 1962. Sus esfuerzos condujeron a la prohibición del ddt en el año 1972 en Estados Unidos (Abubakar et al., 2020).

El ddt se empleó extensivamente para combatir a los mosquitos del género Anofeles, causantes de transmitir la malaria, sin embargo, el mosquito desarrolló resistencia al insecticida, provocando con ello un incremento en el número de enfermos. Los efectos negativos del ddt fueron rastreados a través de las cadenas alimenticias y se encontró que, al acumularse en los hábitats, podía alterar la genética de las especies, ocasionando que los daños superaran a los beneficios que la sustancia química brindaba en el combate de las plagas. En el siguiente enlace puedes conocer un poco más acerca de la relación entre la resistencia y los procesos de evolución por selección natural.

Clasificación de acuerdo con el organismo objetivo

Existe una clasficación de los plaguicidas basado en su estructura o fórmula química, características, función, plaga a la que se dirige y fuente de origen, entre otros aspectos. Estas sustancias se nombran de acuerdo con la efectividad que presentan hacia un organismo determinado y se le agrega el sufijo del latín –cida, que significa “matar”. De acuerdo con esto, un plaguicida que va dirigido a acabar con una plaga de ácaros se nombrará acaricida. En la tabla 1 se muestran algunos ejemplos de plaguicidas, el organismo al que van dirigidos y los nombres comerciales con los que se encuentran disponibles en el mercado.

Tabla 1. Clasificación de los plaguicidas de acuerdo con su organismo objetivo

Plaguicida Organismo objetivo Ejemplo de plaguicida
Herbicida Maleza Atrazina
Fungicida Hongos Azoxistrobina
Bactericida Bacterias Complejos de cobre
Insecticida Insectos Aldicarb
Acaricida Ácaros Bifonazol
Alguicida Algas Sulfato de cobre
Avicida Aves Avitrol
Larvicida Larvas Metopreno
Molusquicida Caracol Metaldehído
Nematicida Nematodos Aldicarb
Ovicidas Impide eclosión de huevos de insectos Benzoxazina
Piscicidas Peces Rotenona
Repelentes Insectos Metiocarb
Rodenticidas Roedores Warfarina
Termiticidas Termitas Fipronil
Viricidas Virus Escitovirina

Crédito: Abubakar et al., 2020.

Clasificación de acuerdo con su función

La clasficaión de los plaguicidas responde al mecanismo de acción para impedir la proliferación de las plagas, por ejemplo, los que estimulan o retardan el desarrollo de la plaga mediante reguladores de crecimiento. En la tabla 2, se muestran ejemplos de la relación que existe entre la función del plaguicida y la acción que llevan a cabo (Parween y Jan, 2019).

Tabla 2. Clasificación de los plaguicidas de acuerdo con su función

Acción Función Ejemplos
Disuasivos de la alimentación Impiden que un insecto u otra plaga se alimente. Azadirachta Indica (Árbol de Nim)
Disuasión del ovipositor Impide la puesta de huevos por parte de la hembra. Azadirachta indica (Árbol de Nim)
Repelentes Impide que la plaga se acerque a los cultivos. Aceites esenciales
Atrayentes Sustancia química que atrae a las plagas. Feromonas
Fumigantes Mediante la producción de un gas o vapor, elimina las plagas. Fosfina
Regulador del crecimiento de los insectos Interrumpe el crecimiento y el desarrollo de un insecto. Diflubenzurón
Sinérgico Aumenta la toxicidad de un plaguicida que no es tóxico por sí mismo para la plaga. Butóxido de piperonilo

Crédito: Abubakar et al., 2020.

Clasificación de acuerdo con su origen

Los plaguicidas pueden ser naturales o sintéticos (fabricados en un laboratorio), estos últimos a su vez se clasifican como orgánicos e inorgánicos. Los componentes que constituyen a los plaguicidas inorgánicos por lo general presentan estructuras químicas o fórmulas más sencillas, y son más solubles en agua que los de origen orgánico. Los pesticidas orgánicos se pueden agrupar en cuatro principales categorías: organoclorados, organofosforados, carbamatos y piretroides. En la figura 2, se muestran los conceptos relacionados con la clasificación de los plaguicidas de acuerdo con su origen.

Plaguicidas sintéticos

Los plaguicidas organoclorados son compuestos orgánicos que contienen átomos de cloro (símbolo Cl) en su estructura química, esto los convierte en sustancias altamente tóxicas que permanecen en el medio ambiente durante años; actúan sobre el sistema nervioso central de los organismos objetivo, provocando convulsiones y parálisis o la muerte (Abubakar et al., 2020; Parween y Jan, 2019; Urkude et al., 2019). Los organofosforados contienen al elemento químico fosforo (símbolo P) y son utilizados para controlar una gran cantidad de plagas, debido a que presentan un amplio espectro de acción, que los convierte en candidatos para ser utilizados en áreas agrícolas y veterinarias; actúan por envenenamiento estomacal, fumigación o por contacto, y atacan el sistema nervioso central provocando parálisis y después la muerte. Se consideran biodegradables ya que permanecen poco tiempo en el medio ambiente, pero debido a su alta toxicidad, el uso de algunos de ellos ha sido descontinuado (Parween y Jan, 2019).

Psittacanthus calyculatus y Psittacanthus auriculatus. Crédito: María José Pérez-Crespo.

Figura 2. Clasificación de los plaguicidas. Adaptado de Parween y Jan, 2019. Crédito: elaboración propia.

Los carbamatos son muy parecidos estructuralmente a los organofosforados. Su persistencia en el medio ambiente puede variar de semanas a meses y se emplean para afectar la transmisión de señales nerviosas en los organismos provocándoles la muerte. El modo de acción de los carbamatos es muy similar al de los organofosforados y puede inducir envenenamiento estomacal, por fumigación o por contacto (Abubakar et al., 2020; Parween y Jan, 2019).

Por último, los piretroides son moléculas sintéticas inspiradas en las piretrinas, moléculas presentes de forma natural en el extracto de ciertas plantas. La forma en que actúan sobre los microorganismos es atacando el sistema nervioso central de insectos y peces, aunque también atacan a mamíferos y aves en una menor proporción. Estas sustancias se degradan rápidamente por efecto de la luz, por ello su permanencia en el medio ambiente es baja, razón que permite a los piretroides ser utilizados en el combate de plagas en alimentos (Abubakar et al., 2020; Parween y Jan, 2019). La elevada toxicidad y baja biodegradabilidad de algunos pesticidas sintéticos de origen orgánico e inorgánico, ha generado la búsqueda de nuevas opciones amigables con el medio ambiente y la salud de los seres vivos no objetivo. En el siguiente enlace se muestra una alternativa para el control de plagas que disminuye los daños en el medio ambiente.

Plaguicidas naturales

Son un tipo de sustancias que se obtienen de fuentes naturales como plantas, animales y algunos elementos minerales. Son seguros para el medio ambiente y seres humanos debido a su baja toxicidad comparada con los plaguicidas sintéticos. Se pueden dividir en dos categorías, los bioquímicos (hormonas, enzimas, feromonas) y microbianos (virus, bacterias, hongos, protozoos, nematodos); estos plaguicidas pueden interrumpir los procesos naturales de crecimiento de artrópodos (Abubakar et al., 2020).

Plaguicidas de origen botánico

Las plantas producen moléculas que les permiten llevar a cabo funciones necesarias para su buen desarrollo y supervivencia, conocidos como metabolitos. Estos metabolitos se clasifican de acuerdo con las funciones que llevan a cabo y pueden ser primarios o secundarios. Los primarios (por ejemplo, aminoácidos, carbohidratos, lípidos y ácidos nucleicos) se relacionan con el crecimiento y la supervivencia y participan en procesos como respiración y la fotosíntesis. Por su parte, los metabolitos secundarios se relacionan con su desarrollo en el medio ambiente, como repeler depredadores, atraer insectos para el proceso de polinización, inhibición del proceso de germinación de semillas y el proceso de comunicación con otras plantas.

