Kitabı oku: «Bases ecológicas para el manejo de plagas»

CAPÍTULO 1

RESISTENCIA A INSECTICIDAS EN EL MANEJO DE PLAGAS: DESDE LOS GENES HASTA LAS POBLACIONES

EDUARDO FUENTES-CONTRERAS

Centro de Ecología Molecular y Funcional en Agroecosistemas (CEMF), Facultad de Ciencias Agrarias, Universidad de Talca. Talca, Chile.

RESUMEN

La resistencia de las plagas frente a los insecticidas es un problema relevante en la agricultura, resultado del uso inadecuado de los insecticidas sintéticos. Durante las últimas décadas se ha avanzado en comprender sus bases moleculares, bioquímicas y genéticas desde los genes hasta las poblaciones. Estos avances han permitido recomendar estrategias de mitigación, para disminuir sus efectos en el manejo integrado de plagas. En el presente capítulo se revisan aspectos básicos y aplicados del estudio de la resistencia a los insecticidas, para luego presentar las líneas de investigación más recientes sobre este tema. Finalmente, se ejemplifican estudios realizados con algunas plagas de importancia para la agricultura en Chile.

1. INTRODUCCIÓN

El desarrollo de resistencia a insecticidas en las plagas agrícolas es un proceso microevolutivo, que ocurre en pocas generaciones, como resultado de fuerzas evolutivas que aumentan la frecuencia de los fenotipos de la plaga que sobreviven a la aplicación de estos productos. La principal consecuencia de este proceso es la adaptación de las plagas a los insecticidas, que resulta en la falta de control cuando son utilizados (Mota-Sánchez et al., 2002). Una definición que hace referencia a este proceso evolutivo es la entregada por Sawicki (1987), quien señala que es un “cambio genético en la población de la plaga, en respuesta a la presión de selección de los insecticidas, que puede resultar en una pérdida de la capacidad de control mediante insecticidas en situaciones de campo”. Entre otras ventajas, esta definición tiene aspectos teóricos que enfatizan el proceso de cambio evolutivo, así como sus consecuencias prácticas que resultan en una falla de control de las plagas en el campo (Mota-Sánchez et al., 2002). Una definición más operacional es la entregada por la industria de plaguicidas, a través del Insecticide Resistance Action Comitee (IRAC) que la define como un “cambio heredable en la sensibilidad de una población de una plaga que se refleja en la falla repetitiva de un producto en alcanzar el nivel de control esperado cuando se utiliza de acuerdo con las recomendaciones indicadas en su etiqueta para esa especie de plaga”. Esta definición enfatiza las fallas de control en condiciones de campo, excluyendo las ocasionadas en un incorrecto almacenaje, aplicación o dosificación del insecticida, así como las ocasionadas por condiciones ambientales desfavorables. Sin embargo, al limitar la definición de resistencia a fallas de control a nivel de campo, quedan excluidos los casos en que la frecuencia de individuos resistentes es baja y el proceso microevolutivo no ha alcanzado aún el punto de falla de control (Mota-Sánchez et al., 2002). Más allá de las definiciones es importante reconocer que el desarrollo de la resistencia a insecticidas no puede evitarse, sino más bien mitigar para que se presente en la menor frecuencia y demore el mayor tiempo posible en manifestarse (Hoy, 1998).

El problema de la resistencia a insecticidas tiene una larga historia documentada desde principios del siglo XX, asociado principalmente al advenimiento de los insecticidas sintéticos desde la década de los años cincuenta en adelante. El primer caso de resistencia a insecticidas parece ser el reportado por Melander (1914), el cual describe la pérdida de control sobre la escama de San José (Diaspidiotus perniciosus) de las aplicaciones de polisulfuro de calcio en manzanos del estado de Washington (USA). Desde este reporte inicial, el número de casos de resistencia, así como de especies de plagas e ingredientes activos de insecticidas en que se han reportado como involucrados en situaciones de resistencia, ha ido incrementándose progresivamente. Mota-Sánchez et al. (2008) revisan 7.747 casos de resistencia en 553 especies de plagas, cifra que sigue aún aumentando y se puede consultar en forma actualizada en la página web de Michigan State University e IRAC (https://www.pesticideresistance.org/) (Mota-Sánchez et al., 2008; Onstad, 2008).

Producto de los problemas ambientales y de salud asociados a la aplicación de plaguicidas en la agricultura, los estándares ambientales y toxicológicos que deben cumplir los nuevos plaguicidas son cada día más exigentes. Este cambio, promovido por las economías más desarrolladas, ha provocado que el registro de los insecticidas sea un proceso largo y costoso, enfrentado por cada vez menos compañías de plaguicidas (Sparks, 2013; Umetsu y Shirai, 2020). Como resultado el número de insecticidas registrado para el control de plagas agrícolas se ha reducido durante las últimas décadas. Este escenario, en que el número de plagas resistentes aumenta, mientras disminuye el número de nuevos insecticidas que puedan controlar las plagas resistentes a los productos más antiguos, nos obliga a ser responsables en la forma de uso de los insecticidas para mantener su eficacia durante el mayor tiempo posible (Mota-Sánchez et al., 2002; Sparks, 2013).

2. BASES MOLECULARES, BIOQUÍMICAS Y GENÉTICAS DE LA RESISTENCIA A INSECTICIDAS

2.1. Origen de la resistencia

La resistencia a insecticidas es un fenómeno resultado de un proceso evolutivo, en el cual la variabilidad genética existente en la población de una plaga es seleccionada por la aplicación de un insecticida que causa la mortalidad de los individuos que son susceptibles. Esta variabilidad genética aditiva de la plaga, sobre la que opera la selección, es pre-existente a la utilización de los insecticidas. Los insecticidas generalmente no son mutagénicos, de hecho es una de las pruebas que deben pasar antes de ser registrados, y no aumentan la variabilidad genética de las plagas. Por lo tanto, la utilización de los insecticidas selecciona aquellas variaciones genéticas pre-existentes en la población de la plaga. Estudios recientes realizados en ejemplares preservados en colecciones de museos de la mosca verde (Lucilia cuprina), indican que las poblaciones de esta plaga en Australia presentaban la mutación, que las hace resistentes al insecticida malation, desde antes de su utilización en ese continente (ffrench-Constant, 2007, 2013).

De esta forma, es esperable que una proporción de la población de una especie plaga no sea afectada en forma “natural” por la aplicación de los insecticidas. Debemos recordar que muchos insecticidas sintéticos (ej., piretroides y neonicotinoides) tienen estructuras químicas y modalidades de acción similares a las de algunos metabolitos secundarios de plantas (ej., piretrinas y nicotina), por lo que los insectos herbívoros ya han estado expuestos a estos compuestos a lo largo de procesos macroevolutivos con las plantas (Li et al., 2007).

2.2. Mecanismos de resistencia

Existen varios mecanismos que hacen que las plagas sean resistentes a los insecticidas. En las siguientes secciones se detallarán los dos más comunes y estudiados, mientras se presentarán en forma más breve algunos otros para los cuales existen menos ejemplos disponibles.

2.2.1. Resistencia por insensibilidad del sitio activo

Los insecticidas sintéticos tienen modos de acción en los que interactúan con alguna proteína blanco (enzimas, canales o receptores de membrana), afectando su funcionamiento. Estas proteínas pueden presentar cambios en su estructura que reducen la capacidad de los insecticidas para afectar su funcionamiento. Estos cambios se deben a mutaciones en los genes codificantes, los que producen cambios en las secuencias de aminoácidos de estas proteínas, haciéndolas insensibles a la acción de los insecticidas (Pittendrigh et al., 2008).

Algunas de las mutaciones más comunes asociadas a la resistencia a insecticidas en plagas son las del canal de sodio denominadas resistencia al volteo o kdr (knock down resistance) y súper kdr, las cuales producen insensibilidad a los piretroides y el DDT (Soderlund, 2008). También existen mutaciones en la enzima acetilcolinesterasa (MACE), la cual se asocia a insensibilidad a insecticidas organofosforados y carbamatos (Russel et al., 2004). Más recientemente, se ha descrito una mutación en el receptor nicotínico que produce resistencia a los neonicotinoides (Bass et al., 2011).

2.2.2. Resistencia metabólica

Los insectos presentan enzimas detoxificadoras que pueden metabolizar los insecticidas antes de que ejerzan su efecto tóxico sobre las proteínas blanco. También se consideran dentro de este tipo de mecanismo, los casos de enzimas que, aunque no logran detoxificar los insecticidas, son capaces de secuestrarlos en sus sitios activos, impidiendo su acción sobre las proteínas blanco. Este incremento de la actividad detoxificadora o de secuestro de los insecticidas puede ocurrir por un aumento en la cantidad de enzimas detoxificadoras o mutaciones en su sitio activo que las hacen más eficientes (Pittendrigh et al., 2008). Las principales familias de enzimas detoxificadoras son las esterasas (EST), glutatión-S-transferasas (GST) y monoxigenasas del citocromo P-450 (Li et al., 2007). Las EST están asociadas a la resistencia frente a organofosforados, carbamatos y algunos piretroides, pudiendo aumentar su actividad por amplificación del número de genes, mutación de genes reguladores de su expresión génica y mutaciones en los sitios activos que incrementan su actividad metabólica (Hemingway, 2000; Wheelock et al., 2005). Las GST han sido asociadas a resistencia a varios grupos de insecticidas, ya sea por su capacidad de conjugar glutatión reducido a grupos tiol de los insecticidas, haciéndolos más hidrosolubles, dehidroclorinando insecticidas halogenados como el DDT, y posiblemente, detoxificando moléculas derivadas de la oxidación que producen algunos insecticidas (Hemingway, 2000; Enayati et al., 2005). Finalmente, las P-450 son una familia diversa de enzimas con múltiples funciones metabólicas, las que se asocian a la detoxificación de insecticidas mediante hidroxilación, epoxidación y oxidación de varios sustratos (Scott, 1999). Generalmente, los insectos resistentes presentan una sobrexpresión constitutiva de P-450 asociada a cambios (ej., inserción de transposones) en los genes de sus regiones regulatorias, lo cual se relaciona también con sus capacidades de detoxificación de metabolitos secundarios de plantas (Li et al., 2007; Bass et al., 2013).

2.2.3. Otros mecanismos

En la literatura se menciona la resistencia conductual, en la cual se describe el desarrollo de la capacidad de los individuos de una población para evitar una dosis letal de insecticida. Existen muy pocos ejemplos de este mecanismo, siendo uno el de disminución de la ovipostura de la mosca verde (L. cuprina) frente a residuos del insecticida piretroide cicloprotrina. Esta conducta es heredable en forma parcialmente dominante y poligénica (Mota-Sánchez et al., 2002). También se señala la resistencia por reducción de la penetración de los insecticidas a través del exoesqueleto de los insectos, la cual se ha reportado en algunos mosquitos (Anopheles spp. y Culex pipiens) como resultado de cambios en el grosor y/o composición de la cutícula. Los pocos casos descritos de resistencia por penetración reducida se presentan generalmente en conjunto con mecanismos de insensibilidad en sitios activos y resistencia metabólica (Pittendrigh et al., 2008; Balabanidou et al., 2018).

2.3. Resistencia cruzada y múltiple

La resistencia frecuentemente no se restringe solamente a un ingrediente activo o a un grupo químico de insecticidas, ya que algunos mecanismos de resistencia producen efectos sobre varios ingredientes activos con el mismo y a veces diferente modo de acción. De la misma manera se pueden presentar diferentes mecanismos de resistencia en un mismo individuo en forma simultánea.

2.3.1. Resistencia cruzada

Se produce cuando una población sometida a la presión de selección con un insecticida, adquiere un mecanismo de resistencia a este y a otros insecticidas que, aunque no hayan sido aplicados generalmente, comparten su modo de acción. Por ejemplo, la resistencia por mutaciones kdr y súper kdr en el pulgón verde del duraznero (Myzus persicae) que brindan resistencia a piretroides y DDT, los cuales comparten su modo de acción (Bass et al., 2014). Sin embargo, la adquisición de resistencia metabólica puede incluir a ingredientes activos con diferentes modos de acción. Por ejemplo, el incremento en la actividad de EST E4 y FE4 en el pulgón verde del duraznero (M. persicae), le brindan resistencia a organofosforados, mono-metil carbamatos y en menor grado piretroides, los cuales no comparten su modo de acción (Bass et al., 2014).

2.3.2. Resistencia múltiple

Se produce cuando una población sometida a la presión de selección con un insecticida, se hace resistente a varios insecticidas, aunque no hayan sido aplicados y no importando su grupo químico o modo de acción, ya que presentan al mismo tiempo varios mecanismos de resistencia. Por ejemplo, existen algunos linajes asexuales del pulgón verde del duraznero (M. persicae) que al mismo tiempo pueden ser resistentes a varios grupos de insecticidas, ya que presentan las mutaciones kdr (piretroides), MACE (dimetil carbamatos) y niveles de actividad R2 o R3 de EST E4 (organofosforados, monometilcarbamatos y piretroides) (Devonshire et al., 1998; Bass et al., 2014).

