Cómo un isótopo de hidrógeno revela el viaje de larga distancia de una libélula

Por Ed Ricciuti

Las mariposas monarca de América del Norte ( Danaus plexippus ) obtienen toda la tinta cuando se trata de migraciones de insectos, con su caminata anual de 3,000 millas, pero los viajes de una pequeña libélula por muchas partes del mundo son igual de épicos, y probablemente mucho más. La evidencia recopilada hace unos años por el biólogo Charles Anderson, Ph.D., con sede en Maldivas, sugiere que la libélula Pantala flavescens , a veces conocida como la libélula planeadora, completa un viaje de ida y vuelta de 8.000 millas entre India y África durante cuatro generaciones aproximadamente. haciendo autostop en los vientos de gran altitud que prevalecen en cada sentido.

Ed Ricciuti

Anderson es parte de un equipo de científicos —los otros de Japón y Canadá— que ahora han documentado que muchas P. flavescens encontradas en Japón en verano se originan en lugares tan lejanos como el Tíbet y el norte de la India, a unas 3,000 millas de distancia. Otros, especialmente al principio de la temporada, viajan menos, desde lugares como el sur de China y la península de Corea, mientras que algunos son de cosecha propia, del sur de Japón.

Su investigación, publicada en noviembre en la revista Environmental Entomology , no solo describe los patrones migratorios de P. flavescens ese verano en Japón, sino que también respalda la eficacia de rastrear insectos migratorios mediante el análisis de isótopos naturales presentes naturalmente en su cuerpo, en este caso el hidrógeno. isótopo deuterio. La investigación respondió preguntas de larga data sobre las libélulas en Japón y demostró el valor de los isótopos estables para mapear los movimientos de los insectos.

“Nuestro laboratorio fue pionero en el uso de proporciones de isótopos estables de origen natural como medio para inferir el origen de los insectos migratorios y las aves pequeñas”, dice el autor principal Keith A. Hobson, Ph. D., del Departamento de Biología de la Universidad de Western Ontario en Canadá. «Nuestro trabajo es significativo porque revela los patrones de movimiento de esta libélula que llega a Japón, pero también demuestra claramente cómo esta técnica de rastreo de isótopos puede proporcionar información sólida e importante para un gran número de otros insectos migratorios».

Cada elemento químico tiene isótopos, con propiedades químicas casi idénticas y el mismo número de protones, pero diferente número de neutrones y peso atómico. Los científicos utilizan tanto los isótopos radiactivos más abundantes como los isótopos estables como trazadores y marcadores. Los primeros se detectan por radiación, mientras que los isótopos estables, más seguros de usar, se detectan y miden con técnicas como la espectrometría de masas, un antiguo recurso para analizar el tipo y las proporciones de los componentes químicos de un material de muestra. Funciona separando compuestos en iones gaseosos y midiendo su relación masa / carga, que luego se traza en un espectro de masas.

Los isótopos de elementos del medio ambiente se transfieren a los tejidos animales a través de las redes alimentarias locales. Los organismos así impresos llevan una firma isotópica, derivada de patrones de isótopos distintivos de regiones geográficas, denominados «isospaisajes», que a su vez están influenciados por factores como la precipitación y la temperatura. El deuterio en el medio ambiente, por ejemplo, disminuye con la latitud y la altitud debido a los patrones de lluvia.

“Nuestro trabajo ha demostrado que el deuterio es especialmente útil porque sabemos que el patrón de este isótopo en la precipitación muestra patrones dramáticos y repetibles en todos los continentes”, dice Hobson.

Si la génesis de las técnicas de rastreo que utilizan isótopos estables no hizo que los entomólogos de todo el mundo abrieran el champán, tal vez debería haberlo hecho. El desarrollo significa que incluso el insecto más pequeño viene equipado con su propio dispositivo de seguimiento interno, implantado por la naturaleza y no artificialmente por los investigadores. Usar isótopos que ya forman parte del insecto es mucho más fácil que, por ejemplo, tratar de colocar un transmisor o implantar una etiqueta radiactiva en una libélula o un mosquito. Sin embargo, hacer que las técnicas con isótopos funcionen depende de la construcción de un algoritmo que relacione las mediciones de los valores de isótopos en los tejidos con los paisajes isótopos.

Pantala flavescens es natural para los estudios de migración porque probablemente es la libélula más extendida en la Tierra, que se encuentra en todos los continentes excepto en la Antártida. El skimmer es un acervo genético mundial, con individuos que a veces cruzan océanos para encontrar parejas. Técnicamente hablando, es probable que todos los skimmers del globo, según el sexo, sean potencialmente capaces de aparearse entre sí. P. flavescens es tan resistente y adaptable que fue la primera libélula en colonizar el atolón Bikini después de las pruebas nucleares allí. Con menos de dos pulgadas de largo, viaja no solo lejos sino también alto, a más de 20,000 pies, alimentándose en vuelo de otros insectos aéreos encontrados.

La migración de Pantala flavescens parece sincronizada tanto con los vientos dominantes, para impulsar su vuelo, como con las lluvias periódicas, críticas para su reproducción. A diferencia de la mayoría de las libélulas, que pasan 10 meses como larvas acuáticas, P. flavescens pasa de huevo a adulto en seis semanas, por lo que puede usar piscinas temporales de lluvias estacionales para la reproducción.

Los especímenes de P. flavescens recolectados en Japón por los autores del artículo proporcionaron evidencia de la asociación de su migración y reproducción con los patrones de viento y lluvia. Las libélulas recolectadas a principios del verano mostraron un patrón de isótopos consistente con áreas lejanas al oeste, incluidas partes de China y la meseta tibetana. El momento coincide con el monzón de verano del este de Asia y las lluvias anuales de Baiu, que están asociadas con un frente estacionario que se extiende desde la meseta tibetana hasta Japón, y los vientos del suroeste a gran altitud que se sabe que transportan insectos. La masa corporal de las libélulas migratorias fue mayor que la de los nativos japoneses, probablemente debido a una mayor carga de grasa almacenada para la energía requerida por la migración.

“Nuestra investigación subraya el poder de combinar datos de isótopos estables con otra información como la velocidad y dirección del viento, las fechas de llegada y la masa corporal para estimar los orígenes y comprender la historia de vida de este y otros insectos”, escriben los autores.

Mirando hacia el futuro, los autores sugieren que los isótopos de estroncio, carbono y nitrógeno merecen consideración para su uso en el relleno de los espacios en blanco en la imagen de los orígenes de P. flavescens .

Las libélulas enriquecidas en el isótopo de nitrógeno ¹⁵ N, por ejemplo, sugerirían que provienen de un lugar con una agricultura sustancial, lo que ayuda a identificar sus orígenes.