Los aceites esenciales son un ejemplo de metabolito secundario y se encuentran constituidos principalmente por un grupo de moléculas llamadas terpenos (figura 3), su extracción puede ser de distintas partes de la planta como las hojas, frutos, flores y cortezas (Castillo et al., s.f.). Estos aceites se evaporan con facilidad en el medio ambiente, presentan un olor que los caracteriza y otras propiedades, además son mezclas de una gran variedad de compuestos químicos capaces de combatir organismos como hongos o bacterias, además, también pueden presentar capacidad antioxidante.

Psittacanthus calyculatus y Psittacanthus auriculatus. Crédito: María José Pérez-Crespo.

Figura 3. Terpenos y algunos ejemplos de ellos. Crédito: elaboración propia.

Dichas sustancias representan una alternativa para el desarrollo de nuevos productos, para combatir la proliferación de microrganismos causantes de enfermedades en seres humanos, animales y plantas, favoreciendo su uso en distintas áreas de aplicación. En la industria de los alimentos, los aceites de tomillo, clavo y orégano han sido empleados para conservar productos cárnicos (Saeed et al., 2022); mientras que en el sector agrícola se ha utilizado el aceite de ajo como insecticida para el control del gorgojo castaño de la harina, en granos almacenados (Yang et al., 2009). En estudios recientes, los aceites esenciales de albahaca, Tanacetum argenteum Lamiaceae, y menta piperita presentaron propiedades insecticidas contra mosquitos y distintas plagas agrícolas (Elumalai et al., 2022). Por lo anterior, han sido propuestos como bio-pesticidas verdes en el combate de plagas. En las últimas décadas, se ha incrementado su uso debido a estas extraordinarias propiedades.

Conclusiones

Hoy en día los plaguicidas siguen siendo indispensables para el desarrollo de la sociedad debido a que mejoran los rendimientos de la producción agrícola y ayudan a combatir enfermedades transmitidas por determinados organismos; sin embargo, se ha demostrado que el uso desmedido de estas sustancias puede ser perjudicial para la salud de los seres humanos y animales, ocasionando desequilibrio en los ecosistemas. Actualmente, las investigaciones en el área giran en torno a la búsqueda constante de versiones menos tóxicas y con mejor biodegradación que los plaguicidas sintéticos. Los aceites esenciales, empleados desde la antigüedad en distintas áreas, son una opción poco nociva y amigable con el ambiente, haciéndolos viables como plaguicidas de origen botánico. El uso de estas alternativas de origen natural juega un papel importante en la disminución del uso de sustancias sintéticas adoptadas en la actualidad.

Referencias

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Recepción: 26/05/2022. Aceptación: 16/05/2023.

Vol. 24, núm. 4 julio-agosto 2023

Los hidroides: pequeños grandes viajeros

Cecilia Odette Carral Murrieta, Elisa Serviere Zaragoza, Alejandra Mazariegos Villarreal y María A. Mendoza-Becerril Cita

Resumen

En este artículo descubrirás el fascinante mundo de los hidroides, criaturas acuáticas con ciclos de vida únicos. Estos animales pertenecen al filo Cnidaria, grupo taxonómico dentro del cual encontramos corales, anémonas, medusas y sus pólipos. Una de sus características más sorprendentes es su habilidad para viajar largas distancias, gracias a una estructura llamada hidrorriza, que les permite fijarse a diversos sustratos, incluyendo algas y objetos flotantes. A medida que exploramos la vida de los hidroides, entenderemos cómo su presencia puede afectar a las especies nativas y a actividades humanas como la acuicultura y la infraestructura marina. Además, conoceremos los esfuerzos para controlar la propagación de hidroides invasores. Aunque hemos realizado avances en su estudio, aún hay mucho por descubrir sobre estos organismos acuáticos y su papel en los ecosistemas marinos. Prepárate para sumergirte en el mundo fascinante de los hidroides y desentrañar sus secretos
Palabras clave: cnidarios, dispersión, hidroides, macroalgas, pólipos.

Hydroids: Those little big wanderers

Abstract

In this article, you will discover the fascinating world of hydroids, aquatic creatures with unique life cycles. These animals are part of the phylum Cnidaria, a taxonomic group within which we find corals, anemones, jellyfish, and polyps. One of their most surprising characteristics is their ability to travel long distances, thanks to a structure known as hydrorhiza, which allows them to attach to various substrates, including algae and floating objects. As we explore the life of hydroids, we will understand how their presence can affect native species and human activities such as aquaculture and marine infrastructure. In addition, we will learn about the efforts to control the spreading of invasive hydroids. Although we have made progress in their study, there is still much to discover about these aquatic organisms and their role in marine ecosystems. Get ready to immerse yourself in the fascinating world of hydroids and unravel their secrets.
Keywords: cnidarians, dispersion, hydroids, macroalgae, polyps.

¿Qué son los hidroides?

Los hidroides son animales acuáticos pertenecientes a un grupo taxonómico conocido como Cnidaria, dentro del cual encontramos unas 3761 especies (WoRMS, 2023), las cuales comparten un plan básico de organización e incluyen corales, medusas y sus pólipos. Dentro de los cnidarios se encuentra un grupo llamado clase Hydrozoa, cuyo nombre proviene del griego hydra, serpiente acuática, y zoon, animal. Una característica interesante de los hidrozoos es que tienen ciclos de vida con alternancia de generaciones, lo que significa que podemos encontrarnos dos etapas de vida diferentes dentro de una misma especie: una etapa de pólipo y una etapa de medusa (Mills et al., 2007). A la etapa pólipo se le conoce como hidroide, es sésil y bentónica, es decir, vive fija a sustratos, mientras que la etapa medusa, conocida como hidromedusa, generalmente es planctónica y móvil, por lo que se mantiene flotando en la columna de agua (Mills et al., 2007). Sin embargo, en varias especies de hidrozoos una de las dos fases nunca se presenta en el ciclo de vida, por ejemplo, hay especies de pólipos que jamás producen medusas (Mills et al., 2007; ver figura 1). Tanto los hidroides como las hidromedusas producen larvas plánulas, que son muy importantes en la dispersión, puesto que nadan por cortos períodos de tiempo hasta fijarse a un sustrato y dar lugar a un nuevo hidroide o por el contrario se convierten en una hidromedusa (Sommer, 1992).

Psittacanthus calyculatus y Psittacanthus auriculatus. Crédito: María José Pérez-Crespo.

Figura 1. A) Los hidrozoos se pueden reproducir y generar hidroides o B) medusas.arrieras.
Crédito: C. Odette Carral-Murrieta.

La mayoría de los hidroides se mantienen fijos a sustratos, sin embargo, se conocen especies que pueden sobrevivir suspendidas en la columna de agua (por ejemplo, Clytia gracilis; Madin et al., 1996). También hay especies de hidroides que pueden vivir solitarias o formar colonias, es decir que se componen de un conjunto de individuos. En una colonia cada uno tiene una función en particular: algunos cazan o defienden (dactilozoides), otros digieren la comida (gastrozoides) y otros se reproducen (gonozoides) (Mills et al., 2007).

La formación de colonias es común en la mayor parte de las especies de hidrozoos (aproximadamente en el 60%) y está relacionada con su historia evolutiva. Los científicos han considerado que en animales marinos una ventaja de la colonialidad es el aumento de espacio que logran abarcar en las superficies en las que se establecen (Jackson, 1977). Asimismo, cuando un individuo se separa de la colonia, éste puede dar lugar a una colonia nueva, gracias la gran capacidad de regeneración que tienen estos organismos (Gili y Hughes, 1995).