2.4. Bases genéticas de la resistencia

La resistencia a insecticidas debe ser heredable y por lo tanto debe estar basada sobre variabilidad genética aditiva. Esta variabilidad genética aditiva puede ser resultado de uno o muchos genes (Roush y McKenzie, 1987; McKenzie, 2001). La resistencia que se presenta en condiciones de campo, generalmente en poblaciones de la plaga con grandes tamaños poblacionales que permiten que alelos raros de baja frecuencia se encuentren presentes, es producto de aplicaciones de insecticidas en dosis altas y heterogéneas, que seleccionan en los individuos resistentes un único gen con efectos mayores en pocas generaciones (ffrench-Constant et al., 2004). Por el contrario, en condiciones de laboratorio, con poblaciones más pequeñas y genéticamente menos variables, para poder mantener individuos que sobreviven a las aplicaciones, se usan dosis de insecticidas más bajas y homogéneas, las que seleccionan gradualmente en muchas generaciones varios genes con efectos parciales o menores, los que producen resistencia de tipo poligénica (ffrench-Constant et al., 2004). Existe debate acerca de la importancia relativa de estas dos formas de selección de resistencia a insecticidas (Groeters y Tabashnik, 2000), aunque las evidencias más recientes desde la genómica tienden a mostrar que incluso la resistencia metabólica se basa sobre cambios en solo un gen del conjunto de genes que existen para cada grupo de enzimas detoxificadoras (ffrench-Constant, 2013).

La dominancia de la expresión fenotípica de la resistencia se evalúa como la resistencia de los genotipos heterocigotos en comparación con los homocigotos resistentes y susceptibles. La dominancia depende de la dosis de insecticida utilizado, así por ejemplo, si se usan dosis bajas, mueren solamente los homocigotos susceptibles y la resistencia es por lo tanto de tipo dominante (heterocigotos sobreviven), mientras que si se usan dosis más altas mueren los homocigotos susceptibles y los heterocigotos, siendo la resistencia de tipo recesivo al sobrevivir solamente los homocigotos resistentes (Roush y McKenzie, 1987; McKenzie, 2001). La dominancia de los genotipos puede ser evaluada comparando las dosis letales que alcanzan una mortalidad determinada, o bien, comparando las mortalidades que se alcanzan con una dosis determinada (Bourguet et al., 2000). También se puede estimar la dominancia comparando la adecuación biológica frente a una dosis de insecticida determinada. Sin embargo, no necesariamente hay una correlación entre dominancia estimada por la mortalidad y la adecuación biológica frente a una dosis determinada, ya que los heterocigotos que sobreviven a la aplicación pueden reproducirse de igual forma o en menor medida que los homocigotos resistentes, contribuyendo diferencialmente a la siguiente generación (Bourguet et al., 2000). En la mayoría de los casos la resistencia a insecticidas es de tipo parcialmente dominante (McKenzie, 2001), lo que tiene importantes consecuencias en las estrategias de mitigación de resistencia (Onstad y Guse, 2008).

La resistencia múltiple, en la cual se presentan varios mecanismos de resistencia en el mismo individuo, puede presentar interacciones entre los genes responsables de estos mecanismos. Por ejemplo, puede existir un desequilibrio de ligamiento entre los genes de estos mecanismos de resistencia. Esto indica que los genes están dentro del mismo grupo de ligamiento (cercanos dentro del mismo cromosoma) o bien son seleccionados en conjunto sobre linajes asexuales como en los pulgones plaga (Figueroa et al., 2018), por lo tanto no recombinan y se asocian en forma no aleatoria. Dependiendo del número de cromosomas y formas de reproducción de las especies de plaga, así como de las presiones de selección de los insecticidas, estas interacciones pueden acelerar o retrasar el desarrollo de resistencia a insecticidas (Onstad y Guse, 2008).

Similarmente, existen factores epigenéticos que pueden regular la expresión de genes de resistencia (Oppold y Müller, 2017). Un ejemplo es la metilación de las EST en el pulgón verde del duraznero (M. persicae), la cual permite que linajes asexuales resistentes a insecticidas reviertan su condición a susceptibles (Field y Blackman, 2003).

Los individuos resistentes presentan una mayor adecuación biológica en un ambiente con selección de los insecticidas, pero en general se postula también que los individuos resistentes presentan una menor adecuación biológica en ambientes en que no está presente esta presión de selección. Esto implica que la adquisición de resistencia conlleva costos de adecuación biológica en ambientes donde este carácter no es ventajoso, debido a que los cambios en las proteínas que son blanco o detoxifican a los insecticidas, producen efectos pleiotrópicos negativos en otros caracteres que afectan la adecuación biológica (McKenzie, 2001; Kliot y Ghanim, 2002; Bourguet et al., 2004). Sin embargo, varios análisis han encontrado que existe variabilidad dependiendo del tipo de resistencia y condiciones ambientales, que hacen que la evidencia disponible no siempre sustente esta hipótesis (Roush y McKenzie, 1987; Coustau et al., 2000; ffrench-Constant y Bas, 2017). Uno de los casos más estudiados corresponde al pulgón verde del duraznero (M. persicae), donde se presentan linajes asexuales con resistencia cruzada o múltiple a diferentes insecticidas que los hace predominantes en cultivos con frecuentes aplicaciones de estos productos. Sin embargo, en cultivos u hospederos silvestres (malezas) sin aplicación de insecticidas, su frecuencia disminuye rápidamente (Foster et al., 2000, 2002). Se ha demostrado que estos linajes asexuales del pulgón verde del duraznero (M. persicae) resistentes a insecticidas presentan menor capacidad de tolerar bajas temperaturas (Foster et al., 1996, 1997), de defenderse de sus enemigos naturales mediante liberación o respuesta frente a su feromona de alarma (Foster et al., 1999, 2003, 2005, 2007), o menores tasas de incremento poblacional (Foster et al., 2003; Fenton et al., 2010). No obstante, en otros estudios no se han detectado costos en términos metabólicos o reproductivos (Castañeda et al., 2011). Justamente, la existencia de costos en adecuación biológica de la resistencia a insecticidas es la clave que permite que disminuya su frecuencia al relajarse la presión de selección de los insecticidas. Por el contrario, algunas formas de resistencia a insecticidas que tienen bajos costos en términos de adecuación biológica, pueden permanecer en las poblaciones de plagas una vez relajada la presión de selección. Este es otro aspecto clave de las estrategias de mitigación del desarrollo de resistencia a insecticidas (Roush y McKenzie, 1987; McKenzie, 2001; Onstad y Guse, 2008).

Los costos asociados al desarrollo de la resistencia a insecticidas no necesariamente se mantienen en el tiempo, debido a que si se mantiene la presión de selección a través de muchas generaciones, pueden aparecen nuevas adaptaciones modificadoras que disminuyan los efectos negativos de la resistencia a insecticidas e incluso permitan que se fije el carácter de resistencia en la población de la plaga. Sin embargo, este fenómeno de coadaptación se ha descrito en muy pocos casos estudiados (McKenzie, 2001; ffrench-Constant y Bass, 2017).

3. GENÉTICA DE POBLACIONES Y ESTRATEGIAS DE MITIGACIÓN DE LA RESISTENCIA

Los factores que afectan el desarrollo de resistencia en las poblaciones de plagas están relacionados con procesos que regulan la frecuencia de los genes en las poblaciones y por lo tanto, deben ser comprendidos en esta escala de análisis en la organización biológica. Las tasas de evolución de la resistencia a insecticidas, es decir el cambio a través del tiempo de la frecuencia de los alelos que confieren resistencia, es producto de la interacción compleja entre los procesos de mutación, selección, flujo génico y deriva genética. En ausencia de la presión de selección ejercida por los insecticidas, los procesos de mutación y deriva genética son los determinantes de la frecuencia génica de los alelos que pueden conferir resistencia a un nuevo insecticida. Por el contrario, una vez que se utiliza ampliamente el insecticida, los procesos de selección y flujo génico determinan principalmente la tasa de evolución de resistencia frente a los insecticidas (Roush y Daly, 1990; Onstad y Guse, 2008).

Los modelos matemáticos desarrollados para estudiar la tasa de evolución de la resistencia a insecticidas indican que en general: i) la tasa de evolución aumenta con la intensidad de la selección, ii) la tasa de evolución aumenta con la dominancia de la resistencia, iii) la tasa de evolución disminuye con sus costos en adecuación biológica, iv) la tasa de evolución aumenta con la frecuencia inicial de alelos resistentes, y v) la tasa de evolución disminuye con el flujo génico de alelos susceptibles. Los efectos de la tasa de mutación, deriva génica, desequilibrio de ligamiento y epistasis sobre la tasa de evolución de resistencia son variables (Roush y Mckenzie, 1987; Roush y Daly, 1990; Onstad y Guse, 2008). Como resultado de estas conclusiones generales se han desarrollado estrategias para la mitigación del desarrollo de resistencia que se detallan a continuación (Roush y Daly, 1990; Tabashnik 1990; Hoy, 1998).

3.1. Aplicación secuencial de insecticidas con diferente modalidad de acción (rotación)

Esta estrategia predice que la frecuencia de individuos resistentes a un insecticida A declina durante la aplicación posterior de un segundo insecticida B. Supone que existen costos en adecuación biológica asociados a la resistencia, o inmigración de susceptibles desde las áreas vecinas. Esta es la estrategia más recomendada para mitigar el desarrollo de resistencia de plagas agrícolas frente a insecticidas convencionales.

3.2. Aplicación de insecticidas con diferente modalidad de acción en mosaicos espaciales (refugios)

Esta estrategia predice que la frecuencia de individuos resistentes a un insecticida A declina, si en los campos vecinos se aplica simultáneamente un segundo insecticida B. También supone que existen costos en adecuación biológica asociados a la resistencia, así como que existe inmigración de susceptibles desde las áreas tratadas vecinas. Esta es la estrategia más recomendada para mitigar el desarrollo de resistencia de plagas agrícolas frente a plantas transgénicas con toxinas de Bacillus thuringiensis var. kurstaki.

3.3. Aplicación de mezclas de insecticidas con distinta modalidad de acción (cóctel)

Esta estrategia predice que la frecuencia de individuos resistentes a un insecticida A declina, si se aplica mezclado con un segundo insecticida B. En este caso los supuestos incluyen: i) resistencia monogénica, ii) ausencia de resistencia cruzada, iii) baja frecuencia inicial de individuos resistentes, iv) similar persistencia de los insecticidas A y B, y v) resistencia funcionalmente recesiva (solo los homocigotos recesivos son resistentes).

3.4. Aplicación de insecticidas en dosis crecientes (sobredosis)

Esta estrategia predice que la frecuencia de individuos resistentes a un insecticida A declina, si se aplica el mismo insecticida A en una dosis mayor capaz de matar hasta los individuos resistentes. Esta estrategia en general no se recomienda, ya que produce incrementos crecientes en el costo económico y ambiental de la utilización de los insecticidas.

4. ÓMICAS DE LA RESISTENCIA A INSECTICIDAS

El advenimiento de los estudios genómicos, transcriptómicos y proteómicos está comenzando a permitir el análisis detallado y simultáneo de grandes grupos de genes, transcritos y proteínas que interactúan para expresar mecanismos de resistencia a los insecticidas en algunas especies de plagas (Homem y Davies, 2018). Hasta hace pocos años la resistencia a insecticidas que predominantemente se estudiaba desde el punto de vista de la biología molecular, tenía una base monogénica analizable con las herramientas disponibles, basadas sobre genes ya conocidos (kdr, MACE, etc.), mediante la reacción en cadena de la polimerasa (PCR), usando partidores heterólogos (desarrollados para especies diferentes) o genética reversa mediante la enzima transcriptasa reversa (Oakeshott et al., 2003; ffrench-Constant et al., 2004). Desde que las técnicas de secuenciación permitieron conocer el genoma de los primeros insectos modelo (como por ejemplo Drosophila melanogaster), hasta la capacidad de secuenciar genomas completos en tiempos y presupuestos alcanzables, las posibilidades de investigar los mecanismos de resistencia con esta aproximación están disponibles en bases de datos públicas para cada vez más especies de insectos plaga (Yin et al., 2016). Por ejemplo, la resistencia por incremento de actividad de enzimas detoxificadoras, producto de vías metabólicas compuestas por decenas de genes, ahora puede ser analizada con estas herramientas. Las familias de genes EST, GST y P450 se encuentran completamente catalogadas para varias especies, lo que ha permitido estudios de genómica comparada o el desarrollo de placas con microarreglos para estudiar sus niveles de transcripción (Oakeshott et al., 2003; ffrench-Constant et al., 2004). Similarmente, la capacidad de analizar secuencias en regiones que flanquean a mutaciones que brindan resistencia a insecticidas, permite establecer si estas mutaciones tienen un único origen seguido por dispersión o bien, múltiples orígenes en diferentes poblaciones (ffrench-Constant et al., 2004). Más recientemente, la utilización de técnicas que permiten controlar la expresión de genes y editar cambios en sus secuencias en especies de insectos modelo, permite predecir que su aplicabilidad para evaluar manipulativamente los mecanismos de la resistencia a insecticidas en insectos plaga tiene un gran potencial (Pittendrigh et al., 2008; Homem y Davies, 2018). En particular, la edición génica utilizando CRISPR/ Cas 9 se está convirtiendo en una herramienta clave para manipular mutaciones en genes candidatos y demostrar experimentalmente su rol funcional en la resistencia a insecticidas (Samantsidis et al., 2020; Homem et al., 2020).

