Posible contribución del sistema de endurecimiento de la cutícula en la evolución y la terrestrialización de los insectos
Los insectos han existido durante cerca de 480 millones de años, lo que les da mucho tiempo para arrastrarse, gatear, excavar y revolotear por toda la superficie de nuestro planeta.
Bueno, casi por todas partes. Sorprendentemente, pocas especies viven en los océanos, y los científicos han estado tratando de averiguar por qué es así.
Un equipo de investigación de los EE. UU. y Japón propuso recientemente una interesante hipótesis para esto, afirmando haber descubierto una "explicación simple para una pregunta de larga data".
Proponen que una enzima única que ayuda a los insectos a endurecer sus cubiertas, llamada multicobre oxidasa-2 (MCO2), es la razón por la que son raros en ambientes marinos pero les va bien en tierra.
El biólogo Tsunaki Asano de la Universidad Metropolitana de Tokio, que dirigió el equipo, ha demostrado previamente que los insectos han desarrollado un mecanismo especial para endurecer su resistente capa exterior que utiliza oxígeno molecular y MCO2.
Ahora, Asano y sus colegas explican en una revisión publicada cómo esto pone a las diversas criaturas en desventaja en los océanos, pero les ayuda a prosperar. Esencialmente se reduce a la abundancia de productos químicos en cada entorno y cuán livianos son los exoesqueletos de los insectos.
"La aparición de insectos es un evento importante en la evolución de la vida en la Tierra", escribe el equipo, "y destaca una expansión adaptativa clave de los organismos vivos en un nuevo ecosistema terrestre".
Algunas de las criaturas más exitosas del planeta, los insectos son el grupo más grande en el filo Arthropoda, que contribuye con la mayor biomasa de todos los animales terrestres. Desempeñan un papel crucial en el mantenimiento del equilibrio de la vida en la Tierra.
Imagen: Un árbol filogenético que muestra la relación ecoevolutiva entre Insecta y Crustacea. (Asano et al., Physiol. Entomol., 2023)
Los conocimientos recientes de la filogenética molecular han revelado que los insectos y los crustáceos (que en su mayoría viven en los océanos) pertenecen al mismo clado, llamado Pancrustacea.
Aunque los insectos se separaron de sus ancestros crustáceos y desarrollaron estilos de vida terrestres, ambos tienen todavía exoesqueletos hechos de cerumen y una cutícula resistente de carbohidratos llamada quitina.
Esta cutícula es una capa protectora que recubre la superficie del cuerpo, manteniendo la humedad dentro y los gérmenes fuera, como nuestra piel. Más que una bonita carcasa, también protege el cuerpo de las fuerzas mecánicas externas y ayuda a mantener la forma y la movilidad del cuerpo, actuando como un andamio externo.
Sin embargo, mientras que los crustáceos usan principalmente calcio del agua de mar para endurecer sus cutículas y convertirlas en caparazones, los insectos usan oxígeno molecular para transformar sus cutículas en cubiertas duraderas para sus órganos a través de la mediación de MCO2.
Imagen: Los crustáceos endurecen sus caparazones con calcio, mientras que los insectos endurecen sus exoesqueletos con oxígeno, igualando lo que abunda en sus hábitats. (Universidad Metropolitana de Tokio)
Asano y sus compañeros de trabajo argumentan que la presencia de oxígeno en el aire hace que la tierra sea mucho más atractiva para los insectos. El mar es ahora un lugar duro para ellos porque no hay suficiente oxígeno, sin mencionar que ya alberga y alimenta a muchas especies mejor adaptadas.
Para ventaja de los insectos, su cutícula se vuelve más dura y seca a través de la ruta MCO2, lo que crea un biomaterial que es protector mientras se mantiene más o menos tan liviano como una pluma. Esta es una llamativa distinción en comparación con los crustáceos, cuyas conchas son mucho más densas debido a una proporción directa entre la densidad de la concha y el nivel de calcificación, lo que no se presta bien a la vida en el aire.
Es posible que los insectos hayan desarrollado la capacidad de trepar a las plantas, deslizarse y, finalmente, volar gracias a la acción de MCO2, lo que les permite moverse con mayor facilidad y llenar nichos ecológicos previamente desocupados.
El equipo cree que MCO2 podría ser lo que hace que los insectos sean únicos; como dicen en su artículo, "sin MCO2, sin insectos".
Al explicar aún más la especificidad de los insectos, Asano y su equipo señalan que: "otros artrópodos, incluidos los parientes más cercanos de los insectos, los hexápodos que no son insectos, como los colémbolos y los diplura, no poseen genes para MCO2".
Los investigadores señalan que los insectos no son los únicos artrópodos que se han adaptado a la vida en tierra firme, por lo que MCO2 no es un requisito necesario para salir con éxito de su morada en el océano y establecerse en tierra firme.
Pero la forma única en que se hacen las cutículas de los insectos proporciona mucha información sobre qué tan bien evolucionaron para residir en el entorno terrestre.
"Si los insectos no hubieran adquirido el sistema mediado por MCO2, la evolución y el éxito de los insectos podrían haber sido significativamente diferentes de lo que observamos actualmente", concluye el equipo.
"Esperamos más debates sobre la evolución de los insectos y la terrestreización basados en este punto de vista".
La revisión ha sido publicada en Physiological Entomology: Eco-evolutionary implications for a possible contribution of cuticle hardening system in insect evolution and terrestrialisation