Morfológicamente los hidroides tiene tres características principales: el hidrante, en el cual se encuentra una boca rodeada de tentáculos que le ayudan al animal a capturar presas para comerlas (ver figura 2). El hidrocaule en colonias erectas o pedicelo en colonias estolonales son estructuras parecidas al tallo de las plantas y sirven para mantener de pie al individuo o a la colonia. Por último, pero no menos importante, en los hidroides coloniales tenemos la hidrorriza, la cual es la “raíz” del hidroide, que parece una red y permite al hidroide fijarse en gran variedad de sustratos (Mills et al., 2007; ver figuras 2 y 3).

Psittacanthus calyculatus y Psittacanthus auriculatus. Crédito: María José Pérez-Crespo.

Figura 2. Apariencia general de los hidroides coloniales. El hidroide se compone principalmente del hidrante (con boca y tentáculos), el hidrocaule o pedicelo y la hidrorriza.
Crédito: C. Odette Carral-Murrieta.

Psittacanthus calyculatus y Psittacanthus auriculatus. Crédito: María José Pérez-Crespo.

Figura 3. Hidrozoo Obelia dichotoma. A) Colonia. B) Hidrocaule, C) Hidrante. Colonias de hasta 25 mm de altura. *La hidroteca es el exoesqueleto que cubre al hidrante.
Crédito: Alvaro E. Migotto, Cifonauta.

¿Cómo logran los hidroides vivir en tantas superficies?

Es gracias a la hidrorriza que podemos encontrar a los hidroides viviendo sobre otros seres vivos (por ejemplo, ascidias, briozoos, cirrípedos, esponjas, moluscos, poliquetos, otros cnidarios, macroalgas y pastos marinos) o incluso sobre objetos inanimados y construcciones (troncos flotantes, embarcaciones, puertos, muelles, boyas, cuerdas, hilo de pesca, entre otros). Es sabido que eventos naturales como tsunamis pueden arrastrar objetos artificiales por largas distancias, viajando sobre ellos los hidroides, así como permitiendo la fijación de otros animales (Calder et al., 2014).

Una característica maravillosa de la hidrorriza es que, cuando las condiciones del ambiente no son favorables para que el hidroide sobreviva, puede absorber a las demás estructuras del hidroide (hidrante e hidrocaule) y entrar en un estado de latencia en la que el organismo se mantiene vivo hasta que las condiciones ambientales sean favorables y se puedan regenerar las estructuras absorbidas y continuar con su desarrollo (Piraino et al., 2004). Un ejemplo es la especie Clytia hummelincki estudiada en el Mediterráneo, la cual tiene una abundancia máxima entre los meses de agosto y septiembre, mientras que durante la temporada fría las colonias se reducen a tejido latente por medio de la hidrorriza (Martell et al., 2017).

¿Qué tan lejos pueden llegar los hidroides?

Desde la antigüedad, han existido rutas comerciales y exploratorias marítimas entre territorios lejanos. Como ejemplos están la ruta del incienso (siglos iii a. e. c. C. – ii e. c.), que consistía en la navegación dentro del mar rojo, transportando dicho bien entre Asia, África, y hasta terminar en la cuenca del mediterráneo (unesco, 2023); la ruta del galeón de Manila (1565-1815), que unía al puerto de Acapulco con la capital filipina (Martínez-Shaw, 2019). Asimismo, está la famosa expedición de Magallanes, que le dio la vuelta al mundo, saliendo de Europa y pasando por África, el sur de América, Oceanía y Asia (Osada-García, 2022). Por tanto, es muy probable que los seres humanos hayamos comenzado a transportar hidrozoos de manera incidental y por distancias intercontinentales desde hace siglos.

Pero no sólo los barcos pueden recorrer distancias largas, también organismos vivos como las algas pueden llevar a los hidroides a sitios lejanos. Por ejemplo, el alga roja (Acanthophora spicifera), así como las algas cafés llamadas sargazo (Sargassum spp.). Algunas especies de sargazo pasan toda su vida flotando en la superficie del océano, mientras que otras se encuentran fijas a un sustrato, pero se desprenden y quedan a la deriva en el mar (Gutow et al., 2015). Sobre de estos sargazos se fijan varias especies de hidroides que se transportan sobre de ellos, llegando en ocasiones a vararse en las playas (ver figura 4). Hasta el momento, se han reportado 130 especies de hidroides epibiontes en 26 especies de Sargassum1 (Carral-Murrieta et al., 2023).

Psittacanthus calyculatus y Psittacanthus auriculatus. Crédito: María José Pérez-Crespo.

Figura 4. Colonias de hidroides que viajan en el Océano Atlántico sobre el alga café Sargassum spp.
Crédito: C. Odette Carral-Murrieta.

El tiempo de vida de los hidroides que crecen sobre sustratos vivos depende de factores ambientales y del tiempo de vida de los sustratos, así como de la capacidadad de latencia de los hidroides y las interacciones bioticas a las que estén sometidos tanto hidroides como sustratos, por ejemplo, la depredación. En la actualidad se tiene evidencia que permanecen con vida sobre el sargazo que arriba a las playas aun cuando éste queda expuesto a la desecación y descomposición por horas.

Posibles efectos de los hidroides que viajan largas distancias

Los hidroides que llegan a un sitio completamente nuevo se conocen como hidroides exóticos. Algunos de éstos compiten con las especies que viven en el sitio (especies nativas) por espacios para vivir y por las fuentes de alimento. Cuando éstos ocasionan daños y logran establecerse y vivir en el nuevo sitio, se les conoce como hidroides invasores. Sin embargo, los hidroides invasores no sólo impactan a especies nativas, sino que también pueden afectar actividades importantes para nosotros los humanos, tales como el cultivo de animales acuáticos para nuestro consumo, ya que los hidroides pueden ocasionar la muerte de peces; también pueden obstruir tubería importante para el funcionamiento de las plantas de energía, ocasionando pérdidas de tiempo y de dinero (Fitridge et al., 2012).

Actualmente, los científicos han producido algunos métodos para controlar el exceso de organismos como los hidroides viviendo en sustratos artificiales, para así evitar que los seres humanos continuemos introduciendo accidentalmente a especies de hidroides exóticos en sitios en los que previamente no se encontraban. Entre los métodos utilizados para disminuir el impacto de hidroides exóticos que pueden volverse invasores son la creación de pinturas especiales, las cuales evitan que la hidrorriza se fije a los barcos, o tratamientos termales, que modifican la temperatura del agua, lo que previene que los hidroides vivan en zonas en las que se encuentran las superficies que se quieren proteger (Fitridge et al., 2012; Folino-Rore y Indelicato, 2005). Sin embargo, estas pinturas pueden contaminar y ser absorbidas por invertebrados marinos (Turner, 2010). Además, aún no se sabe mucho de los hidroides ni el número de especies que son potencialmente invasoras, por lo que es necesario continuar con la investigación de estos pequeños animales acuáticos.

Conclusión

Los hidroides son animales particulares por su riqueza de especies y ciclos de vida, los cuales están caracterizados por la alternancia de generaciones. Son organismos capaces de adaptarse al medio en el que viven, ya que pueden entrar en latencia cuando las condiciones ambientales son adversas. Además, la hidrorriza les confiere la capacidad de viajar largas distancias sobre una diversidad de superficies flotantes, tales como las algas pardas del género Sargassum. Sin embargo, aún hacen falta más estudios que desentrañen la vida y efectos en los distintos sitios en los que viven.