5. SIMBIONTES Y RESISTENCIA A INSECTICIDAS

Diversos aspectos del éxito ecológico de los insectos plaga se han asociado a la presencia de microorganismos simbiontes (Douglas, 2015). También podría ser el caso de la resistencia a insecticidas, donde se han reportado algunos casos de plagas que presentan resistencia a insecticidas en asociación con cambios en la composición de especies en sus comunidades de microorganismos simbiontes (Pietri y Liang, 2018). En otros pocos casos, se ha demostrado que las capacidades de detoxificación que presentan los simbiontes intestinales entregan resistencia a algunos insecticidas (Kikuchi et al., 2012; Cheng et al., 2017). Estas asociaciones entre simbiontes y plagas tienden a ser variables, con su funcionalidad dependiente del contexto ambiental, por lo que su potencial relevancia en términos prácticos para el desarrollo de la resistencia a insecticidas está por evaluarse (Liu y Guo, 2019).

6. ESTATUS DE LA RESISTENCIA A INSECTICIDAS EN PLAGAS AGRÍCOLAS DE CHILE

La demanda global de alimentos ha convertido a Chile en uno de los principales exportadores de estos productos en el hemisferio sur. Este objetivo se ha alcanzado mediante la producción agrícola intensiva, la cual requiere un estricto control de las plagas principalmente mediante la aplicación de insecticidas. En este escenario, los estudios sobre el desarrollo de resistencia a insecticidas de las plagas de la agricultura en Chile, son pocos y frecuentemente alcanzan un nivel descriptivo inicial. Estos estudios han sido revisados por Silva (2003) y Araya et al., (2009), con pocas nuevas especies de plagas que puedan ser agregadas. Por otra parte, para algunas pocas plagas se ha podido estudiar en mayor profundidad este fenómeno, considerando sus mecanismos y consecuencias a nivel poblacional. En las siguientes secciones se detallarán los avances realizados en Chile para el pulgón verde del duraznero (M. persicae) y la polilla de la manzana (Cydia pomonella), ambas especies de plagas estudiadas globalmente y para las cuales se han desarrollado diversos métodos de análisis, desde los genes hasta las poblaciones, los que han sido aplicados para su estudio en nuestro país.

6.1. El pulgón verde del duraznero en Chile

El pulgón verde del duraznero (Myzus persicae), es una especie de áfido muy polífaga y que produce severas pérdidas económicas en variados cultivos agrícolas. Varios estudios han determinado que desarrolla resistencia a insecticidas mediante diversos mecanismos moleculares (Bass et al., 2014), por lo que en las últimas décadas se han aplicado las metodologías disponibles para establecer sus niveles y mecanismos de resistencia a insecticidas en distintos cultivos en Chile. Los primeros avances fueron realizados con la subespecie especializada en tabaco (M. persicae nicotianae), la cual fue detectada en Chile a fines de los años noventa. Los análisis realizados indicaron que se estaba en presencia de un solo linaje asexual, que contaba con niveles bajos a intermedios de resistencia a organofosforados asociado a incrementos de actividad de EST, así como sin otros mecanismos de resistencia como kdr o MACE (Fuentes-Contreras et al., 2004; Cabrera-Brandt et al., 2010). En este momento tampoco se presentaban niveles de resistencia a insecticidas neonicotinoides (Fuentes-Contreras et al., 2007a). La utilización de marcadores moleculares microsatélites permitió hacer un seguimiento de las posibles rutas de invasión de este linaje asexual a Sudamérica (Zepeda-Paulo et al., 2010). Al ampliar los estudios a poblaciones del pulgón verde del duraznero en otros cultivos, se detectaron niveles altos de resistencia al dimetil carbamato pirimicarb, asociado a la mutación MACE, mientras la frecuencia de la mutación kdr y súper kdr y la actividad de EST fue relativamente baja (Fuentes-Contreras et al., 2013). La presencia de mutaciones MACE, kdr y súper kdr no estuvo asociada a costos en adecuación biológica expresada como reproducción o tasa metabólica (Castañeda et al., 2011). Estudios más recientes han encontrado mayores frecuencias de mutaciones MACE, kdr y súper kdr en poblaciones de huertos de duraznero, cultivos de pimentón y sus malezas asociadas (Rubiano-Rodríguez et al., 2014, 2019; Rubio-Meléndez et al., 2018). Finalmente, en relación con la resistencia a insecticidas también se han desarrollado algunos estudios transcriptómicos con el pulgón verde del duraznero en Chile (Figueroa et al., 2007; Silva et al., 2012a, 2012b).

6.2. La polilla de la manzana en Chile

La polilla de la manzana (Cydia pomonella) es la plaga clave del cultivo de los frutales pomáceos en Chile y en el mundo. Esta plaga se controla mediante el uso de feromonas sexuales (capítulo 3 en este volumen) y frecuentemente mediante la aplicación de insecticidas. Desde inicios del siglo pasado esta plaga ha desarrollado resistencia a casi todos los grupos de insecticidas disponibles para su control (Reyes et al., 2009). Los estudios en Chile comienzan con la detección de actividad elevada de GST y P450 en poblaciones que presentaban resistencia a organofosforados y diacilhidrazinas (Reyes et al., 2004). Estos resultados luego fueron ampliados, confirmando resistencia a organofosforados, medida por incrementos de actividad GST (Fuentes-Contreras et al., 2007b), así como una baja prevalencia de mutación kdr y ausencia de MACE (Reyes et al., 2009). Los estudios más recientes indican que se mantiene la resistencia a organofosforados asociado a enzimas detoxificadoras (Reyes et al., 2015). Los niveles de resistencia a insecticidas encontrados en la polilla de la manzana en Chile, son en general más bajos a los observados en otras regiones productoras de pomáceas (Reyes et al., 2009), a pesar de que el uso de insecticidas para su control es predominante. Estudios de genética de poblaciones (Espinoza et al., 2007; Fuentes-Contreras et al., 2008) indican que existe un alto flujo génico entre las poblaciones de esta plaga de Chile central, el cual se expresa también a la escala de cada huerto con su entorno sin manejo (Basoalto et al., 2010; Fuentes-Contreras et al., 2014). La continua inmigración de polillas mayoritariamente susceptibles a insecticidas, desde los entornos sin manejo hacia los huertos de pomáceas de exportación con frecuentes aplicaciones de insecticidas, sería la causa de la mantención de poblaciones con bajos niveles de resistencia a insecticidas en Chile central.

7. CONCLUSIONES

Desde hace varias décadas la resistencia a insecticidas en las plagas es un fenómeno con importantes consecuencias para la producción agrícola global y de Chile. Este problema representa un desafío actual y creciente, dada su frecuente ocurrencia y la menor disponibilidad de insecticidas en el futuro. El estudio en profundidad de este fenómeno, requiere de una aproximación multidisciplinaria, que incluya desde aspectos de la biología molecular hasta la biología de poblaciones. A través de estos estudios se pueden generar las evidencias que permitan el desarrollo de políticas de mitigación de este problema, tanto para el sector público como para la industria agrícola y de plaguicidas.

8. REFERENCIAS

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CAPÍTULO 2

FISIOLOGÍA DE LOS LÍMITES Y TOLERANCIAS TÉRMICAS: SENSIBILIDAD, RESILIENCIA Y POTENCIAL DE ADAPTACIÓN AL CAMBIO CLIMÁTICO EN INSECTOS PLAGAS

SABRINA CLAVIJO-BAQUET¹, GRISEL CAVIERES² Y FRANCISCO BOZINOVIC²

¹ Sección Etología, Facultad de Ciencias,Universidad de la República. Montevideo, Uruguay. ² Center of Applied Ecology and Sustainability (CAPES),Pontificia Universidad Católica de Chile. Santiago, Chile.

RESUMEN

La temperatura ambiental ha sido descrita como uno de los factores abióticos con mayor impacto sobre la abundancia y distribución de los organismos, especialmente en ectotermos, que carecen de regulación interna de la temperatura corporal. En este sentido, la susceptibilidad de los organismos a la temperatura ha sido evaluada mediante el estudio de las tolerancias y límites térmicos. El uso de estas herramientas ha cobrado fuerza al momento de comprender y predecir los cambios en abundancia y distribución de las especies frente al cambio climático. Sin embargo, la naturaleza no lineal de la relación entre temperatura y las funciones biológicas, dificulta dichas predicciones, especialmente cuando se proyecta un aumento de la media y en la variabilidad en la temperatura. Es decir, que un aumento de la variabilidad térmica podría disminuir el nicho térmico respecto al observado en temperaturas constantes. Por otro lado, un aumento en el promedio y de la variación en la temperatura podría aumentar la variabilidad de la población favoreciendo, por ejemplo, los brotes de plagas. Esto pone de manifiesto la relevancia de comprender plenamente los mecanismos que determinan la relación entre la temperatura y la adecuación biológica de las especies, y así realizar predicciones de los efectos del cambio climático sobre su abundancia y distribución. Aquí se presentarán conceptos de eco-fisiología que explican de manera mecanicista cómo los organismos se relacionan con la temperatura y se mostrará con ejemplos como pueden llegar a ser excelentes herramientas para el manejo de plagas en el contexto del cambio climático.

1. INTRODUCCIÓN

La temperatura es una variable abiótica que afecta prácticamente todas las tasas biológicas en los organismos, desde las reacciones bioquímicas, el desarrollo, el crecimiento poblacional, hasta diversificación y extinción (Brown et al., 2004; Allen et al., 2006; Kingsolver, 2009; Arrighi et al., 2013; Puurtinen et al., 2016).

El Programa Internacional de Cambio Climático de las Naciones Unidas (IPCC) indica que uno de los efectos más importantes del rápido cambio climático es el aumento en la temperatura media del planeta y su variabilidad (Pachauri y Reisinger, 2007). En efecto, el cambio climático en gran parte del planeta incluye e incluirá aumentos en las variables meteorológicas medias (por ejemplo, temperatura, precipitación, radiación solar y viento), pero también la variabilidad o fluctuaciones de las mismas. De hecho, resulta cada vez más claro por parte de los climatólogos que el clima futuro se caracterizará en muchas regiones del planeta por el aumento en la frecuencia de fenómenos climáticos extremos o “eventos extremos”, como las olas de calor, las sequías severas, los huracanes, las lluvias torrenciales e inundaciones, entre otras. Los eventos extremos son fenómenos de muy distinto tipo que se caracterizan por su intensidad e impacto. La asociación entre los eventos extremos y el calentamiento global se confirma científicamente cada día y, además, como era de esperar, las predicciones de sus impactos negativos sobre la vida tienden a ser importantes (Pörtner 2002; Sunday et al., 2011; Saxon et al., 2018).

Los organismos ectotermos, entre ellos las especies plagas para la agricultura y las especies vectores de enfermedades, carecen de regulación interna de la temperatura corporal, y por consiguiente dependen directamente de la temperatura ambiental para el desarrollo de sus actividades (Huey et al., 2012). Por este motivo, son considerados particularmente vulnerables al cambio climático (Paaijmans et al., 2013) y han sido ampliamente utilizados para estudiar el impacto de la variabilidad climática sobre la distribución y abundancia de organismos (Alverson et al., 2001; Pachauri y Reisinger, 2007; Bozinovic y Pörtner, 2015).

El entendimiento de los factores ambientales y la sensibilidad de los organismos al cambio ambiental, son fundamentales para determinar el grado de vulnerabilidad de los organismos al ambiente (Williams et al., 2008). En este capítulo examinaremos la sensibilidad de organismos ectotermos a la temperatura y sus consecuencias poblacionales. Específicamente, revisaremos cómo este conocimiento puede nutrir el debate sobre planes de manejo de especies plagas para la agricultura y de especies vectores de enfermedades, a fin de hacer predicciones sobre el impacto del cambio climático sobre los organismos. En este sentido los atributos a analizar son: (1) la sensibilidad y plasticidad de los organismos frente al cambio, (2) la exposición (efecto de frecuencia e intensidad) al cambio, (3) la resiliencia o habilidad para recuperarse frente al cambio y (4) el potencial de adaptación genética al cambio.

