Los diferentes organismos modelo. Capítulo 7: insectos

Los insectos son el grupo más numeroso del reino animal, hay un millón de especies descritas y se estima que hay entre 6 y 10 millones de especies sin descubrir (Wilson, 2015). Los insectos representan el 80% de las especies animales conocidas en la actualidad (García et al, 2012). Fueron los primeros animales en volar y son los únicos invertebrados con dicha capacidad (Wilson, 2015). En cuanto a su taxonomía, pertenecen al filo Arthropoda, al subfilo Hexapoda y a la clase Insecta.  

Dentro del filo Artropodos, son el subfilo mas importante y a su vez, esta clase se ha dividido en al menos 30 ordenes(Wilson, 2015). No obstante, su clasificación es bastante compleja a causa de su gran diversidad. La clase insecta se divide en dos subclases, en función de la presencia y estructura de las alas García et al, 2012):

  • Subclase Apterigotos: insectos sin alas, se trata de un grupo menos evolucionado. No presentan metamorfosis.
  • Subclase Pterigotos: insectos con alas o secundariamente ápteros, son un grupo más evolucionado, más especializados y más abundante que el de los Apterigotos. Se divide en dos infraclases:
    • Neópteros: las alas están plegadas hacia atrás.
    • Paleópteros: no plegan las alas sobre el abdomen.
collage
Insectos. A: Escarabajos, B: tijereta, C: Mosca, D: chinche, E: abeja, F: mariposa, G: saltamontes, H: caballito del diablo. / Pixabay.com. Collage por Gómez, M (2020).

Dentro de los neópteros, los ordenes mas importantes son: coleópteros (escarabajos, gorgojos, mariquitas, cantáridos, etc), dermápteros (tijeretas), dípteros (moscas y mosquitos), hemípteros (chinches y cigarras), himenópteros (abejas, avispas y hormigas), lepidópteros (mariposas y polillas) y ortópteros (saltamontes y grillos). En paleópteros, destaca el orden odonatos (libélulas y caballitos del diablo) (García et al, 2012 & Contreras, 2014).

Los insectos presentan una anatomía externa común, presentan un exoesqueleto compuesto por placas duras, impermeables y ligeras llamadas escleritos, unidas por articulaciones flexibles. Su cuerpo esta diferenciado en tagmas (García et al, 2012):

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Sistemas bucales de insectos
  • Cabeza (1 par de antenas, ojos compuestos, hasta 3 ocelos y diversos aparatos bucales).
  • Torax (3 segmentos; 3 pares de patas y hasta 2 pares de alas).
  • Abdomen (9 -11 segmentos con apéndices muy reducidos o ausentes, a veces 2 a 3 cercos).

En cuanto a los sistemas bucales, se pueden diferenciar 4 básicos: (A) aparato masticador ej., ortópteros), (B) cortador-chupador (ej., himenópteros), (C) chupador en espiritrompa (lepidópteros) y (D) chupadorr (ej., dípteros).

Los insectos respiran por un sistema de tráqueas, por su sistema circulatorio circula hemolinfa. Normalmente son ovíparos, y la mayoría no suelen cuidar los huevos hasta su eclosión. Tras la eclosión, muchos  sufren metamorfosis (Contreras, 2014). Por ejemplo los saltamontes experimentan una metamorfosis incompleta, en estado juvenil (ninfa) es muy parecido al adulto pero en miniatura. En cambio, las mariposas sufren una metamorfosis completa, la cría (larva) pasa por cuatro fases distintas hasta alcanzar el aspecto adulto (Wilson, 2015).

Los insectos son muy diversos en su modo de vida. Han surgido en tierra firme, pero tienen una gran capacidad de adaptación y por eso se pueden encontrar en zonas de agua dulce y costeras, en desiertos, en las cumbres más elevadas, etc. (García et al, 2012). También existen insectos parásitos como los piojos o las ladillas. Sin embargo, dado que no pueden sobrevivir a la congelación, no hay insectos en los polos. En las zonas tropicales es donde se encuentra la mayor diversidad de insectos (Contreras, 2014).  Sin embargo, sí hay un insecto capaz de habitar en la Antártida, el insecto  Belgica antárctica (Alvarez, 2018).

Los insectos no se deben confundir con los arácnidos, escorpiones, crustáceos o ciempiés que también son artrópodos, pero no insectos. El insecto más pequeño mide alrededor de 150 micrómetros, mientras que el más grande, durante el carbonífero (hace 350 ma.) llegó a medir 75 cm (Contreras, 2014).