Agradecimientos

A los proyectos fordecyt-pronaces/428225/2019 “Macroalgas introducidas: organismos modelo para analizar los patrones de éxito de especies con potencial de invasión en ambientes costeros” al Laboratorio de Macroalgas y al equipo de Medusozoa México.

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Recepción: 30/03/2022. Aceptación: 16/05/2023.

Vol. 24, núm. 4 julio-agosto 2023

Los carábidos: un vistazo a los escarabajos de suelo

Rafael Cerón-Gómez y Juan Márquez Cita

Resumen

Los escarabajos carábidos son una familia diversa de coleópteros, siendo uno de los grupos más populares y fascinantes en términos de morfología y evolución. Estos insectos desempeñan un papel vital en diversos ecosistemas debido a sus hábitos de vida, lo que los convierte en un recurso fundamental para estudios ecológicos y forestales. En este trabajo se presenta de manera clara y concisa el origen de los carábidos, su abundancia a nivel mundial y nacional, sus características morfológicas distintivas, sus patrones de comportamiento y su relevancia ecológica. El objetivo principal es proporcionar un panorama general del conocimiento sobre este grupo de escarabajos.
Palabras clave: escarabajos carábidos, coleópteros, diversidad, evolución, ecosistemas.

The carabids: a look at the ground beetles

Abstract

Carabid beetles are a diverse family of coleopterans, being one of the most popular and fascinating groups in terms of morphology and evolution. These insects play a vital role in various ecosystems due to their lifestyle habits, making them a fundamental resource for ecological and forestry studies. This work presents, in a clear and concise manner, the origin of carabid beetles, their global and national abundance, distinctive morphological characteristics, behavioral patterns, and ecological relevance. The main objective is to provide a comprehensive overview of the knowledge about this group of beetles.
Keywords: carabid beetles, coleopterans, diversity, evolution, ecosystems.

Introducción

El orden Coleoptera es el grupo de animales más diverso, con 389,755 especies (Zhang, 2013), que representa aproximadamente el 25% de la biodiversidad mundial, el 30% del phylum Arthropoda y el 36% de la clase Insecta (Bouchard et al., 2017; Mchugh y Liebherr, 2009). Este orden está dividido en cuatro grupos o subórdenes: Archostemata, Myxophaga, Polyphaga y Adephaga. Los carábidos son una familia de escarabajos terrestres que pertenecen al suborden Adephaga, el cual se divide a su vez en dos grandes grupos: Hydradephaga, que incluye algunas familias de hábitos acuáticos, y Geadephaga, donde se encuentran los carábidos, que son de hábitos terrestres (Bousquet, 2012).

La familia Carabidae cuenta con cerca de 40,000 especies descritas en todo el mundo, por lo que es la tercera familia más diversa del orden Coleoptera (Bouchard et al., 2017). Estos escarabajos han logrado habitar en la mayoría de los ambientes y ecosistemas conocidos, estando presentes en casi todos los continentes, con excepción de la Antártida. Su éxito evolutivo, así como su gran abundancia, son indicativos de que los carábidos cumplen con funciones ecológicas muy importantes. Por lo tanto, el objetivo de este trabajo es dar a conocer los aspectos generales de los carábidos, que ayuden a saber más sobre su origen evolutivo, su biología y hábitos de vida, los cuales son relevantes para entender su importancia en los ecosistemas, tanto naturales como modificados por el ser humano.

Diversidad de carábidos en México

México es uno de los países considerados megadiversos debido a la gran riqueza biológica que posee. Sin embargo, en estos escenarios generalmente se presenta una falta de especialistas dedicados al estudio de grupos muy particulares de flora y fauna, a este problema se le conoce como “impedimento taxonómico” (Dar et al., 2016; Delgado y Navarrete-Heredia, 2022); fenómeno que ha sido evidente en el estudio de los coleópteros en México. Si bien algunas familias de escarabajos son frecuentemente estudiadas y conocidas en el territorio nacional, este no es el caso de los carábidos, debido principalmente a la falta de especialistas en el país. A pesar de ello, se conoce una diversidad de 2,012 especies y 174 géneros (Cerón-Gómez et al., 2022), lo que representa poco más del 5% de la diversidad mundial de carábidos. Esta riqueza de especies está sustentada por el principal estudio antecedente de carábidos en México (Ball y Shpeley, 2000) y los pocos inventarios estatales recientes para los estados de Hidalgo y Sonora (Cerón-Gómez et al., 2022; Shpeley y Van Devender, 2022), por lo que la diversidad de estos coleopteros en México podría estar sumamente subestimada debido a la poca información existente.

Origen y evolución de los carábidos

Hasta ahora nuestro planeta es el único lugar del universo donde se reconoce a la vida en diferentes formas biológicas, las cuales han estado en un constante proceso de cambio evolutivo. Conocer el momento donde aparecieron cada una de estas formas de vida es un desafío titánico, incluso la propia edad de nuestro planeta aún es debatible, aunque las hipótesis más apoyadas indican unos 4,566 millones de años (White, 2007).

En el caso de los coleópteros, el momento de su aparición también ha resultado un tema debatible. Una de las hipótesis sobre su origen, sugiere que fue hace aproximadamente 285 millones de años, en el periodo Pérmico (Hunt et al., 2007); sin embargo, otra más reciente señala que su origen fue a mediados del Carbonífero, hace unos 317 millones de años (Baca et al., 2021), dando paso en los siguientes millones de años a una radiación de diferentes linajes actuales. El primer ancestro conocido de Adephaga se remonta al inicio de la era Mesozoica, en el Triásico inferior, 250 millones de años atrás. Para el Triásico superior, muchos de los escarabajos actuales ya se encontraban en la Tierra, incluida la familia Carabidae (Maddison et al., 2008; Ponomarenko, 1977). A partir de entonces han sido uno de los grupos de coleópteros más exitosos y diversos, encontrándolos en ambientes hostiles y contrastantes.

Si bien desde una perspectiva taxonómica los carábidos se encuentran bien definidos, existe un debate general entre los especialistas aún no resuelto acerca de los diferentes grupos de coleópteros que conforman a la familia Carabidae. Por ejemplo, los cicindelinos o escarabajos tigre, los traquipáquidos o falsos escarabajos de tierra y los risódidos o escarabajos de corteza arrugada, son algunos de los grupos en donde se ha discutido si cada uno de ellos debe formar su propia familia o si deben ser considerados como subfamilia dentro de la familia Carabidae. No obstante, esto no significa que sea imposible reconocer a los carábidos.

¿Cómo se reconoce a los carábidos?

Los carábidos presentan una variedad en tamaños, colores y formas, que los hace un popular grupo y atractivo dentro de la comunidad entomológica y para muchos coleccionistas aficionados. A pesar de esta variedad morfológica, poseen características distintivas que son importantes para su reconocimiento (figura 1). La cabeza es siempre más estrecha que el pronoto (parte del cuerpo que le sigue a la cabeza, con forma de disco y donde se encuentran ventralmente el primer par de patas) y que la base de los élitros (primer par de alas modificado en forma de estuche que protege al segundo par de alas y el abdomen); los ojos son generalmente prominentes; las antenas están insertadas entre los ojos y las mandíbulas, y tienen 11 artejos (piezas que forman parte de los apéndices articulados, principalmente antenas y patas); por último, las mandíbulas son grandes, afiladas y fuertes.

Figura 1. Vista dorsal (izquierda) y ventral (derecha) de Calosoma (Castrida) alternans (Fabricius 1792), donde se muestran las características más relevantes para reconocer a los integrantes de la familia Carabidae. Abreviaturas, AA: artejos antenales, ABD: abdomen, CAB: cabeza, CX: coxa (retocada en color rojo), ELI: élitros, MAN: mandíbula, PM: palpos maxilares, PRO: pronoto, P1: patas anteriores, P2: patas medias, P3: patas posteriores, SA: segmentos abdominales, SNP: sutura notopleural (retocada en color rojo), TAR: tarsómeros, TOR: tórax. Crédito: J. Asiain.