2. TEMPERATURA AMBIENTAL Y DESEMPEÑO

2.1. Curvas de desempeño térmico y límites de tolerancia

La sensibilidad y vulnerabilidad de los organismos a la temperatura ambiental puede ser descrita a través del estudio de los límites de tolerancia (Terblanche et al., 2006; Rezende et al., 2011) y de las curvas de desempeño térmico (Angilletta, 2006; Kingsolver et al., 2014).

Los límites de tolerancia de los organismos se pueden estimar a través de la cuantificación de las temperaturas críticas mínima y máxima (CTmin y CTmax respectivamente). CTmin es la temperatura en la que los organismos experimentan una pérdida de función muscular coordinada, y CTmax es la temperatura en que comienzan los espasmos musculares (Terblanche et al., 2006). CTmin y CTmax han sido usualmente cuantificadas con dos métodos experimentales. El método “estático” que consiste en determinar el tiempo que demora un organismo en alcanzar la incapacidad física (ver arriba) a una temperatura dada, y el método “dinámico” o de “rampa” (Mitchell y Hoffmann, 2010) donde la temperatura se incrementa o disminuye gradualmente hasta que los individuos alcanzan la incapacidad física (ver Terblanche et al., 2011; Rezende et al., 2011 para una discusión metodológica).

Por otra parte, la curva de desempeño térmico, es una función que describe el cambio en un rasgo fenotípico (ej., tasa locomotora, tasa fotosintética, fecundidad, metabolismo) en un rango de temperaturas experimentales (Kingsolver et al., 2014). Con el incremento de la temperatura ambiental el desempeño de un organismo aumenta hasta alcanzar un óptimo, a partir del cual el desempeño cae abruptamente (Figura 2.1a). Varias características de esta curva merecen una atención especial. Primero, CTmax y CTmin son los puntos donde la curva se cruza con el eje de la temperatura y son los límites que definen el rango de tolerancias térmicas de los organismos, población o especie en el eje de temperatura. Por debajo del límite inferior y por encima del límite superior, el desempeño toma valores negativos, lo que significa que a esas temperaturas los organismos no pueden sobrevivir y/o reproducirse, es lo que se denomina muerte ecológica (Komoroske et al., 2014). Por otra parte, el punto de inflexión marca el punto donde la segunda derivada de la función es cero, o en otras palabras, donde la aceleración del desempeño comienza a disminuir (Estay et al., 2014). El desempeño máximo (Dmax), y su proyección en el eje x marca la temperatura óptima (To). Finalmente, el margen de seguridad térmico (TSM) es un índice inverso al riesgo de que un animal experimente su máxima tolerancia térmica, y se calcula como la diferencia entre CTmax y To. Las curvas de desempeño térmico se pueden construir con diversos indicadores de desempeño, por ejemplo, la tasa reproductiva, sobrevivencia, fecundidad, tasa metabólica, velocidad locomotora, entre otros (Huey et al., 2012), y pueden representar el modelo base o nulo para examinar la respuesta del organismo en un ambiente que cambia.

Figura 2.1

Curva de desempeño.

Estudios teóricos y empíricos utilizan las curvas de desempeño para predecir las consecuencias del cambio climático en el rendimiento y la adecuación biológica de los organismos (Williams et al., 2008; Huey et al., 2012; Bauerfeind y Fischer, 2013; Estay et al., 2014; Bartheld et al., 2017). Como indica Sinclair et al. (2016), es importante considerar que la curva de desempeño no es fija, sino que como todo rasgo, puede variar a lo largo de la vida de un organismo, y tal variación puede ser dependiente de la experiencia previa de los organismos, del rasgo que se está evaluando y del tiempo de exposición a la temperatura, entre otros (Angilletta, 2006; Hoffmann, 2010; Vasseur et al., 2014; Cavieres et al., 2016).

Los estudios que utilizan curvas de desempeño son variados (Foray et al., 2011; Sinclair et al., 2016; Bartheld et al., 2017). Algunos, han evaluado las curvas para comparar la sensibilidad térmica entre especies invasoras y nativas (Schulte et al., 2011; Cortes et al., 2016), otros han utilizado estas curvas en estudios de control biológico (Blanford y Thomas, 1999; Wang et al., 2012). Por ejemplo, Wang et al. (2012) evaluaron las tolerancias térmicas en himenópteros parasitoides y en sus hospederos y documentaron que To para el desarrollo de los parasitoides fue menor que para sus hospederos. Sumado a la baja plasticidad fenotípica del hospedero y a la proximidad del To a CTmax, esta interacción podría verse negativamente impactada por el incremento de la temperatura global. Es decir, altas temperaturas tendrían un mayor impacto negativo sobre la distribución del parasitoide que del huésped, lo que podría excluirlo en algunas regiones agrícolas (Figura 2.1b). De esta forma, el uso de curvas de desempeño térmico para evaluar el impacto del cambio climático global sobre los organismos es una herramienta útil, debido a que incorpora los límites y tolerancias fisiológicas de los organismos, y permite hacer predicciones sobre las consecuencias ecológicas de cambios en la temperatura del ambiente.

Relación entre temperatura y parámetros poblacionales

Las consecuencias poblacionales de la temperatura ambiental han sido ampliamente documentadas en la literatura (Gilchrist y Huey 2001; Bozinovic et al., 2011; Bauerfeind y Fischer 2013; Saxon et al., 2018). La evaluación del éxito de las especies frente a los cambios ambientales basándose en la respuesta de parámetros poblacionales es un análisis inclusivo ya que incluye ambos componentes de la adecuación biológica (i.e. sobrevivencia y fecundidad), véase Clavijo-Baquet y Bozinovic (2012). Sin embargo, es importante tener en cuenta los supuestos de dichos parámetros ya que los mismos restringen su uso para el estudio de la evolución de rasgos de historia de vida (Kozlowski, 1993), y también para otras aplicaciones. Por ejemplo, la tasa reproductiva neta (R₀) es el número de crías o huevos que produce una hembra a lo largo de toda su vida, por lo que este parámetro considera toda la vida del organismo (Pásztor et al., 1996) y debe ser utilizado en aquellos rasgos que se fijen a lo largo de la vida o en poblaciones que no estén aumentando el tamaño poblacional (Roff, 2010). Contrariamente, la tasa de crecimiento poblacional intrínseca (r) es una medida de la aptitud cuando los cambios de interés varían de un año a otro (Pásztor et al., 1996) y donde la densodependencia no influya o esté correlacionada al rasgo de interés (Roff, 2010). Las restricciones mencionadas anteriormente deben ser consideradas para el diseño de los experimentos, análisis de los resultados e implicancias ecológicas de los mismos.

De acuerdo a Estay et al. (2014), el efecto, tanto de la media como de la varianza de la temperatura sobre la adecuación biológica, dependerá de la temperatura corporal (que corresponde a la temperatura ambiental en un animal ectotermo), y de la sensibilidad térmica de los organismos (descrita a través de la curva de desempeño). Diversos autores proyectan los efectos de la temperatura sobre el desempeño de los organismos bajo tres escenarios de cambio climático: (1) cambios en la temperatura promedio, (2) cambios en la varianza de la temperatura, y (3) cambios en ambos, media y varianza de la temperatura (ver Figura 2.2, Bozinovic et al. 2011; Chown et al. 2010; Estay et al. 2014; Paaijamans et al. 2013). Por ejemplo, un incremento en la temperatura promedio sin cambios en la varianza de la temperatura, tendrá efectos positivos lineales si la temperatura corporal (T_b) está por debajo de To; el efecto será negativo si T_b está sobre el máximo desempeño (Dmax) (Figura 2.2a). Además, los autores teorizan que los cambios en la varianza de la temperatura serán positivos para los organismos solo si T_b está por debajo del punto de inflexión en la curva de rendimiento (Figura 2.2b). Por otro lado, los cambios tanto en media y varianza de la temperatura ambiental serán positivos si T_b está bajo el punto de inflexión, y negativos si T_b está sobre To. Finalmente, los efectos de la temperatura dependerán de la magnitud de la variabilidad térmica experimentada por los organismos entre el punto de inflexión y To, entonces pueden ser mixtos.

Figura 2.2

Desempeño de un ectotermo hipotético bajo los escenarios de cambio climático propuestos por Estay et al., 2014.

Los efectos poblacionales de los cambios en la media y la varianza en la temperatura, han sido evaluados experimentalmente en organismos modelo de fácil mantención en el laboratorio, como la mosca del vinagre, Drosophila melanogaster y el escarabajo de la harina, Tribolium confusum (Bozinovic et al., 2011; Clavijo-Baquet et al., 2014; Estay et al., 2011). En estos trabajos se encontró que los efectos de la variabilidad en la temperatura no son lineales, y que generan cambios positivos o negativos dependiendo si están por encima o debajo de To (Bozinovic et al., 2011; Estay et al., 2014). Por ejemplo, T. confusum presentó mayor crecimiento poblacional máximo (R_max) cuando los individuos estuvieron en un tratamiento con variabilidad térmica respecto al tratamiento constante (Estay et al., 2011). Esto podría deberse a que los individuos en el tratamiento de variabilidad térmica estuvieron por lo menos 12 horas dentro de su rango óptimo mientras que los individuos de tratamiento térmico constante estuvieron siempre fuera de su temperatura óptima. Por otro lado, D. melanogaster a temperatura alta y constante, cuando aumentó la variabilidad térmica R_max disminuyó mientras que en condiciones de frío el efecto de la variabilidad fue el opuesto, aumentando el R_max con la variabilidad en la temperatura (Bozinovic et al., 2011). Entonces, la evidencia experimental respalda el hecho de que los efectos de la variabilidad térmica dependen del valor promedio de la temperatura así como del hecho de si este valor está sobre o debajo To (ver Estay et al., 2011). En lo que respecta a las diferentes respuestas de los parámetros poblacionales a los cambios en temperatura promedio y su variabilidad, se encontró en D. melanogaster que los cambios en r fueron casi indistinguibles mientras que R₀ y el tiempo generacional (Tg) mostraron una respuesta similar y no lineal a la variabilidad en la temperatura (Clavijo-Baquet et al., 2014). Tanto R₀ y Tg mostraron un punto de inflexión frente a la variabilidad, disminuyendo por encima de temperaturas frías y aumentando con la variabilidad por debajo de esta condición (Clavijo-Baquet et al., 2014).

3. PAISAJES DE TOLERANCIA TÉRMICA

Los paisajes de tolerancia térmica (TTL por sus siglas en inglés) evalúan la tolerancia térmica de los organismos incluyendo el tiempo de exposición al estrés térmico además de la temperatura (Rezende et al., 2014). Con las estimaciones de los paisajes térmicos se incorpora explícitamente el hecho de que la sobrevivencia de los individuos frente a una temperatura desafiante depende del tiempo que se ve expuesto a la misma. Sin embargo, no es posible determinar desde el TTL la temperatura óptima de una especie y hasta el momento solamente considera la sobrevivencia y no evalúa el otro componente de la adecuación biológica como la fecundidad. Si bien esta herramienta es poderosa en términos predictivos respecto al estrés térmico, es necesario tamaños de muestra considerables y por ende muchos individuos para la construcción del paisaje de tolerancia térmico, lo que no es posible en todas las especies. Aún no ha sido evaluado en especies plagas.

4. SOBRE LA TOLERANCIA TÉRMICA Y EL ÉXITO DE INSECTOS PLAGAS AGRÍCOLAS

Se han estudiado los efectos del aumento del promedio y la variabilidad en la temperatura sobre la sobrevivencia y fecundidad en varias especies de insectos plagas (Terblanche et al., 2010; Zhang et al., 2015; Zhao et al., 2014). Del mismo modo, se han evaluado los efectos de la exposición acotada en el tiempo a altas temperaturas (i.e. ondas de calor) en varios estadios en diversos rasgos asociados a la sobrevivencia y fecundidad de los individuos (Zhang et al., 2015). Por ejemplo, Terblanche et al. (2010) encontraron que los adultos de la mosca de la fruta mediterránea, Ceratitis capitata, a bajas variabilidades térmicas mostraron capacidad de aclimatación en la mayoría de los rasgos estudiados y que modifican su tolerancia térmica (cambios en CTmax y CTmin). Sin embargo, al aumentar la variabilidad en temperatura su resistencia al estrés térmico disminuye en varios de los rasgos estudiados (Terblanche et al., 2010), a pesar que la fecundidad aumentó alrededor de su To. Pareciera que C. capitata es sensible al aumento de la temperatura y de la variabilidad a pesar que algunos de los rangos de temperatura evaluados son fácilmente encontrados en su rango de distribución geográfica (Terblanche et al., 2010).

Muchas veces los regímenes térmicos evaluados no son estrictamente los cambios proyectados por el cambio climático, lo que puede generar predicciones incorrectas respecto a los brotes de pestes frente al cambio climático. Por ejemplo, se estudió en el pulgón de la espiga, Sitobion avenae, los efectos del aumento de la variabilidad térmica de manera asimétrica con un aumento mayor en la temperatura nocturna, lo que es una de las proyecciones debido al cambio climático (Easterling et al., 1997; Meehl y Tebaldi, 2004), y que ya se observan en cultivos de avena de China (Zhao et al., 2014). Los autores encontraron que el aumento de la temperatura en la noche desplazaba To para el desarrollo de esta plaga en cerca de 3 °C, pero se reducía tanto la sobrevivencia y fecundidad en adultos (Zhao et al., 2014). En la misma especie de pulgón, se encontró que las fluctuaciones moderadas diarias en las temperaturas máximas tienen efectos negativos relativamente menores comparados con las condiciones más extremas (Ma, 2015).

