Pequeñas bolas de espuma a menudo se pueden ver cerca de las raíces de las plantas en las plantaciones de caña de azúcar en Brasil durante el verano. La espuma protege a las ninfas del salivazo de la raíz Mahanarva fimbriolata, una plaga importante de cultivos y pasturas en todo el Neotrópico.

Investigadores de la Facultad de Agricultura Luiz de Queiroz de la Universidad de São Paulo (ESALQ-USP), en colaboración con colegas del Instituto de Física de São Carlos de la misma universidad (IFSC-USP), descubrieron que Mahanarva fimbriolata produce la espuma para protegerse de la temperatura fluctuaciones en el ambiente externo.

La temperatura dentro de la bola de espuma es similar a la del suelo e ideal para el desarrollo del insecto, ya que permanece constante durante el día incluso cuando el sol calienta el suelo. Un artículo que describe el estudio ha sido publicado en Scientific Reports .

"La teoría de que la espuma producida por el salivazo sirve para la termor regulación [mantenimiento de una temperatura corporal óptima] existe desde la década de 1950, pero nunca se ha demostrado hasta ahora. Obtuvimos pruebas mediante análisis directo", dijo José Maurício Simões.

Bento, coautor del estudio.

Los investigadores ya habían observado un fuerte aumento en el número de salivazos en las plantaciones de caña de azúcar en el estado de São Paulo después de la prohibición de 2016 de la quema de caña de azúcar antes de la cosecha. Las ninfas en su espuma normalmente aparecen alrededor de las raíces entre los meses de verano de noviembre y marzo, cuando la humedad atmosférica es baja y el suelo está húmedo debido a la temporada de lluvias.

Para determinar si la espuma confiere protección térmica durante esta etapa crucial del desarrollo del insecto antes de que llegue a la etapa adulta, los investigadores realizaron experimentos de campo, controlando las temperaturas dentro y fuera de la espuma y el suelo en una plantación de caña de azúcar en el Región de Piracicaba, en el estado de São Paulo, en un cálido día de verano cuando las temperaturas fluctuaban significativamente.

Su análisis mostró que mientras las temperaturas externas oscilaban entre 24.4 grados C y 29.2 grados C, la temperatura dentro de la espuma permanecía constante a lo largo del día a aproximadamente 25 grados C, lo cual es ideal para la etapa ninfa y similar a la temperatura típica del suelo.

"Confirmamos que la espuma proporciona protección térmica para los insectos durante esta etapa de su desarrollo", dijo Mateus Tonelli, Ph.D. estudiante de entomología en ESALQ-USP y otro coautor del estudio.

Mecanismo termorregulador

Para medir la resistencia térmica de la espuma a temperaturas superiores a las encontradas en el campo, la investigación respaldada por FAPESP incluyó un experimento de laboratorio en el que se colocaron ninfas de saliva cubiertas de espuma en una cámara de crecimiento de la planta calentada entre 32ºC y 33ºC.

El análisis mostró que cuando la temperatura en la cámara de crecimiento era de 32 grados C, la temperatura dentro de la espuma era aproximadamente 2 grados C menor, en el rango de 30 grados C, y que la estructura de la espuma permanecía intacta.

"Observamos que la espuma actúa como un mecanismo termor regulador, manteniendo la temperatura alrededor de la ninfa por debajo de 32 grados C, la temperatura que es letal para el insecto. En resumen, la espuma es una especie de microhábitat o microambiente en el que la temperatura es menor que fuera y permanece constante independientemente de las fluctuaciones de temperatura externas ", dijo Tonelli.

Los investigadores también analizaron la composición química de la espuma para identificar los compuestos relacionados con la producción y la estabilidad de las burbujas.

Encontraron cantidades significativas de ácido palmítico y ácido esteárico, así como proteínas e hidratos de carbono. Estas sustancias actúan como surfactantes que estabilizan la espuma al reducir la tensión superficial y modulan el tamaño y la distribución de las burbujas en función de la viscosidad y la elasticidad. Las interacciones entre los carbohidratos y las proteínas crean una película estable que endurece y estabiliza la espuma alrededor del insecto.

"La composición química de la espuma, que le da a las burbujas una arquitectura rígida, era poco conocida hasta ahora", dijo Bento.

La espuma comprende líquido de la savia de la caña de azúcar

En la que se alimentan las ninfas, que se mezcla con aire, ácido palmítico y esteárico, y proteínas e hidratos de carbono que reducen la tensión superficial e interfacial para formar emulsiones.

Para producir la espuma, la ninfa Spittlebug usa su aparato de boca para perforar las raíces de la planta de caña de azúcar hasta el xilema, el tejido que transporta la savia, y succiona el líquido. Parte de este líquido se combina con otras sustancias presentes en los túbulos de Malpighian del insecto, su principal órgano excretor.

Las ninfas producen espuma succionando aire en la cavidad ventral del abdomen. Este aire se mezcla con las moléculas de surfactante y fluido en los túbulos de Malpighian, formando burbujas en la parte terminal del abdomen.

"Los estudios filogenéticos han demostrado que el salivazo evolucionó hace unos 200 millones de la cigarra, que durante la fase ninfa construye un túnel subterráneo que le permite vivir durante años en condiciones térmicas favorables. Su temperatura corporal permanece constante sin ningún mecanismo de aislamiento térmico. La espuma producida por la ninfa Spittlebug puede servir como una 'extensión del suelo' para el insecto ", dijo Bento.

"A diferencia de las piernas de la cigarra, las patas delanteras de la ninfa spittlebug no son lo suficientemente fuertes para enterrarse en el suelo con el fin de mantener una temperatura constante . La ninfa Spittlebug tiene una cutícula delicada, y sin la protección proporcionada por la espuma, sería vulnerable a factores ambientales, como altas temperaturas y baja humedad ".

Según Bento, el conocimiento de las propiedades físicas y químicas de la espuma se puede utilizar para controlar la plaga mediante el desarrollo de compuestos que impiden la formación de burbujas por la ninfa.

"Actualmente, no hay ningún compuesto comercialmente disponible capaz de eliminar la espuma", dijo.

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