En vista ventral se puede observar una línea impresa llamada “sutura notopleural” claramente definida, ya que corre paralela al margen externo del pronoto (tal como se señala en la figura 1). Los élitros cubren en su totalidad el abdomen; muchas especies son braquípteras, lo que significa que el segundo par de alas, que son membranosas, está reducido y esto les impide volar. Los tres pares de patas son largas y delgadas, su último artejo se llama tarso y está dividido en cinco partes, a las que se las llama tarsómeros. Al observar un carábido en vista ventral, se aprecia que el primer segmento abdominal está dividido por el primer artejo de las patas posteriores (último par de patas) llamado coxa, y el segundo artejo, el trocánter, es más grande respecto a otras familias de escarabajos. La mayoría de las especies tienen coloraciones oscuras y opacas, pero también existen muchas especies con coloraciones iridiscentes y metálicas (figuras 1 y 2).

Figura 2. Ejemplares adultos de la familia Carabidae. A) Agra sp. Fabricius, 1801. B) Galerita (Progaleritina) mexicana Chaudoir, 1872. C) Calosoma (Calosoma) aurocinctum Chaudoir, 1850. D) Calosoma (Castrida) alternans (Fabricius 1792). E) Mouhotia batesi, Lewis 1879. Escala 2 mm. Crédito: elaboración propia.

Hábitos de vida

De manera general los carábidos son considerados de hábitos terrestres y nocturnos, es decir, presentan una mayor actividad por la noche que durante el día, resguardándose en la superficie del suelo, debajo de rocas o troncos, en las ramas de arbustos y árboles, o incluso habitando cuevas. Son predominantemente cazadores (buenos depredadores) incluyendo en su menú lombrices, caracoles, larvas, huevos y otros insectos, hasta pequeños animales vertebrados como ranas (figura 3). Aunque también existen especies con otros tipos de hábitos alimenticios, siendo omnívoros (una variedad amplia de tipos de alimentos), saprófagos (materia orgánica en descomposición), necrófagos (carroña) o incluso hay quienes se alimentan de semillas, como algunas especies de la tribu Harpalini.

Figura 3. Larvas y adultos de Calosoma angulatum Chevrolat, 1834 alimentándose. A) Larvas devorando una cigarra; B) adultos devorando un anfibio Crédito: elaboración propia.

¿Por qué están en todas partes?

Como se mencionó anteriormente, los carábidos han podido dispersarse en todos los ambientes y ecosistemas que hay en nuestro planeta, encontrando grupos diversificados en los trópicos y hasta las zonas boreales (al norte del ecuador) y australes (al sur del ecuador), desde los desiertos hasta la helada tundra y desde el nivel del mar hasta elevaciones montañosas.

Pero ¿cómo es posible que puedan estar en ambientes tan contrastantes? Esta situación no se debe a un solo factor. Existen trabajos científicos que documentan el éxito de algunas especies de carábidos en determinadas zonas y ambientes. En ellos utilizan diferentes atributos ecológicos, biogeográficos y evolutivos, lo que permite dar respuesta a dicha pregunta en casos particulares. Ejemplo de lo anterior, es cómo han logrado sobrevivir algunas especies en el desierto del Sahara, para este caso las especies de carábidos dependen de los nidos de las hormigas, ya que en su estado larval se alimentan de ellas y de los recursos de sus nidos hasta alcanzar el estado adulto (Dinter et al., 2002). En contraste en Europa, se tiene conocimiento sobre la notable actividad de los carábidos en la temporada invernal, en la que son depredadores de invertebrados invernales, y a la vez constituyen una fuente de alimento para algunos mamíferos que se encuentran activos durante todo el año (Jaskuła y Soszyńska-Maj, 2011).

Importancia ecológica y bioindicadores

Hablar de la importancia y del papel que desempeñan los organismos que habitan el planeta resulta un tanto evidente, ya que los ecosistemas mantienen su equilibrio debido al roll desempañado por los diferentes grupos biológicos presentes en él.

Los carábidos cumplen un papel fundamental en los diversos procesos ecológicos en los que participan, debido a sus hábitos de vida, ya que cumplen con distintos roles en la dinámica del suelo, como la degradación de materia orgánica y la promoción de la aireación y filtración del agua (Paleologos, 2012). Además, al ser un grupo depredador, son muy útiles en el control natural de las poblaciones de otros organismos, incluyendo algunos considerados como plagas, entre ellas las larvas de moscas.

Por otra parte, gracias a su diversidad y facilidad de colecta, los carábidos son reconocidos como un grupo indicador de condiciones ambientales, debido a que tienen alta sensibilidad al entorno, respondiendo a cambios bióticos en la composición de los suelos, convirtiéndolos en una de las familias de coleópteros más utilizadas para analizar la salud ambiental, el impacto en el cambio del paisaje o evaluar la diversidad de los ecosistemas (Larochelle y Larivière, 2003).

Carábidos y la agricultura

La agricultura es una de las actividades esenciales dentro de la sociedad humana, ya que juega un papel crusial en la economía a diferentes niveles, ya sea local o regional. Gracias a los atributos depredadores de varias especies de carábidos, han sido utilizadas y estudiadas en hábitats agrícolas con distintos enfoques (Allen, 1979). Uno de los aspectos abordados, es conocer cuáles son las presas que consumen los carábidos en los hábitats agrícolas y saber si entre ellas existen organismos considerados como plaga. Otros estudios comparan las presas que consumen, en campos agrícolas, con respecto a aquellas de las que se alimentan en áreas no cultivadas, de esta manera se ha evaluado qué tan efectivos pueden ser los carábidos como controladores de plagas en los cultivos.

Uno de los temas más debatibles es la aplicación de agroquímicos como pesticidas, y los riesgos que implica su uso por la posible contaminación del suelo agrícola, los cultivos y el daño a la salud humana por su consumo. Ejemplo de esto, es la medición de las concentraciones de metales pesados o sustancias nocivas, que se hizo en campos de trigo en Italia (consecuencia del uso de pesticidas), utilizando la especie Harpalus rufipes (De Geer, 1774), un carábido depredador generalista. Se encontraron diferentes patrones de concentración en los individuos colectados, pero determinaron la presencia de importantes cantidades de metales pesados acumuladas en los carábidos, lo que destaca la capacidad regulatoria de esta especie para la absorción de dichos metales, en la que se encontró una mayor concentración de cobre, magnesio, zinc y cadmio, proporcionando datos referenciales donde se evidencian los posibles riesgos que tienen los agroquímicos hacia las tierras de cultivo (Naccarato et al., 2020).

Los carábidos en la cultura y la sociedad humana

A pesar de que nuestro mundo bien podría ser llamado “el planeta escarabajo”, en lugar de planeta Tierra (McHugh y Liebherr, 2009), debido a la gran diversidad de estos insectos, se debe considerar que lo que realmente abunda somos los seres humanos, y ya que los carábidos están por todas partes, es inevitable preguntarse: ¿qué sucede con esta interacción carábidos-humanos?

Desde los postulados de Linneo sobre la clasificación, taxonomía y nomenclatura de los seres vivos, se puede reconocer una relación entre la sociedad humana y los organismos, lo que se evidencia en los nombres con los que se conoce a los diferentes grupos biológicos. Por ejemplo, la palabra Coleoptera está conformada por los vocablos latinos koleos y pteron que significan “caja o estuche” y “alas” respectivamente, lo cual es evidente que alude a que el segundo par de alas se guarda sobre los élitros (primer par de alas endurecido) como si fuera un estuche. En la familia Carabidae, la palabra se deriva de griego karabus que significa “caminante” lo cual es una característica de este grupo de escarabajos (Zaragoza-Caballero et al., 2016).