En lo que respecta a cuáles estadios del ciclo de vida son los más sensibles a los cambios de temperatura, Chiu et al. (2015) evaluaron los efectos de las ondas de calor en diversos estadios del áfido Myzus persicae, encontrando que las ninfas y los adultos reproductivos son afectados mayormente que los adultos reproductivos tardíos (Chiu et al., 2015). En el caso de Plutella xylostella, las ondas de calor también afectaron la sobrevivencia y la fecundidad de manera diferencial en los distintos estadios del desarrollo (Zhang et al., 2015). En particular, cuando los individuos fueron expuestos por largo tiempo a altas temperaturas, pero moderadas durante etapas del desarrollo (i.e. larvas y pupas), se redujo el desempeño de los adultos (Zhang et al., 2015). Esta evidencia podría llegar a ser de utilidad para el control de esta plaga, ya que pareciera que exposiciones a ondas de calor temprano en el desarrollo generan una disminución de los componentes de la adecuación biológica (Zhang et al., 2015). Sin embargo, los efectos del aumento de la temperatura promedio y la variabilidad son más difíciles de elucidar (ver secciones previas).

5. SOBRE LA TOLERANCIA TÉRMICA DE INSECTOS VECTORES DE ENFERMEDADES

El estudio de la tolerancia térmica y otros rasgos fisiológicos en los insectos vectores de enfermedades ha cobrado gran relevancia debido al cambio climático y las consecuencias que el mismo puede tener sobre la distribución y abundancia de estos insectos nocivos para la salud. La mayoría de los vectores de enfermedades son artrópodos ectotérmicos, por lo tanto, sus rasgos de historia de vida, comportamiento y adecuación biológica están fuertemente influenciados por la temperatura ambiental (Paaijmans et al., 2010; Bozinovic et al., 2011; Estay et al., 2011; Paaijmans et al., 2013; Clavijo-Baquet et al., 2014). Por este motivo, la incidencia de las enfermedades trasmitidas por vectores (ETVs) son particularmente susceptibles al cambio climático (Lafferty, 2009). Sin embargo, no hay consenso sobre cuáles serán los cambios en las poblaciones de los vectores de ETVs con el cambio climático (Wilson, 2009). Algunos autores sugieren que la expansión de la distribución es más plausible (Pascual y Bouma, 2009), mientras que otros señalan que es más probable que se produzca un desplazamiento en la distribución (Lafferty, 2009). A partir de este debate se pone de manifiesto la idea de que los mecanismos que determinan la relación entre la temperatura y la aptitud del vector deben ser plenamente comprendidos para hacer predicciones adecuadas de los efectos del cambio climático sobre la incidencia de las ETVs (Pascual y Bouma, 2009). Además, la relación entre la temperatura y los parámetros poblacionales no es lineal, lo que plantea dificultad al momento de hacer predicciones sobre los cambios proyectados en temperatura (Estay et al., 2014; Lawson et al., 2015).

Por este motivo, la Organización Mundial de la Salud ha propuesto que para alcanzar las metas globales en el control de ETVs, es necesario un manejo integrado de vectores (WHO, 2012). La misma organización ha señalado que algunas de las dificultades para el control de vectores ha sido la incapacidad de tomar decisiones basadas en evidencia, lo que genera elecciones sub-óptimas, poco efectivas y que desperdician los recursos. Además, se suma la falta de planes de manejo adaptativos que incorporen los efectos del cambio climático, urbanización y degradación ambiental (WHO, 2012). Es importante resaltar que para algunas de las ETVs como el Dengue, la única aproximación disponible para reducir la incidencia de la enfermedad es el control del vector (Townson et al., 2005).

Mediante un estudio de caso en Triatoma infestans, el principal vector de la enfermedad de Chagas en el Cono Sur, explicaremos cómo el conocimiento del desempeño de individuos aclimatados a diferentes temperaturas puede ayudar a entender los posibles riesgos del aumento de la temperatura ambiental. La enfermedad de Chagas es causada por un protozoario parásito, el Trypanosoma cruzi (Trypanosomatidae), y es trasmitido por insectos triatominos domésticos que generalmente viven en grietas de viviendas rurales mal construidas o en estructuras del peridomicilio (ej., gallineros) (WHO, 2002). Esta ETV se encuentra restringida a las Américas donde se estima que seis millones de personas están infectadas (WHO, 2002; Schofield et al., 2006), generando costos médicos de 267 millones de dólares al año solamente en Colombia (Castillo-Riquelme et al., 2008). La trasmisión ocurre cuando un vector infectado se alimenta de la sangre humana y, a la vez defeca, por lo cual las heces infectadas entran en contacto con la mordedura, los ojos, la boca o cualquier ruptura de la piel cuando la persona se frota instintivamente. Hoy en día, la transmisión vectorial de Chagas por Triatoma infestans ha sido interrumpida en Chile, Uruguay, Brasil y algunas regiones de Paraguay, Argentina y Bolivia (WHO 2002; Schofield et al., 2006). Además, Uruguay ha erradicado el vector de los hábitats domésticos, y su abundancia disminuyó considerablemente en los peri-domésticos con una infectabilidad individual menor al 1% (MSP, Uruguay). Sin embargo, la presencia de focos silvestres de T. infestans en Chile (Bacigalupo et al., 2006; Bacigalupo et al., 2010), Bolivia (Noireau et al., 2005) y Argentina (Ceballos et al., 2011) plantea dificultades a los planes de control de enfermedades, debido a la posible re-colonización de los ambientes peri-domésticos (Noireau et al., 2005).

En este contexto, Clavijo-Baquet et al. (datos no publicados) estudiaron la tolerancia térmica de individuos de T. infestans mediante la estimación de la curva de desempeño de individuos aclimatados a diferentes tratamientos térmicos que representan las temperaturas promedio de invierno en los microambientes peri-domésticos con y sin aumento de la variabilidad, 18±0 °C y 18±5 °C). También se aclimataron individuos a la temperatura óptima que es fácilmente alcanzada dentro de los hogares, que es el óptimo de la especie, con y sin variabilidad (27±0 °C y 27±5 °C). Luego de ajustar y seleccionar entre varios modelos aditivos generalizados (GAMs), el mejor ajuste para los datos incluyó el tratamiento, la masa y una interacción entre ambas, además de la relación no-lineal entre el desempeño locomotor y la temperatura (“splines”) que describen la forma de la curva (Figura 2.3). Los individuos de todos los tratamientos respondieron a la aclimatación con respecto a la curva de pre-aclimatación (Figura 2.3); sin embargo, los cambios más relevantes se observaron a las bajas temperaturas (i.e. 18±0 °C y 18±5 °C). Los individuos aclimatados a temperaturas variables (18±5 °C) presentaron mayor desempeño a las bajas temperaturas en la primera porción de la curva (i.e. temperaturas entre los 8 y 24 °C) en relación a los individuos aclimatados a 18±0 °C. Como estas temperaturas de aclimatación representan las temperaturas de invierno en las zonas de los focos silvestres en la región Central de Chile, los resultados muestran que frente a inviernos con temperaturas variables, las vinchucas estarán activas antes en el verano (Figura 2.3). Por otro lado, los tratamientos alrededor de la temperatura óptima con y sin variabilidad (i.e. 27 ±5 y 27 ±0 °C), evidenciaron los efectos negativos de la variabilidad cuando se corrigen las curvas por tamaño corporal (Figura 2.3). Este estudio de caso evidencia la necesidad de monitorear los focos silvestres en Chile de T. infestans y poner especial énfasis en las posibles medidas de control frente a aquellos inviernos donde aumente la temperatura y su variabilidad.

Figura 2.3

Predicciones del mejor modelo para las curvas de desempeño locomotor en individuos de T. infestans aclimatados a tratamientos térmicos que representan diferentes escenarios de cambio climático.

Tabla 2.1

Resumen de parámetros fisiológicos y ecológicos que pueden ser utilizados como aproximaciones de la tolerancia térmica de las especies de ectotermos.

6. CONCLUSIONES

La fisiología ecológica y evolutiva dispone de diversas herramientas para poder entender cómo los organismos y las especies, especialmente de ectotermos, podrían responder al cambio climático, las cuales se encuentran resumidas en la Tabla 2.1. La aplicación de la teoría y herramientas biológicas para dilucidar las causas de los problemas ambientales actuales no es nueva. Sin embargo, hay una renovada apreciación de la importancia de integrar, por ejemplo, el conocimiento fisiológico, en los modelos ecológicos para predecir con mayor exactitud los impactos de los cambios globales sobre los organismos, la biodiversidad y la salud pública. Proponemos que la emergente ciencia del cambio global debe considerar formalmente los mecanismos que explican la sensibilidad, la resiliencia y el potencial de adaptación al cambio climático de especies nativas y cultivadas, así como los efectos de vectores de las enfermedades sobre poblaciones humanas enfrentadas a diferentes escenarios globales.

7. AGRADECIMIENTOS

FB y GC agradecen el financiamiento de CONICYT PIA/BASAL FB002 y proyecto FIA PYT-2018-0058. SCB agradece el financiamiento de FONDECYT Iniciación N° 11160839 y Fondo Vaz-Ferreira N° 27. FB Agradece a FONDECYT 119007 y 1170017.

8. REFERENCIAS

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CAPÍTULO 3

FEROMONAS Y SU USO EN EL MANEJO DE PLAGAS

JAN BERGMANN¹, EDUARDO FUENTES-CONTRERAS² Y TANIA ZAVIEZO³

¹ Instituto de Química, Pontificia Universidad Católica de Valparaíso. Valparaíso, Chile. ² Centro de Ecología Molecular y Funcional en Agroecosistemas (CEMF),Facultad de Ciencias Agrarias, Universidad de Talca. Talca, Chile. ³ Facultad de Agronomía e Ingeniería Forestal, Pontificia Universidad Católica de Chile. Santiago, Chile.

RESUMEN

Las feromonas son compuestos liberados por un individuo que causan una reacción específica en otro individuo de la misma especie. Desde el inicio de los estudios sobre feromonas de insectos a partir de los años sesenta, se ha visualizado el potencial que tienen estos compuestos naturales en el manejo de plagas. Este capítulo resume información sobre aspectos básicos de feromonas, enfatizando aspectos químicos y biológicos, para luego discutir los avances de su uso en el manejo de plagas y presentar ejemplos relevantes para Chile.

1. INTRODUCCIÓN

Las feromonas son sustancias secretadas por un individuo y recibidas por otro individuo de la misma especie, en el cual induce una reacción específica, por ejemplo un determinado comportamiento o cambio fisiológico. El término “feromona” deriva del griego pherein, portador, y hormon, excitar (Karlson y Lüscher, 1959). La primera feromona cuya estructura fue esclarecida es bombikol (1) (Figura 3.1), identificada en el año 1959 por Butenandt desde hembras del gusano de seda, Bombyx mori (Lepidoptera: Bombycidae). Poco después de la identificación de bombikol, ya se contaba con evidencia que compuestos químicos no solo median interacciones entre individuos de la misma especie, sino también entre diferentes especies. De esta manera, se tuvo que ampliar la terminología, definiendo semioquímicos como compuestos involucrados en la comunicación química, los que se subdividen en feromonas y aleloquímicos. Estos últimos actúan entre diferentes especies y a su vez se subdividen en kairomonas (benefician el receptor) y alomonas (benefician el emisor) (Brown et al., 1970).

Figura 3.1

Estructura de bombikol, la primera feromona identificada.

El estudio de semioquímicos puede ser motivado por la aspiración de generar conocimiento fundamental sobre procesos de transmisión de información entre diferentes organismos a nivel molecular, o por la posibilidad de emplear estas sustancias en el manejo de plagas, o una combinación de ambos factores. De hecho, poco después de la identificación de las primeras feromonas, se reconoció el potencial que estos compuestos tienen en el manejo de plagas y los resultados de los primeros experimentos exitosos fueron publicados en 1967 (Gaston et al., 1967; Shorey et al., 1967). Hoy está disponible comercialmente una amplia gama de productos basados en feromonas para el manejo de plagas, gracias a un gran esfuerzo de la comunidad científica (Baker et al., 2016).

Por su especificidad, las feromonas de insectos han sido las más estudiadas en vista de su potencial aplicación en el campo. Para la identificación de una feromona y el desarrollo de su uso en el manejo de plagas, se requiere un trabajo altamente interdisciplinario, en el cual se deben aplicar conocimientos de la química, la biología y la agricultura. Por lo anterior, este capítulo se enfoca en resumir aspectos fundamentales de la química y de la biología de feromonas, para luego discutir cómo estos compuestos se pueden usar en el manejo de plagas agrícolas.

