Los brocosomas

 

Los brocosomas son gránulos microscópicos de estructura compleja, secretados por los saltamontes, recientemente comentados (https://tinyurl.com/wmbt8r3m) en este blog lapesteloca hablando de grillos, que también son llamados chicharritas en México, son aquellos insectos que pertenecen a la familia Cicadellidae, del orden Hemiptera. Los brocosomas, fueron descritos por primera vez en 1952 con la ayuda del microscopio electrónico.

 

El nombre, es derivado de las palabras griegas ("brochos": malla o red) y  ("soma": cuerpo), y se refieren a la característica superficie reticulada de estos gránulos. La mayoría de las especies de saltamontes producen brocosomas huecos, esféricos, 0.2–0.7 micrómetros de diámetro, con una pared exterior en forma de panal. A menudo constan de 20 células hexagonales y 12 células pentagonales, de manera que cada brocosoma tiene la forma de un icosaedro truncado lo que equivaldría a la geometría de una pelota de fútbol y de una molécula de C₆₀, el llamado “buckminsterfullereno”. La composición química incluye varios tipos de proteínas y, según algunos estudios, también lípidos.

 

El buckminsterfullereno, “buckybola” o “futboleno” es una molécula de fullereno esférico, con la fórmula empírica C₆₀, que presenta una estructura tridimensional en forma de jaula integrada por anillos de carbono unidos en una configuración de icosaedro truncado que se asemeja a un balón de fútbol. El descubrimiento casual de una tercera forma alotrópica del carbono en 1985, dio a conocer una estructura fundamentalmente diferente de jaulas cerradas de carbono, que se denominaron  fullerenos.

 

Esta nueva familia de "compuestos" no planos de carbono ha generado un inmenso interés dentro de la comunidad científica en un corto periodo de tiempo, con miles de artículos publicados sobre fullerenos y materiales basados en fullerenos en los años 1990s.Los brocosomas se encuentran en la superficie del cuerpo de las hembras de los saltamontes y a veces en sus huevos. Son unas estructuras submicroscópicas, hidrofóbicas que ayudan a mantener la cutícula seca. También se han encontrado estas partículas en muestras de aire por lo que se pensó que era posible que fácilmente contaminasen cualquier superficie, lo que explicaría la razón de algunos informes erróneos sobre los brocosomas en otros insectos.

 

Al sistema excretor de los artrópodos y tardígrados lo denominan Túbulos de Malpighi. Ellos son una serie de tubos ciegos, largos y angostos que se desarrollan por evaginación de la parte anterior del último segmento intestinal o proctodeo. ​ Cada tubo posee una sola capa de células con un extremo ciego y otro extremo que desemboca en el aparato digestivo. El número total de túbulos varía según la especie, en general en múltiplos de dos; pero puede haber más de un centenar.

 

En la mayoría de los insectos, los tubos de Malpighi poseen musculatura que sirve para mezclar el contenido de los túbulos y para aumentar el contacto de los tubos con la hemolinfa. Determinadas órdenes de insectos Thysanura, Dermaptera y Thysanoptera no poseen tales músculos. Otros como los Collembola, -que son hexápodos relacionados con los insectos- y los Aphididae (del orden Hemiptera) carecen totalmente de tubos de Malpighi. Se desconoce si los sistemas de los arácnidos, insectos y miriápodos son del mismo origen evolutivo, homólogos, o no, ya que otros grupos de invertebrados tienen sistemas excretores de otro tipo, llamados nefridios.

Los tubos de Malpighi son eficientes en desechar productos nitrogenados innecesarios con una mínima pérdida de agua. Mecanismo utilizado por muchos arácnidos e insectos que pueden colonizar entornos muy áridos. La pre-orina que se forma por medio del transporte de electrolitos y desechos nitrogenados se cree que a través de las paredes permeables de los túbulos, estos desechos como urea y aminoácidos pasan por difusión mientras que los iones como sodio y potasio requieren un mecanismo activo de bombeo y el agua sigue a estos iones. La pre-orina junto con los productos de la digestión se mezclan en el intestino posterior, y en ese punto, el ácido úrico cristaliza (se precipita) mientras que los iones de sodio y potasio junto con el agua son reabsorbidos por ósmosis activa en el recto. El ácido úrico que queda es eliminado con las heces. Este es el modo de acción más simple de los tubos de Malpighi en insectos como los ortópteros.