Un aspecto social y muy importante, es conocer qué tan peligrosos pueden ser los carábidos para los humanos. La respuesta inmediata es: que son prácticamente inofensivos para las personas. Si bien algunos carábidos pueden excretar sustancias químicas, como mecanismo de defensa contra algunos organismos depredadores, esto no representa un peligro específico para los humanos, aunque es relativamente fácil identificar cuando esto sucede, debido al fuerte olor que pueden producir las sustancias excretadas. Algunas especies de carábidos, conocidas comúnmente como escarabajos bombarderos (particularmente las subfamilias Brachininae y Paussinae), poseen un par de glándulas pigidiales (esto es, al final del cuerpo) con las que “disparan” estas sustancias químicas con tal fuerza que asemeja una pequeña explosión, de ahí su apodo de bombarderos, aunque la mayoría de las especies no lo hace de la misma manera.

Como se ha comentado, los carábidos se pueden encontrar en cualquier ambiente, por lo que también están presentes en zonas con un alto grado de alteración antrópica, como las ciudades. De hecho, es frecuente encontrarlos en los suelos de parques, terrenos baldíos o en los jardines de las casas. El fenómeno de la urbanización, representa una amenaza por causar pérdida de biodiversidad a nivel mundial (Fenoglio et al., 2019) y se sabe que las poblaciones de algunas especies de diferentes grupos de insectos han ido en declive en los últimos años, debido a las múltiples actividades antrópicas (Wagner et al., 2021).

En el caso de los carábidos es difícil generalizar una consecuencia para un grupo tan grande y diverso, ya que las respuestas y sensibilidad que presentan las especies de esta familia frente a la urbanización son variables. Puede inducir a cambios en el comportamiento, en la actividad estacional (que estén activos en ciertas época del año), las condiciones fisiológicas (en sus órganos internos y funciones vitales), el tamaño poblacional (incremento o decremento del número de organismos por especie) o incluso cambios en la diversidad genética (genes), taxonómica (linajes) o funcional (papel ecológico). Por esto, la inclusión de espacios verdes dentro de las ciudades, lo más parecido a los sitios antes de ser transformado por el humano, son fundamentales para la preservación de la diversidad de estos y otros insectos, lo que también significa una función recreativa y de conservación para la biodiversidad dentro de hábitats urbanos (Magura y Lövei, 2020).

Conclusiones

Los carábidos conforman uno de los grupos de coleópteros más diversos y relevantes para nuestro planeta, han podido distribuirse y adaptarse con gran éxito a los diferentes ambientes existentes, y son uno de los grupos de insectos más antiguos y exitosos actualmente conocidos. Desempeñan un rol primordial dentro de los ecosistemas naturales y transformados por el ser humano, lo que incluso los ha llevado a ser nuestros aliados forestales. Es importante tomar en cuenta que a pesar de su aspecto agresivo, son completamente inofensivos y no representan algún peligro para las personas o animales domésticos. Su conservación es un desafío que va implícito con la propia tarea de la preservación biológica, por lo que los estudios ecológicos, biogeográficos, taxonómicos y evolutivos son esenciales para establecer un mejor conocimiento sobre este fantástico grupo de escarabajos.


Agradecimientos. A Julieta Asiain (Laboratorio de Sistemática Animal, cibuaeh) por la toma y edición de algunas fotografías. A dos revisores anónimos cuyas sugerencias ayudaron a mejorar este trabajo.

Referencias

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Recepción: 05/08/2022. Aprobación: 16/05/2023.

Vol. 24, núm. 4 julio-agosto 2023

¿Qué hay de nuevo en la búsqueda para tratar la enfermedad de Parkinson?

Francisco Javier Padilla-Godínez, Hilda Angélica Martínez-Becerril y Magdalena Guerra Crespo Cita

Resumen

La enfermedad de Parkinson es el segundo trastorno neurodegenerativo más común a nivel mundial para el cual no hay un tratamiento curativo. Esta patología se caracteriza por síntomas motores, los cuales se deben en gran medida a la muerte de un tipo específico de células en nuestro cerebro: las neuronas dopaminérgicas, llamadas así por su capacidad para producir el neuromodulador dopamina. Existe evidencia de que en esta pérdida celular participa de manera muy importante la proteína alfa-sinucleína (α-sin). En este texto, nos enfocaremos en revisar dos acercamientos de estudios recientes que buscan nuevas opciones de tratamiento para la enfermedad de Parkinson. Primeramente, se discuten los estudios que buscan la posibilidad de restituir los niveles de dopamina, partiendo del diseño de nanopartículas que regulen su estabilidad y liberación. Por otro lado, revisaremos las investigaciones dirigidas a conocer si el proceso de coliberación de neurotransmisores, como el glutamato, podría conferir a las neuronas dopaminérgicas protección contra la agregación de α-sin. Aunque se requieren más investigaciones en el área, los avances hasta ahora son prometedores, y el desarrollo de tratamientos más eficaces para esta patología podrían estar más cerca de lo que pensamos.
Palabras clave: enfermedad de Parkinson, α-sinucleína, dopamina, nanopartículas, coliberación de glutamato.

What’s new in the search to treat Parkinson’s disease?

Abstract

Parkinson’s disease is the second most common neurodegenerative disorder in the world for which there is no curative treatment. This pathology is characterized by motor symptoms, which are largely due to the death of a specific type of cells in our brain: dopaminergic neurons, so called because of their capacity to produce neuromodulator dopamine. There is evidence that the alpha-synuclein (α-syn) protein plays an important role in this cell loss. In this text, we will focus on reviewing two recent studies that look for new treatment options for Parkinson’s disease. First, we discuss approaches that explore the possibility of restoring dopamine levels, based on the design of novel nanoparticles that regulate its stability and release. On the other hand, we will review research aimed at finding out whether the process of co-release of neurotransmitters, such as glutamate, could confer protection to dopaminergic neurons against α-syn aggregation. Although more research is needed in the area, the advances so far are promising, and the development of more effective treatments for this pathology may be closer than we think.
Keywords: Parkinson’s disease, α-synuclein, dopamine, nanoparticles, glutamate co-release.

La enfermedad de Parkinson: más que un simple temblor

Cuando en 1817, James Parkinson describió a la “parálisis agitante” como una enfermedad crónica y de avance lento, caracterizada por temblor en reposo, rigidez muscular e inestabilidad postural, seguramente estaba lejos de pensar que ésta llegaría a ser la enfermedad motora más padecida a nivel mundial. Hoy en día, la enfermedad de Parkinson (ep) se conoce como un trastorno multifactorial y con diversos síntomas, incluidos también los no motores, como pérdida de memoria, alteraciones del sueño y del estado del ánimo, los cuales ahora sabemos que anteceden al diagnóstico de la enfermedad (ver figura 1). A lo largo de la historia, se han descubierto algunos de los procesos que conducen a la degeneración en la ep. En este trabajo, nos enfocaremos en el “detrás de cámaras” de las alteraciones motoras en esta enfermedad.



Figura 1. Sintomatología de la enfermedad de Parkinson. Diversas alteraciones no motoras (izquierda), anteceden al diagnóstico clínico motor de la EP (derecha).
Crédito: elaboración propia en BioRender.

La ep se caracteriza por la muerte de un tipo de células que predominan en el cerebro, las neuronas. Existen muchos tipos de neuronas, según su forma, función, estructuras de proyección y componentes químicos que liberan (neurotransmisores o neuromoduladores1). A aquellas neuronas que tienen la capacidad de sintetizar y liberar una sustancia química llamada dopamina, se les conoce como neuronas dopaminérgicas. La dopamina es considerada un neuromodulador por tener un amplio rango de respuesta a nivel no sólo del sistema nervioso central sino también periférico. Esto la involucra en múltiples funciones como el movimiento, procesos de aprendizaje, memoria, así como conductas motivantes.