2. ASPECTOS QUÍMICOS DE FEROMONAS

2.1. Estructuras de feromonas

2.1.1. Estructura de los compuestos orgánicos

Los compuestos orgánicos contienen invariablemente átomos de carbono e hidrógeno y pueden contener además átomos de otro tipo (llamados heteroátomos) como oxígeno, nitrógeno, azufre, fósforo, entre otros. El átomo de carbono tiene la particularidad de poder formar enlaces estables con otros átomos de carbono, pudiendo resultar en cadenas de longitud variable y/o ciclos de tamaño variable. Estas estructuras además pueden poseer ramificaciones y, en teoría, no hay límite para el número de átomos de carbono de los cuales puede estar formado un compuesto, lo que, junto con la posibilidad de la presencia de uno o más heteroátomos, explica el gran número y la gran diversidad de compuestos orgánicos.

El tamaño de la molécula y la presencia de grupos funcionales determinan las propiedades físicas y químicas de un determinado compuesto. Los compuestos sin grupo funcional son aquellos que solo contienen carbono e hidrógeno unidos por enlaces simples (estos son los alcanos y cicloalcanos). Los demás compuestos contienen uno o más grupos funcionales, y algunos de los más comunes presentes en productos naturales, incluyendo feromonas de insectos, son el doble y el triple enlace carbono-carbono (en alquenos y alquinos, respectivamente), el grupo hidroxilo -OH (en alcoholes), el grupo amino -NH₂ (en aminas) y el grupo carbonilo >C=O (en aldehídos, cetonas, ésteres, entre otros).

La nomenclatura sistemática de compuestos orgánicos fue definida por la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC) y consiste de un prefijo que indica el número de átomos de carbono de la cadena más larga y un sufijo que indica el grupo funcional de mayor prioridad, además de indicar los eventuales sustituyentes en la cadena o ciclo principal (Favre y Powell, 2013).

2.1.2. Isomería

Otro aspecto que aumenta la diversidad de estructuras de compuestos orgánicos es la posibilidad de la existencia de isómeros. Isómeros son compuestos diferentes pero que tienen la misma fórmula molecular (es decir, contienen la misma cantidad de cada tipo de átomo). Por ejemplo, un doble enlace puede ocurrir en cualquier lugar a lo largo de una cadena, dando lugar a isómeros posicionales. La posición del doble enlace se indica con el número del primer átomo de carbono contado desde el extremo más cercano al grupo funcional de mayor prioridad, como queda ilustrado en los alcoholes isoméricos 7-dodecen-1-ol (2, Figura 3.2) y 9-dodecen-1-ol (3). La presencia de un doble enlace abre, además, la posibilidad de la existencia de estereoisómeros, en los cuales hay diferencias en la ubicación de algunos átomos o grupos en el espacio. Contrario a lo que ocurre en un enlace simple, la posición espacial de los grupos unidos a los dos átomos de un doble enlace está fijada, dando lugar a isómeros geométricos. Por ejemplo, existen dos estereoisómeros del compuesto acetato de 11-tetradecenilo, componente de la feromona de varias especies de tortrícidos, que se diferencian por tener los grupos unidos a los dos carbonos del doble enlace en lados opuestos (isómero E o trans) (4, Figura 3.4) o en el mismo lado (isómero Z o cis) (5), respectivamente. Otro tipo de estereoisómeros son los enantiómeros, también conocidos como isómeros ópticos. El fenómeno asociado es la quiralidad (del griego cheir = mano). El prototipo de un objeto quiral, y de ahí el nombre, son las dos manos de una persona: son imágenes especulares entre ellas, sin embargo, no son idénticas. Así, el compuesto 2-nonanol, componente de la feromona de algunos insectos del orden Trichoptera (Löfstedt et al., 2008; Löfsted et al., 1994), existe en dos formas diferentes, que tienen la relación de imágenes especulares entre sí y que se distinguen por la orientación del grupo hidroxilo en el espacio (6 y 7, Figura 3.2). Los dos enantiómeros se nombran con las designaciones (R) y (S), según las reglas definidas por la IUPAC.

2.1.3. Diversidad de estructuras de feromonas

Desde el punto de vista químico, las estructuras de feromonas son muy diversas. El grupo más estudiado con respecto a sus feromonas son probablemente los lepidópteros. Muchas estructuras producidas por estos insectos son acetatos, alcoholes o aldehídos con una cadena de entre 10 a 18 átomos de carbono que posee uno o más dobles enlaces (feromonas “tipo I”) (1-5, 8-10, Figuras 3.1, 3.2 y 3.3). La diversidad de las estructuras surge de la variación de la longitud de la cadena, la identidad del grupo funcional, además de la cantidad, posición y geometría de los dobles enlaces (Ando et al., 2004). Otro grupo importante de feromonas de lepidópteros son hidrocarburos derivados del ácido linoleico

Figura 3.2

Diferentes tipos de isomería en algunas feromonas de Lepidoptera y Trichoptera. Ver texto para explicaciones.

o ácido linolénico, con una cadena de entre 17 a 25 átomos de carbono, y sus derivados epoxidados (feromonas “tipo II”) (11-12, Figura 3.3) (Millar, 2000).

Las feromonas de especies pertenecientes a otros órdenes (13-16, Figura 3.4) presentan gran diversidad estructural y pueden ser agrupados por ejemplo de acuerdo a su supuesto origen biosintético (por ejemplo, acetogeninos, poliquétidos, terpenoides) o basados en su estructura (generalmente de acuerdo a sus grupos funcionales). La base de datos de feromonas probablemente más completa es “The Pherobase”, disponible en internet (El-Sayed, 2017) y existen varias publicaciones que han resumido la información existente sobre la comunicación química en Lepidoptera (Allison y Cardé, 2016a; Ando et al., 2004), Coleoptera (Francke y Dettner, 2005), Hymenoptera (Ayasse et al., 2001; Keeling et al., 2004), Heteroptera (Millar, 2005), Diptera (Wicker-Thomas, 2007), y, más allá de los insectos, en bacterias (Chhabra et al., 2005; Winans y Bassler, 2008), y mamíferos (Burger, 2005).

Figura 3.3

Feromonas de Lepidoptera del tipo I (8-10) y tipo II (11, 12).

3. IMPORTANCIA DE LA ESTRUCTURA QUÍMICA EN LA ACTIVIDAD BIOLÓGICA

3.1. Propiedades

Las propiedades físicas y químicas dependen de la estructura del compuesto, y pueden determinar también aspectos de su actividad biológica. Feromonas que deben actuar a través de la distancia, por ejemplo para la atracción de una pareja para el apareamiento (feromonas de largo alcance), deben ser volátiles y en consecuencia generalmente son moléculas apolares de bajo peso molecular. Feromonas de corto alcance, por ejemplo usadas para marcar una localidad, pueden ser moléculas de mayor peso molecular comparado con las feromonas de largo alcance (Alberts, 1992).

3.2. Especificidad de feromonas

La especificidad de una señal química puede estar dada por la estructura de la molécula. Esto supone que un determinado compuesto es usado solamente por una única especie para transmitir informaciones. Por ejemplo, las feromonas de especies de “chanchitos blancos” (Hemiptera: Pseudococcidae), poseen estructuras poco comunes, siendo la mayoría de ellos derivados de terpenos con estructuras irregulares, y en casi todos los ejemplos conocidos las hembras producen un solo compuesto que es único para cada especie (Zou y Millar, 2015). De esta forma se asegura la existencia de un canal de comunicación exclusivo, incluso en caso de co-existir dos o más especies en el mismo hábitat.

Sin embargo, en muchos casos, diferentes especies pueden compartir un mismo compuesto en sus respectivas feromonas. En estos casos, la feromona suele ser una mezcla de dos o más compuestos en una definida relación y el término “feromona” se refiere a la mezcla completa de compuestos, y los compuestos individuales se denominan “componentes” de la feromona, y es la mezcla en su totalidad, y no sus componentes individuales, que conforman la señal específica. La mayoría de las feromonas de lepidópteros consisten de un componente principal y uno o más componentes minoritarios que son estructuralmente muy similares entre ellos. La variación de la identidad y/o de la relación de los compuestos presentes en la mezcla permite crear una señal específica, incluso entre dos especies muy cercanas. Por ejemplo, el componente principal de las feromonas de Heliothis virescens y Helicoverpa zea (Lepidoptera: Noctuidae) es en ambas especies (Z)-11-hexadecenal (17, Figura 3.5). La discriminación entre las dos especies se basa en que hembras de H. virescens, pero no las de H. zea, producen además (Z)-9-tetradecenal (18), y la presencia de este compuesto es por un lado necesaria para la atracción de machos de H. virescens y por otro lado inhibe la atracción de machos de H. zea (Klun et al.,1979).

Aparte de diferencias químicas, otros mecanismos de aislamiento reproductivo son por ejemplo diferencias temporales (estacionales o diarias) o espaciales en la actividad (Greenfield y Karandinos, 1979).

Figura 3.5

Discriminación entre dos especies relacionadas utilizando mezclas de compuestos similares. Ver texto para explicaciones.

3.3. Isómeros y especificidad

Las diferencias estructurales entre isómeros, aunque puedan parecer sutiles, pueden ser percibidas fácilmente por un insecto y pueden tener efectos dramáticos sobre el comportamiento. Por ejemplo, en Proeulia auraria (Lepidoptera: Tortricidae), el componente principal de la feromona, acetato de (E)-11-tetradecenilo (4), es atractivo para machos, sin embargo, la presencia de tan solo 4% del isómero geométrico, acetato de (Z)-11-tetradecenilo (5), inhibe la atracción de los machos hacia trampas (Reyes-García et al., 2014). En cambio, este último compuesto es el componente principal de la feromona de Proeulia triquetra, lo que probablemente es parte de un mecanismo de aislamiento reproductivo entre estas dos especies sincrónicas y simpátricas (Bergmann et al., 2016). De manera similar, los dos enantiómeros de un compuesto quiral también pueden tener actividad biológica diferente, y la importancia de la quiralidad en la actividad biológica de feromonas ha sido resumida por Mori (2007).

Para aplicaciones prácticas, por tanto, se debe prestar atención a la posible presencia de estereoisómeros y es necesario determinar la actividad biológica de isómeros no naturales que pueden estar presentes en los compuestos sintetizados y usados en campo.

4. IDENTIFICACIÓN Y SÍNTESIS DE FEROMONAS

Desde el punto de vista químico, las etapas en la identificación de una feromona son la extracción o la captura del o de los compuestos desde el insecto, la separación de los compuestos por métodos cromatográficos, seguido de la aplicación de técnicas analíticas para su identificación y finalmente la síntesis del compuesto. En caso de ser necesario, estas etapas deben ser acompañadas de la realización de bioensayos. Los métodos empleados en las diferentes etapas han sido resumidos en varias publicaciones, por ejemplo por Howse et al. (1998), Millar y Haynes (1998) y Haynes y Millar (1998).

Uno de los principales retos en la identificación química de una feromona es la poca cantidad producida por el insecto, que usualmente se encuentra en el rango de los pg a ng (10-¹² a 10-⁹ g), lo que previene el empleo de Resonancia Magnética Nuclear, una técnica más poderosa pero menos sensible. Para compuestos volátiles, la cromatografía de gases acoplado a espectrometría de masas (GC/MS) es la técnica de elección, pero esta requiere pruebas y evidencias adicionales para la identificación inequívoca de un compuesto desconocido. En particular, para corroborar la identificación tentativa realizada sobre la base de los resultados obtenidos por GC/MS y otras técnicas y pruebas, es necesario comparar los datos analíticos del compuesto natural con los del respectivo compuesto sintético. Este puede estar comercialmente disponible, pero en la mayoría de los casos es necesario realizar la síntesis a partir de precursores comercialmente disponibles. Se pueden diseñar varias rutas hacia un determinado compuesto, y todos requieren cerciorarse que 1) se obtenga el esqueleto de carbono correcto, 2) los grupos funcionales estén en la correcta posición y 3) se produzca el estereoisómero correcto. Para elegir entre diferentes rutas sintéticas, algunos factores a considerar son la cantidad de pasos requeridos, el precio y la disponibilidad de los reactivos, los rendimientos de las diferentes reacciones y por último, para aplicaciones a mayor escala, la posibilidad de producir grandes cantidades. La síntesis de feromonas ha sido resumida en varias ocasiones (Aleu et al., 2007; Bergmann et al., 2009; Mori, 1981, 1992, 2004; Zarbin et al., 2009).

Finalmente, para completar la identificación de una feromona, se requiere evidencia que el o los compuestos sintéticos modifican el comportamiento del insecto, mostrado en ensayos en el laboratorio y/o en el campo.