 

La orina no se forma en los túbulos de Malpighi por filtración, como ocurre en protonefridios y metanefridios, sino que surge a partir de la secreción activa de K⁺ (y en ocasiones también de Na⁺) hacia la luz del túbulo. En ese transporte no participa la ATPasa de Na⁺/K⁺, sino una ATPasa V, no tan común pero muy antigua. Al parecer, la ATPasa V genera un gradiente de protones entre la luz del túbulo (alta concentración) y la hemolinfa (baja concentración), de manera que el movimiento de protones desde el interior del túbulo hacia el medio interno impulsa el movimiento en sentido contrario de K⁺ (y Na⁺), mediante el concurso de transportadores CPA (antiporters catión-protón) localizados en determinadas células epiteliales de los túbulos. Este dispositivo permite transportar ciertas sustancias contra gradiente gracias a la energía que aporta una sustancia que se mueve a favor de su gradiente de concentración, protones en este caso.

 

Los largos tubos “malpighianos” se suelen encontrar enrollados y se encuentran bañados por hemolinfa y en proximidad a tejidos adiposos. Las células de sus paredes son ricas en la proteína actina que sirve de soporte y en microfilamentos para la propulsión de sustancias. Los brocosomas son producidos por determinadas células glandulares especializadas de los túbulos de Malpighi (el principal órgano excretorio de insectos, que a veces realiza otras funciones). Cada célula simultáneamente produce muchos brocosomas en el citoplasma a través del complejo de Golgi, y los excreta al exterior de modo que los libera en el lumen del túbulo (ver esquema).

El fluido formado en los túbulos llega al intestino posterior con una concentración osmótica similar a la de la hemolinfa, aunque con una composición muy diferente. Ciertas células especializadas del recto pueden seguir modificando las características del fluido antes tubular y ahora rectal. Su papel es especialmente necesario en condiciones de baja disponibilidad de agua. En esos casos se puede producir una intensa reabsorción de agua, en la que está implicado también el KCl, cuya reabsorción en el recto permite que se produzca el movimiento de agua desde la luz rectal a la hemolinfa. Esa reabsorción de agua puede dar lugar a una fuerte elevación de la concentración osmótica, lo que unido a la secreción activa de protones hace que el ácido úrico llega a precipitar, de manera que es expulsado al exterior en forma de uratos sólidos o semisólidos.

 

Después de cada muda, el saltamontes emite del ano gotitas de líquido con brocosomas y procede a desparramarlas sobre el nuevo tegumento. Continúa desparramando brocosomas por todo el cuerpo durante el acicalamiento, y se ayuda para esto, con hileras o grupos de espinas en las patas. La capa de brocosomas es muy hidrofóbica, es decir, repele el agua y también repele las secreciones del mismo insecto, algunas de las cuales pueden ser irritantes.

 

En varias especies del Nuevo Mundo, los saltamontes cubren las masas de sus huevos con brocosomas. Las hembras preñadas de algunos géneros dejan de producir brocosomas típicos y producen otros alargados de hasta 20 μ de longitud; antes de poner los huevos la hembra deposita estos brocosomas en sus alas anteriores y después los transfiere a los huevos recién puestos con sus patas posteriores. Esta masa polvorienta puede servir de protección contra parasitoides de huevos del orden Hymenoptera (uno de los órdenes más numerosos de insectos, con unas 153 000 especies descritas -cuyo nombre proviene de sus alas membranosas- y comprende a las abejas, abejorros, avispas y hormigas, entre otros.

El sistema formado por los túbulos de Malpigio y el recto es, como hemos visto, muy flexible, puesto que puede dar satisfacción a necesidades muy dispares en lo que al balance hídrico se refiere. Esa flexibilidad se basa en el recurso al transporte activo de sales y a unas disposiciones microanatómicas complejas que permiten recuperar agua en condiciones en que el resto de especies de invertebrados no pueden hacerlo. Es posible que esa gran flexibilidad haya sido una de las claves del gran éxito de este grupo, al que pertenece el mayor número de especies animales existentes.

 

Como hemos comentado en este blog (https://tinyurl.com/wmbt8r3m) y como está señalado en el documento publicado en Proceedings of the National Academy of Sciences los hallazgos recientes sobre los brocosomas ofrecen información clave sobre el diseño de materiales ópticos bioinspirados desplegables con aplicaciones potenciales en recubrimientos antirreflectantes omnidireccionales, el cifrado óptico y un posible camuflaje multiespectral”.

 

Maracaibo, miércoles 10 de abril del 2024