Las neuronas dopaminérgicas se concentran en la parte central del cerebro, conocida como cerebro medio o mesencéfalo, el cual se divide en dos regiones: el área tegmental ventral (atv) y la sustancia negra pars compacta (snpc),2 siendo esta última la que se ve afectada en la ep. Durante el envejecimiento se presenta la muerte de algunas neuronas dopaminérgicas, pero en la ep su pérdida es drástica (70%). En la búsqueda de responsables, el principal sospechoso es la proteína α-sin.

Aunque necesaria para ciertos procesos neuronales como la liberación de neurotransmisores y el correcto funcionamiento de las sinapsis, la α-sin puede sufrir cambios en su estructura (mal plegamiento) que la vuelven propensa a agregarse con otras α-sin (Runwal y Edwards, 2021). Esto finalmente conduce a la formación de cuerpos de Lewy: inclusiones que se observan en la mayoría de los cerebros de pacientes que fallecieron por la ep (ver figura 2).



Figura 2. Características neuropatológicas que conllevan a las alteraciones motoras de la enfermedad de Parkinson. Izquierda. Descripción de la actividad fisiológica de las neuronas dopaminérgicas de la snpc con un enfoque en la síntesis y liberación de dopamina, así como en la correcta función y degradación de la proteína α-sin. Derecha. En condiciones patológicas, como la EP, ocurre un mal plegamiento y agregación de α-sin en cuerpos de Lewy, lo que conlleva a la neurodegeneración dopaminérgica. Crédito: elaboración propia.

Es importante destacar que las neuronas dopaminérgicas de la snpc son particularmente vulnerables a los agregados de α-sin en la ep. Entre las razones para ello está la gran cantidad de prolongaciones que presentan, término conocido como arborización axonal,3 que, a diferencia de otras poblaciones dopaminérgicas (como las del atv), demandan mayor cantidad de energía para su funcionamiento (Pacelli et al., 2015). Asimismo, esta mayor arborización implica un cambio en la regulación de las oscilaciones de calcio, proceso necesario para la actividad eléctrica de las células (ver figura 3). Todo esto contribuye en parte a la agregación de α-sin en la snpc, provocando una disminución en la producción de dopamina, lo que se refleja conductualmente en las alteraciones motoras características de la ep (Ghung et al., 2020).

De esta forma, se pensaría que la restitución de la dopamina es la clave para curar la sintomatología motora de la ep. En este contexto, la terapia actual y por excelencia es la administración de un precursor natural de la dopamina: la levodopa.3 No obstante, existen efectos secundarios asociados con este fármaco, así como su incapacidad para detener la progresión de la enfermedad, lo que ha llevado a nuevas perspectivas de estudio en la búsqueda de tratamientos. Éstos se centran en: 1) restituir los niveles fisiológicos de dopamina, incorporándola en las neuronas al utilizar nuevos materiales que permitan su estabilización y liberación controlada, y 2) disminuir la agregación de la α-sin, explorando mecanismos de regulación en las poblaciones de neuronas dopaminérgicas. Por ello, revisaremos estos dos enfoques actuales que contemplan diseñar nuevos métodos para el tratamiento de la ep.

Dopamina: un neuromodulador muy inestable

La dopamina es muy difícil de manipular: se oxida fácilmente produciendo moléculas dañinas para las neuronas dopaminérgicas. Por ello, entre las estrategias terapéuticas para la ep se han incluido compuestos que eviten la oxidación y promuevan la producción de la dopamina, asegurando que ésta no se degrade en compuestos tóxicos. Este acercamiento pareciera ser la respuesta contra la ep, mas no todo es color de rosa. A pesar de que la levodopa puede atravesar la barrera,5 presenta varias complicaciones, entre las que destacan reacciones adversas producidas por las inadecuadas concentraciones que llegan al blanco terapéutico.

Lo anterior ha obligado a que los acercamientos más recientes en la investigación básica opten por perspectivas fisiológicas, donde se pueda administrar directamente la dopamina mediante estrategias que eviten su oxidación. Aunque ha sido difícil, sorprendentemente se ha logrado en cierta medida gracias a la nanomedicina (ver figura 3), campo de la biotecnología que consiste en el desarrollo de nanopartículas que pueden ser utilizadas para mejorar la salud. A través de ella se ha logrado no sólo estabilizar a la dopamina en su estado basal (no oxidado), sino también liberarla de manera controlada (Ghazy et al., 2021).

El desarrollo de nanopartículas en modelos animales ha generado resultados prometedores en el tratamiento de la sintomatología de la ep. Particularmente, las nanopartículas capaces de administrarse por métodos no invasivos (como la vía nasal) son las que más atención están recibiendo en la comunidad científica (García-Prado et al., 2021; Trapani et al., 2021), por lo que las investigaciones continúan en estos modelos, con el fin de hacer la traslación a su aplicación clínica.

Ante esto, es importante resaltar los requisitos que cualquier acercamiento dirigido al uso de nanopartículas cargadas con dopamina debe de cumplir: 1) evitar la oxidación de la dopamina; 2) liberarla en las concentraciones y regiones cerebrales necesarias; 3) ser biocompatible, es decir, no generar toxicidad adicional a la que ya se presenta en la ep; y 4) poder atravesar la barrera hematoencefálica, de tal forma que su administración sea mediante vías no invasivas, que eviten la inyección directa en la zona afectada.

Los principales tipos de nanopartículas que cumplen con estos parámetros son: a) las poliméricas, relevantes por su biodegradabilidad y la posibilidad de administración no invasiva; b) los liposomas, con similitud a las membranas de las células humanas, que tienen una mayor eficacia de liberación controlada y una posible administración no invasiva; c) las inorgánicas, entre las que destacan las nanopartículas de oro y los puntos cuánticos; y d) las de óxidos metálicos, cuya composición superficial porosa permite la estabilización de dopamina en grandes concentraciones y su liberación controlada en tasas fácilmente modificables, mediante la síntesis a la medida de estas nanopartículas. Las propuestas son prometedoras, pero la investigación continúa para mejorarlas, siendo uno de los retos más grandes precisamente lograr cruzar la barrera hematoencefálica.

De esta forma, se busca que la administración de dopamina sea más eficiente que la levodopa, volviéndose una opción farmacológica para el tratamiento de la ep. Esto podría ocurrir una vez que estas nanopartículas sean capaces de restituir las concentraciones fisiológicas de la dopamina mediante su administración controlada, específica y no invasiva.

Salvar la acción de un neurotransmisor con la de otro

Al igual que la restitución de dopamina, si se quiere prevenir o disminuir la progresión de la ep también es crucial inhibir el daño por la agregación de α-sin. Curiosamente, la respuesta podría no encontrarse ni en la α-sin ni en la dopamina, sino en un elemento aparentemente independiente.

Esta parte de la historia comienza con las neuronas dopaminérgicas del atv, las cuales son más resistentes a la neurodegeneración en la ep, en comparación con las de la snpc. Prueba de ello es que muy pocas neuronas dopaminérgicas del atv mueren como consecuencia de esta enfermedad. Los mecanismos involucrados aún permanecen desconocidos; sin embargo, se han estudiado algunas hipótesis. La más fuerte es la ya mencionada, que hace referencia a la gran arborización axonal de las neuronas dopaminérgicas de la snpc, la cual demanda una gran cantidad de energía para solventar sus funciones. Aunque la arborización axonal de las neuronas no se puede modificar, una propuesta novedosa plantea que su funcionamiento sí.