5. ASPECTOS BIOLÓGICOS DE FEROMONAS

5.1. Tipos de feromonas según comportamiento que están mediando

El origen evolutivo de feromonas es todavía objeto de investigación (Stökl y Steiger, 2017), pero lo que se puede constatar es que a lo largo de los procesos evolutivos, la comunicación química se ha diversificado de manera que, en la actualidad, las feromonas intervienen en diversos aspectos ecológicos y variados comportamientos de insectos. Se debe tener presente que diferentes especies pueden exhibir diferentes comportamientos, por lo cual no todas las especies poseen todos los tipos de feromonas. El tipo más estudiado (y más utilizado en aplicaciones de campo) son probablemente las feromonas sexuales. Estas son emitidas por un sexo y su función es proveer información al sexo opuesto para que este pueda encontrar y elegir una pareja para el apareamiento. En la mayoría de los casos conocidos, son las hembras que emiten feromonas sexuales, aunque también se conocen especies, del orden Coleoptera en su mayoría, en las cuales las producen los machos (Landolt, 1997). Las feromonas de agregación atraen a ambos sexos de una especie. Los mecanismos para agregarse son complejos y pueden estar basados en una ventaja al vivir en grupo, o puede ser una respuesta a la feromona sexual emitida por individuos del mismo sexo, interceptando la comunicación entre sexos en búsqueda de mejores opciones de apareamiento (Wyatt, 2003). Aunque no son limitados a ese grupo, feromonas de agregación muchas veces se encuentran en Coleoptera (Landolt, 1997) y uno de los sistemas más estudiados es la agregación de algunos escolítidos (Ips spp. y Dendroctonus spp.) que infestan a pinos en grandes números (Howse et al., 1998). Una gran ventaja de usar feromonas de agregación en el manejo de plagas es que, a diferencia de las feromonas sexuales, atraen a ambos sexos. Otros tipos de feromona cuyo uso en el manejo de plagas ha sido mucho menos explorado o exitoso (Howse et al., 1998) son por ejemplo feromonas de alarma (encontrados en algunos Hemiptera e insectos sociales), feromonas de reclutamiento (presentes en insectos sociales), feromonas de disuasión (por ejemplo de la oviposición, como en algunos Lepidoptera (Blaakmeer et al., 1994) y Diptera (Hurter et al., 1987), o feromonas “primer” (que inducen cambios fisiológicos).

5.2. Factores que controlan la respuesta de insectos a feromonas

En los inicios de los estudios sobre feromonas, se pensaba que la respuesta de un insecto hacia un estímulo era predeterminada y que ocurría de forma casi automática (Kennedy, 1972). Hoy existe amplia evidencia que la respuesta a una feromona puede estar condicionada por varios otros factores, y algunos tienen directa implicancia en su uso en el manejo de plagas. Como se mencionó antes, la integridad de la señal es importante para evocar una respuesta, y la ausencia de uno o dos componentes de una feromona multicomponente puede provocar una disminución en la llegada a la fuente de la señal (Linn et al., 1987). Asimismo, en el caso de especies con una amplia distribución geográfica, se debe tener presente que puede haber una variación geográfica de la composición de la feromona y/o de la respuesta hacia ella (Allison y Cardé, 2016b), por lo que un determinado cebo no necesariamente tiene el mismo efecto para diferentes poblaciones de la misma especie. La respuesta a una feromona también puede ser modulada por otros tipos de señales. Por ejemplo, muchos insectos usan volátiles de la planta hospedera, en adición a la feromona, para la localización de una pareja (Xu y Turlings, 2018). Estímulos visuales (colores o formas) también pueden tener un rol en la atracción de insectos hacia un estímulo olfativo (Barros-Parada et al., 2013). Por otra parte, la actividad y fisiología de insectos sufre cambios circadianos, y muchas veces la respuesta a una feromona ocurre solamente durante ciertas horas del día. Asimismo, durante la vida del insecto adulto, la receptividad puede cambiar de acuerdo a la madurez sexual y/o experiencias previas (Anderson y Anton, 2014; Gadenne et al., 2016). Por último, se debe tomar en consideración que factores ambientales como temperatura y humedad (Rousse et al., 2009) o presión atmosférica (Pellegrino et al., 2013) también pueden tener influencia en la actividad de insectos.

6. FEROMONAS EN EL MANEJO DE PLAGAS

6.1. Monitoreo

Las feromonas, y en especial las sexuales, han sido usadas para monitoreo de insectos por más de 50 años, partiendo con el uso directo de hembras no apareadas y posteriormente con feromonas sintéticas (Witzgall et al., 2010). El monitoreo de lepidópteros usando feromonas sexuales ha sido el más frecuente, y en menor medida el monitoreo de coleópteros usando feromonas de agregación. Recientemente, el uso de feromonas para monitoreo de hemípteros ha aumentado, luego de la identificación y síntesis de las feromonas sexuales de chanchitos blancos (Pseudococcidae) (El-Sayed et al., 2010; Millar et al., 2002; Roda et al., 2012; Zada et al., 2004), y de la feromona de agregación del chinche apestoso marrón marmoleado (Halyomorpha halys Stál), una plaga que recientemente ha invadido Europa y Estados Unidos (Khrimian et al., 2014).

Además de las feromonas, kairomonas han sido usadas para monitoreo de plagas, particularmente volátiles emitidos por plantas, alimento u hospederos, siendo el principal blanco insectos del orden Diptera, incluyendo plagas agrícolas (ej., moscas de la fruta (Shelly et al., 2014)) y vectores de enfermedades en animales y humanos (ej., moscas del establo, mosca doméstica, mosquitos (Geden, 2005)). Kairomonas también han sido usadas en combinación con feromonas, ya sea para aumentar la atracción (ej., feromonas de agregación de coleópteros de la corteza con volátiles de pino (Seybold et al., 2006)), o para capturar ambos sexos (ej., feromonas sexuales de polilla de la manzana con volátiles del alimento (Knight et al., 2014; Knight y Light, 2005)).

Interesantemente, el uso de volátiles para el monitoreo de enemigos naturales de plagas es casi inexistente, a pesar de que se conoce que las feromonas sexuales de algunas plagas son atractivas para sus parasitoides (Franco et al., 2008; Pekas et al., 2015; Teshiba y Tabata, 2017), y depredadores (Urbina et al., 2018). Recientemente, se ha explorado el uso de feromonas producidas por enemigos naturales (ej., iridodial, feromona de agregación emitida por machos de algunas especies de crisopas (Zhang et al., 2006)), y volátiles de plantas (constitutivos o inducidos por el daño de herbívoros) para el monitoreo de enemigos naturales (Jones et al., 2011, 2016; Mills et al., 2016).

El uso de feromonas en monitoreo puede dividirse en tres fines principales: (1) detección o prospección, (2) fenología y (3) abundancia poblacional. Es muy importante tener claro cuál de estos objetivos se persigue antes de su implementación en terreno, ya que esto determinará las técnicas específicas a usar (tipo de volátiles, trampas, etc.), distribución de trampas (interior huertos, periferia, distancia, etc.), frecuencia de revisión (diaria, semanal, etc.) y muy importantemente el número de trampas o esfuerzo muestreal. Estos aspectos a su vez influirán en los costos del monitoreo, incluyendo materiales y tiempo de personas calificadas. A continuación, se discutirán los aspectos claves a considerar para el monitoreo de cada objetivo, y se ejemplificará su utilidad con un caso relevante en Chile.

6.1.1. Monitoreo para detección o prospección de plagas

Compuestos volátiles específicos, como las feromonas, son muy útiles en programas de vigilancia nacionales, porque permiten detectar tempranamente incursiones de plagas cuarentenarias en un país o zona geográfica (Witzgall et al., 2010). Su gran utilidad radica en que el área prospectada por unidad de esfuerzo y su sensibilidad son por lo general considerablemente mayores que cualquier otro método de prospección. Por ejemplo, Planococcus minor (Hemiptera: Pseudococcidae), especie que no había sido encontrada en Estados Unidos continental, fue detectada en Florida usando trampas de feromonas. Estas capturaron machos en todos los sitios, comparado con la inspección visual de más de 14.000 muestras de tejidos vegetales hasta encontrar una hembra de esta especie (Roda et al., 2012).

La detección de plagas a nivel predial con trampas de feromonas también es útil, particularmente para especies migratorias o que infestan los cultivos desde el entorno, ya que sirve para determinar cuándo es necesario iniciar acciones complementarias de monitoreo o control en la unidad productiva. Por otra parte, usar atrayentes especie-específicos para la detección de especies de importancia cuarentenaria para mercados de exportación tienen potencial uso en enfoques de sistemas para el manejo del riesgo de plagas (“system approach”, NINF 14) (FAO, 2002), algo que aún no se ha explorado suficientemente.

Aspectos claves de un exitoso monitoreo para detección o prospección de plagas usando volátiles son: usar compuestos lo más específicos posible (nivel de especies), en altas dosis si es para vigilancia fitosanitaria (mayor rango de atracción), con trampas que no requieran mantención muy frecuente, distribuidas en los frentes de invasión o en lugares claves (puertos, aeropuertos, pasos fronterizos). Tanto la frecuencia de revisión como la densidad de trampas no necesitan ser particularmente altas, y esto puede ajustarse al riesgo asociado a diferentes épocas del año y zonas geográficas.

Hay dos casos interesantes de destacar, relevantes para Chile y otros países. El primero es el programa de monitoreo de la mosca del mediterráneo (Ceratitis capitata) (Diptera: Tephritidae), que se realiza desde hace más de 20 años con kairomonas (proteína hidrolizada, trimedlure), usando trampas McPhail y trampas pegajosas (tableros o tipo delta) (SAG, s.f.-b). Las áreas de muestreo más sensibles incluyen pasos fronterizos y grandes ciudades, porque su entrada al país se asocia al movimiento de personas, y la red de trampeo permite detectar incursiones tempranas y activar planes de erradicación localizados (SAG, s.f.-b). El segundo caso corresponde a la prospección nacional de la polilla del racimo de la vid (Lobesia botrana) (Lepidoptera: Tortricidae), iniciada en 2008, usando la feromona sexual en trampas delta (SAG, s.f.-a). Este programa permite conocer las regiones del país donde la plaga está presente y definir, de acuerdo a niveles de capturas y superficie de detección, zonas de contención, supresión o erradicación (SAG, s.f.-a). En esta especie, la feromona también ha sido usada en estrategias de control directo (ver 4.3).

6.1.2. Monitoreo de fenología

Conocer la fenología de plagas a lo largo del año, particularmente en especies que presentan generaciones con poco traslape, permite saber cuándo están presentes los estados de desarrollo susceptibles al control (Knight, 2007; Witzgall et al., 2010). En casos que estos son difíciles de observar, se puede estimar el momento de su presencia si se conoce (i) la relación entre tasa de desarrollo del organismo y temperatura (modelos fenológicos),

(ii) la temperatura que experimenta el organismo diariamente y (iii) momento de inicio de acumulación térmica con el modelo (“biofix”) (Higley et al., 1986). Las trampas de feromonas han sido usadas para determinar el biofix, principalmente para lepidópteros en climas templados (Higley et al., 1986). En especies con generaciones traslapadas y vuelos permanentes, pero con una estación sin actividad, las trampas de feromonas se usan para conocer el inicio y fin del vuelo de adultos y con ello las épocas de riesgo de daño al cultivo (Ahmad y Ali, 1995).

Dentro de los aspectos claves para este propósito de monitoreo están: usar volátiles específicos, que idealmente atraigan el estado a controlar o hembras adultas, trampas que faciliten el recuento frecuente (ej., pisos removibles), distribuidas acorde a las diferentes condiciones climáticas del campo o huerto, y su número puede ser reducido (una cada 4 a 10 ha) (Kehat et al., 1994). Sin embargo, en este caso la frecuencia de revisión es clave, y debe ser lo suficientemente frecuente para detectar los eventos biológicos con la precisión deseada (ej., inicio vuelos de diferentes generaciones en la temporada, momento aparición hembras, etc.). En épocas críticas, la revisión diaria de trampas puede ser necesaria. Algo muy importante de tener en cuenta es que con este diseño la relación entre capturas en trampas y abundancia poblacional o potencial daño es baja o nula dado: las pocas muestras (pocas trampas para ser representativas de la abundancia), la fenología propia de la especie (pocas generaciones y sin traslape) y los efectos de las condiciones climáticas en la actividad de los insectos (ej., temperatura, viento, lluvias).