Algunas neuronas dopaminérgicas del atv son capaces de liberar otro neurotransmisor con funciones distintas a la dopamina: el glutamato. Éste es considerado el principal neurotransmisor excitador en el cerebro, es decir, se caracteriza por aumentar la actividad eléctrica y los efectos subsecuentes de las neuronas que lo reciben. Cuando una neurona es capaz de liberar dos o más neurotransmisores, como la dopamina y el glutamato, se habla de un proceso de coliberación y de neuronas coliberadoras.

Se ha identificado que la coliberación de glutamato en las neuronas dopaminérgicas es un fenómeno conservado a través de la evolución, encontrándose en múltiples organismos como la mosca Drosophila, el pez cebra, roedores (rata, ratón), primates y humanos (Buck et al., 2022).

Diversos estudios sugieren que la coliberación de glutamato promueve el crecimiento y la conectividad axonal, así como el almacenamiento de vesículas y la liberación de la dopamina. Además, también se le relaciona con el aprendizaje mediado por recompensas (Buck et al., 2022). Todo esto contribuye a la necesidad de continuar con el estudio de la coliberación de neurotransmisores.

Curiosamente, todas las neuronas dopaminérgicas del cerebro medio (atv y snpc) expresan marcadores6 asociados con la coliberación de glutamato (como el transportador vesicular de glutamato tipo 2, VGluT2) en las etapas embrionarias tempranas, mientras que en la edad adulta muy pocas neuronas los conservan (30% en el atv y 5 a 10% en la snpc). En este sentido, la supervivencia generalizada de las neuronas dopaminérgicas del atv en la ep podría indicar que la coliberación de otro neurotransmisor, en este caso el glutamato, genera algún tipo de protección mediante propiedades aparentemente tróficas7 (ver figura 3).



Figura 3. Enfoques actuales en el tratamiento de la enfermedad de Parkinson. Arriba. Características o actividades celulares que hacen vulnerables a las neuronas dopaminérgicas de la snpc en la EP. Abajo. Se proponen dos acercamientos para corregir estas alteraciones: restituir la dopamina de forma eficaz y controlada con el uso de nanopartículas (izquierda), y regular la coliberación de glutamato en las neuronas dopaminérgicas como posible neuroprotección a la agregación de α-sin. Los niveles relativos de dopamina (verde) y glutamato (rojo) se representan en el núcleo de las neuronas como gráfico de pastel (derecha). Crédito: elaboración propia.

Algo que intriga a los investigadores es que se ha encontrado que la expresión de marcadores involucrados en la coliberación de glutamato es capaz de resurgir en las neuronas dopaminérgicas de la snpc bajo condiciones similares a las presentes en la ep. Este resurgimiento cobra relevancia ya que podría ayudarnos a diferenciar entre los procesos normales de envejecimiento y los asociados con la ep. Además, la aparición de marcadores relacionados con la coliberación de glutamato parece proteger y regenerar los axones dopaminérgicos ante el daño (Buck et al., 2022).

Aunque se desconocen los mecanismos involucrados, se sugiere que la coliberación de glutamato podría salvar a las neuronas dopaminérgicas de la agregación de α-sin. Esto se atribuye principalmente a la regulación de las mitocondrias. Se sabe que el glutamato previene y disminuye especies reactivas de oxígeno que son tóxicas para las mitocondrias y para la neurona en general. Además, el glutamato sirve como fuente de energía que mantiene la síntesis de atp8 durante el estrés o daño celular (Buck et al., 2022). La combinación de estos mecanismos podría explicar la mayor resistencia de las neuronas dopaminérgicas (figura 3). Asimismo, surge la interrogante de que si estos marcadores asociados a la coliberación de glutamato podrían intervenir sobre la proteostasis de la α-sin,9 es decir, si podrían evitar su mal plegamiento o agregación en las neuronas dopaminérgicas.

Todas estas evidencias sugieren que mantener la regulación de la coliberación de glutamato en las neuronas dopaminérgicas de la snpc podría representar, hasta cierto nivel, una posible forma de prevenir la neurodegeneración ocasionada por la agregación de α-sin en la ep. Aunque las herramientas actuales limitan los estudios del proceso de coliberación, esto podría cambiar en un futuro cercano con los conocimientos y avances biomédicos que se están adquiriendo. Conocer cómo es la regulación celular entre el binomio dopamina-glutamato aportará información clave para el avance en el tratamiento de esta enfermedad.

Conclusiones

Hoy en día se están investigando dos áreas novedosas y con potencial para tratar la ep. Por un lado, se espera que la aplicación de dopamina a través de nanopartículas permita la restitución eficaz y controlada de sus niveles fisiológicos en etapas avanzadas de la enfermedad. Por otro, se están evaluando mecanismos celulares con propiedades neuroprotectoras, como la coliberación de glutamato en la snpc, que podrían aumentar la resistencia de las neuronas dopaminérgicas a la agregación de α-sin y prevenir su muerte en la ep. Gracias a los avances en nanomedicina y tecnologías que nos permiten profundizar en el conocimiento de la célula, nos acercamos al desarrollo de nuevas opciones de tratamiento de esta enfermedad incapacitante.

Referencias

  • Buck, S.A., Erickson-Oberg, M.Q., Bhatte, S.H., McKellar, C.D., Ramanathan, V.P., Rubin, S.A., y Freyberg, Z. (2022). Roles of VGLUT2 and Dopamine/Glutamate Co-Transmission in Selective Vulnerability to Dopamine Neurodegeneration. acs Chemical Neuroscience, 13(2), 187-193. https://doi.org/10.1021/acschemneuro.1c00741.
  • García-Pardo, J., Novio, F., Nador F., Cavaliere, I., Suárez-García, S., Lope-Piedrafita, S., Candiota, A. P., Romero-Gimenez, J., Rodríguez-Galván, B., Bové, J., Vila, M., Lorenzo, J., y Ruiz-Molina, D. (2021). Bioinspired Theranostic Coordination Polymer Nanoparticles for Intranasal Dopamine. acs Nano, 15(5), 8592-8609. https://doi.org/10.1021/acsnano.1c00453.
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  • Ghung, S.J., Lee, H.S., Yoo, H.S., Lee, Y.H., Lee, P.H., y Sohn, Y.H. (2020). Patterns of Striatal Dopamine Depletion in Early Parkinson Disease. Neurology, 95(3), e280-e290. https://doi.org/10.1212/wnl.0000000000009878.
  • Pacelli, C., Giguère, N., Bourque, M.J., Lévesque, M., Slack, R.S., y Trudeau, L.É. (2015). Elevated mitochondrial bioenergetics and axonal arborization size are key contributors to the vulnerability of dopamine neurons. Current Biology, 25(18), 2349-2360. https://doi.org/10.1016/j.cub.2015.07.050.
  • Runwal, G., y Edwards, RH. (2021). The membrane interactions of synuclein: physiology and pathology. Annual Review of Pathology: Mechanisms of Disease, 16, 465-485. https://doi.org/10.1146/annurev-pathol-031920-092547.
  • Trapani, A., Corbo, F., Agrimi, G., Ditaranto, N., Cioffi, N., Perna, F., Quivelli, a., Stefàno, E., Lunetti, P., Muscella, A., Marsigliante, S., Cricenti, A., Luce, M., Mormile, C., Cataldo, A., y Bellucci, S. (2021). Oxidized Alginate Dopamine Conjugate: In Vitro Characterization for Nose-to-Brain Delivery Application. Materials, 14(13), 3495. https://doi.org/10.3390/ma14133495.


Recepción: 05/08/2022. Aprobación: 16/05/2023.

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Revista Digital Universitaria Publicación bimestral Vol. 18, Núm. 6julio-agosto 2017 ISSN: 1607 - 6079