Las especies para las cuales más se han utilizado feromonas para estimar su fenología, tanto en Chile como en el extranjero, son polillas de la fruta, y en particular la polilla de la manzana (Cydia pomonella) (Lepidoptera: Tortricidae). El desarrollo de modelos fenológicos para estimar el desarrollo de esta se inicia hace casi 100 años (Glenn, 1922), aunque su aplicación se empezó a masificar en la década del 1980 debido a la posibilidad de contar con feromona sexual sintética, mejores equipos para medir condiciones ambientales, desarrollo de hardware y softwares computacionales para hacer los cálculos necesarios y, posteriormente, las mayores restricciones al uso de insecticidas de amplio espectro y larga residualidad (Higley et al., 1986; Knight, 2007; Kührt et al., 2006; Riedl, 1980). Protocolos de trampeo similares se han desarrollado en muchas regiones productoras de manzanas y nogales, especificando época de muestreo, tipo de trampa y volátiles, distribución, posición y número de trampas y frecuencia de muestreo (Kehat et al., 1994; Riedl, 1980). Una de las debilidades del monitoreo de C. pomonella con la feromona sexual es que la fenología de las hembras adultas no es directamente observable, y que en lugares con confusión sexual para su control no es posible seguir la fenología del vuelo de machos. Por esta razón, se ha buscado mejorar esta técnica de monitoreo combinando la feromona con kairomonas (éster de pera y ácido acético).

6.2.3. Monitoreo para estimar abundancia poblacional

Este enfoque busca relacionar capturas en trampas con el nivel poblacional y el potencial daño económico, para determinar la necesidad de control basado en la abundancia de la plaga. A pesar de ser potencialmente una de las herramientas más útiles para la toma de decisiones de control a nivel campo, los ejemplos son escasos, incluso en lepidópteros.

Los aspectos claves para lograr adecuadamente este propósito de monitoreo son: usar atrayentes específicos, que atraigan el estado que predice bien el daño potencial, y usar trampas que faciliten el recuento frecuente (ej., pisos removibles) o incluso puedan automatizarse (Potamitis et al., 2017). También es crítico el número de trampas, su distribución en la unidad productiva, la frecuencia de revisión y la dosis de feromona o atrayente (Flores et al., 2015; Jactel et al., 2006). La dosis de la feromona debe ser tal que genere un acotado rango de atracción, porque de otra manera muchos individuos desde fuera del cuartel o potrero podrían ser capturados, y esto impediría describir bien la abundancia de la plaga al interior de este. Por lo tanto, en comparación con los otros dos objetivos de monitoreo, este requiere una mayor cantidad de trampas por unidad de superficie, un protocolo más específico y detallado, y una buena interpretación de las capturas, que considere factores bióticos y abióticos relevantes.

Un grupo de insectos donde las capturas en trampas de feromonas han presentado buenas correlaciones con abundancia poblacional y/o daño son los pseudocóccidos (Flores et al., 2015; Millar et al., 2002; Waterworth et al., 2011). Las feromonas sexuales de chanchitos blancos (Hemiptera: Pseudococcidae) han sido investigadas en Chile y otros países para estimar abundancia poblacional y potencial daño (Flores et al., 2015; Millar et al., 2002; Waterworth et al., 2011). Nuestro grupo ha estudiado dos especies de importancia para la fruticultura: chanchito blanco de la vid (Pseudococcus viburni) y chanchito citrófilo (Pseudococcus calceolariae). En la primera especie encontramos una relación entre las capturas de machos en trampas de feromonas en distintas épocas del año con la abundancia de estados móviles en la planta y los niveles de daño a cosecha en vid de mesa (Nuñez, 2007), y en la segunda especie establecimos una relación con la abundancia de estados móviles, el número de individuos por fruto y la proporción de frutos infestados en manzanos (Flores et al., 2015). La mejor predicción de la abundancia basada en las capturas en trampas de feromonas en el caso de los pseudocóccidos comparado con los lepidópteros, posiblemente se explica por las diferencias biológicas entre estos insectos. Por ejemplo, las hembras de los pseudocóccidos no vuelan y los machos tienen corta vida, por lo que sus poblaciones tendrían rangos más acotados espacialmente, permitiendo una mejor relación captura-abundancia.

7. CONTROL POR TRAMPEO MASIVO Y CEBOS TÓXICOS (“ATRACTICIDAS”)

El uso de feromonas y otros compuestos volátiles para el control directo de plagas tiene un largo desarrollo. Recientemente, El-Sayed et al. (2006) revisaron el potencial del trampeo masivo y cebos tóxicos o “atracticidas” (attract and kill o lure and kill) (El-Sayed et al., 2009) en el manejo de plagas y erradicación de especies invasoras. Además, Gregg et al. (2018) y colaboradores revisaron los avances en el desarrollo de atracticidas con compuestos no feromonales para controlar plagas agrícolas.

7.1. Mecanismos de acción

Estos dos enfoques tienen un mecanismo de acción similar, y se diferencian de manera importante del control por confusión sexual (ver 8.). En el trampeo masivo y atracticidas, el insecto debe dirigirse hacia la fuente de emisión y es eliminado de la población, ya sea porque es capturado o porque es intoxicado con un insecticida (o en unos pocos casos, infectado por microorganismos entomopatógenos) (El-Sayed et al., 2006; El-Sayed et al., 2009; Gregg et al., 2018). En confusión sexual, en general se desea desorientar al insecto para que no encuentre a la pareja para el apareamiento, y no es removido de la población. Otras diferencias prácticas entre los enfoques de control son la cantidad de la feromona o atrayente (mayor en confusión sexual) y de otros materiales (mayor en trampeo masivo), la dificultad de aplicación y la necesidad de mantención (mayores en trampeo masivo).

Si bien los mecanismos de acción de trampeo masivo y atracticidas son similares, en atracticidas el comportamiento debe darse a muy corto alcance para que el insecto entre en contacto con el insecticida, mientras que en trampeo masivo, esto no es necesario (Curkovic et al., 2009). Además, en atracticidas, el compuesto tóxico no debe disminuir el efecto del atrayente o producir repelencia. Por otra parte, en el trampeo masivo, el diseño de la trampa es muy importante, no solo por facilidad de manejo, sino que también porque su forma, color y ubicación pueden ser determinantes en la atracción de los insectos.

Los aspectos claves para lograr éxito con estos enfoques han sido discutidos en detalle por El-Sayed et al. (2006, 2009), y Gregg et al. (2018). Entre los más destacados están: (a) competitividad de los compuestos de atracción en relación a las fuentes naturales (ej. hembras vírgenes, alimento); (b) abundancia de la plaga, siendo estas técnicas denso-dependientes negativas (mayor efecto con menores poblaciones), lo que las hace atractivas en programas de erradicación; (c) riesgo de inmigración, particularmente de hembras apareadas cuando se usan feromonas sexuales. Gregg et al. (2018) además discutieron los avances normativos necesarios (ej., registros) que podrían favorecer su desarrollo comercial.

7.2. Desarrollo y usos

El desarrollo e investigación en trampeo masivo y atracticidas para el manejo de plagas ha sido menor que para confusión sexual, pero en los últimos 10 años ha aumentado significativamente (cantidad de publicaciones al 2018 vs 2006 usando la misma base de datos de

El-Sayed et al., 2006). Por otra parte, hay una mayor variedad de plagas, ambientes y compuestos volátiles investigados en trampeo masivo y atracticidas que en confusión sexual. Para trampeo masivo, además de lepidópteros, existe un gran desarrollo en coleópteros, dípteros y recientemente en himenópteros y trips, y para atracticidas principalmente en lepidópteros y dípteros (El-Sayed et al., 2006, 2009; Gregg et al., 2018). Estos dos enfoques se han usado tanto para plagas agrícolas y forestales, vectores de enfermedades en animales y humanos, plagas de almacenaje, invernaderos y más recientemente en plagas domésticas (El-Sayed et al., 2006, 2009; Gregg et al., 2018). Entre los compuestos usados, además de feromonas sexuales, hay feromonas de agregación y otros semioquímicos como volátiles emitidos por alimentos, plantas o animales, y mezclas de distintos tipos de volátiles (Gregg et al., 2018).

En Chile existen pocos ejemplos del uso de estas técnicas en el manejo de plagas. Para la polilla del tomate, Tuta absoluta (Lepidoptera: Gelechiidae), se ha usado trampeo masivo con la feromona sexual para su control en invernaderos, y su uso ha aumentado desde que la plaga invadió Europa (Aksoy et al., 2016; Vacas et al., 2013). Otro ejemplo aún en desarrollo es Pseudococcus calcolariae, especie para la cual nuestro grupo usó trampas de feromona y láminas pegajosas colgando de ellas, en un huerto de manzanos orgánicos. Con ellas se capturó 33 veces más machos en trampas con feromona y sus láminas que en aquellos sin la feromona, siendo las láminas pegajosas las principales responsables (Jan Bergman y Tania Zavieso, datos no publicados). Estos resultados sugieren que este enfoque debería explorarse en más detalle. El trampeo masivo usando volátiles también se ha explorado para el control de la avispa chaqueta amarilla, Vespula germanica

(Hymenoptera: Vespidae) (Curkovic et al., 2017).

En el caso de atracticidas, el mayor uso ha sido para el control de moscas de la fruta usando volátiles alimenticios con insecticidas (cebo-insecticida) (revisado por Shelly et al., 2014), y en Chile se usa como parte de las estrategias de erradicación de incursiones de mosca de la fruta (SAG, s.f.-b).

8. CONTROL POR CONFUSIÓN SEXUAL

La confusión sexual, o entorpecimiento de apareamiento, es una técnica de manejo de plagas que consiste en la saturación del ambiente con su feromona sexual sintética, para interferir la conducta de apareamiento de las plagas (Rodríguez-Saona y Stelinski, 2009). Esto produce una disminución de la frecuencia y/o un retraso del periodo de cópula, reduciendo finalmente la fecundidad y la densidad poblacional en la siguiente generación (Baker, 2008; Cardé, 2007).

Esta técnica ha sido particularmente exitosa en el control de lepidópteros, donde según estimaciones recientes se aplica en unas 750.000 ha anualmente a nivel mundial (Miller y Gut, 2015). Debido al impulso de subsidios estatales en algunos países, que facilitan el acceso a esta tecnología, la confusión sexual ha sido aplicada en programas de manejo en área extensa, los cuales consideran el control en grandes superficies, incluyendo el manejo extrapredial de las plagas (Ioriatti et al., 2011; Ioriatti y Lucchi, 2016; Knight, 2008; Lance et al., 2016; Witzgall et al., 2008).

Debido a la alta especificidad de las feromonas sexuales, las cuales atraen solo a una o a veces a algunas pocas especies cercanas filogenéticamente, la confusión sexual es una técnica de manejo de plagas muy selectiva (Baker, 2008; Cardé, 2007). De igual forma el impacto ambiental asociado a su utilización es mínimo (Cardé, 2007). Esto se debe a su baja toxicidad frente a diversas especies, así como su alta volatilidad y rápida transformación o degradación en el campo, que hace que su exposición a otros organismos sea mínima, así como también la posibilidad de dejar residuos en los productos agrícolas (OECD, 2002). Además, la baja cantidad de feromona sexual que se libera, en comparación con la aplicación de plaguicidas y fertilizantes, hacen que su uso sea seguro para los trabajadores agrícolas y consumidores (Cardé, 2007; OECD, 2002). Los productos para la confusión sexual de lepidópteros tienen un proceso de registro con menores requisitos que los plaguicidas convencionales en USA, así como sus componentes están exentos de tolerancias en los productos agrícolas (EPA, 2018).

La confusión sexual es compatible con programas de manejo integrado de plagas, que incluyen la utilización de insecticidas selectivos, la técnica de machos estériles y el control biológico, entre otros (Cardé, 2007; Knight, 2008). La confusión sexual, si bien utiliza compuestos químicos sintéticos, debido a que son idénticos al compuesto natural, están permitidos en la producción orgánica (Benuzzi y Ladurner, 2017). La utilización de confusión sexual no ha producido casos de desarrollo de resistencia, a diferencia de la utilización de plaguicidas sintéticos.

La utilización de confusión también enfrenta limitaciones técnicas, las cuales deben considerarse al momento de su utilización. Un buen desempeño requiere que se aplique en superficies grandes y homogéneas, nunca menores de una hectárea (Baker, 2008). A mayor superficie aumenta la relación área/perímetro, es decir hay menos bordes en proporción al centro, lo que favorece la formación de una nube de feromona continua menos expuesta a ser desplazada de los bordes por el viento (Baker, 2008; Cardé, 2007). Debido a que esta técnica impide o retrasa la cópula de los insectos plaga presentes en el lugar donde se aplique, no tiene efecto sobre la inmigración de hembras que pueden ser fecundadas en áreas cercanas sin presencia de confusión sexual (Baker, 2008; Cardé, 2007). Para mitigar el riesgo de infestación externa de los bordes del cultivo, se recomienda la aplicación de insecticidas que protejan el cultivo en sectores más expuestos a la inmigración (Baker, 2008; Cardé, 2007). La confusión sexual es más efectiva sobre poblaciones bajas a moderadas de la plaga, básicamente debido a que la probabilidad de cópula en el periodo de vida fértil de las plagas es un fenómeno denso-dependiente (Baker, 2008; Cardé, 2007). Esta tecnología debe ser instalada en forma oportuna, antes del periodo de apareamiento de la plaga, para lograr evitar o retrasar la cópula y consecuentemente el daño al cultivo por la siguiente generación (Baker, 2008).