Drosophila melanogaster

Drosophila melanogaster es conocida como la mosca de la fruta o del vinagre. Esta especie es un pequeño insecto dentro del orden dípteros (Valls, 2011). Los dípteros presentan ojos compuestos grandes y en general, 3 ocelos. Un aparato bucal chupador-picador. Las alas anteriores son transparentes y presentan poca venación, mientras que las posteriores están modificadas en halterios o balancines (García et al, 2012). Las moscas de género Drosophila son unas 900 especies de pocos milímetros distribuidad por todo el planeta, salvo en climas extremos. Drosophila melanogaster  se alimenta de las colonias de levadura que crecen encima de manzanas, uvas, plátanos y otras frutas dulces (Valls, 2011).

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Fotografía de un díptero, en vista dorsal (García et al, 2012).

La mosca de la fruta es uno de los organismos modelo con mayor renombre en la investigación. Este organismo lleva más de cien años dentro del laboratorio. Inicialmente se uso para experimentos sobre evolución, dado su corto ciclo de vida (10-15 días) permitía estudiar la aparición y transmisión de mutaciones en generaciones sucesivas, sometidas a diferentes condiciones ambientales. Posteriormente se vio la idoneidad de esta especie para estudios genéticos. A partir de las moscas mutantes, Thomas H. Morgan, Alfred Sturtevant, Calvin B. Bridges y Hermann Müller  realizaron diversos experimentos, los cuales constituyen el cuerpo de la Teoría cromosómica de la Herencia (Valls, 2011).

Hoy en día, este organismo esta siendo muy útil en los estudios del cáncer, en los procesos de formación de tumores y metástasis. También permite estudiar temas relacionados con la conducta, algunos de estos  estudios se centran en los ritmos circadianos entre actividad e inactividad, otros se fijan en aspectos como el aprendizaje y la memoria a partir de las reacciones olor y el gusto. También conductas relacionadas con la acción a las drogas y el alcohol, para determinar qué mecanismos celulares y moleculares básicos que hay detrás de las conductas adictivas (Valls, 2011).

Capítulo 6.

REFERENCIAS

Alvarez, J (2018).El único insecto de la Antártida, que puede sobrevivir dos años congelado, es también el único animal terrestre que vive allí. La brújula verde. Disponible en: https://www.labrujulaverde.com/2018/05/el-unico-insecto-de-la-antartida-que-puede-sobrevivir-dos-anos-congelado-es-tambien-el-unico-animal-terrestre-que-vive-alli [Último acceso: 26 Abr. 2020].

Contreras, R. (2014). Los insectos. La guía. Disponible en: https://biologia.laguia2000.com/zoologia/los-insectos [Último acceso: 26 Abr. 2020].

García, A., Outerelo, R., Ruiz, E., Aguirre, J., Almodóvar, A., Alonso, J., Benito, J., Arillo, A. (2012). Prácticas de Zoología Estudio y diversidad de los Artrópodos Insectos. Reduca (Biología). Serie Zoología. 5 (3): 42-57.

Wilson, E. (2015). Insectos (hacia 400000000 a C.). En: Gerald, M. & Gerald, G. (eds). El libro de la biología. Del origen de la vida a la epigenética, 250 hitos de la historia de la biología: 36. Librero, AB Kerkdriel, Países Bajos.

Valls, L. (2011). “Seres modélicos. Entre la naturaleza y el laboratorio”. CSIC. Disponible en: http://seresmodelicos.csic.es/ [Último acceso: 26 Abr. 2020].

Los diferentes organismos modelo. Capítulo 1: Introducción

Organismos modelo.
Collage de algunos organismos modelos. Imagen A: virus bacteriófago Fago T4 / Gónzales, C.; Imagen B: Echerichia coli / Geralt. 2013; Imagen C: Observación en fresco (levaduras vivas) por microscopía óptica por contraste Nomarsky de una cepa de Saccharomyces cerevisiae / Dr. A.V. Carrascosa. Instituto de Investigación en Ciencias de la Alimentación CIAL (CSIC-UAM). Imagen D: Arabidopsis thaliana / Universidad de Iowa. Departamento de biología. E. Jefferson St.; Imagen E: imagen de microscopía electrónica del nematodo Caenorhabditis elegans /Juergen Berger, Max Planck Institute for Developmental Biology, Tübingen, Alemania Imagen F: Drosophila melanogaster / AlexWild. Stock de laboratorio en la Universidad de California, San Diego.; Imagen G: Danio rerio / ESD. 2002.; Imagen H: Mus musculus / Greenaway, F.; Collage por Gómez, M. 2018.

La Teoría del Ancestro Común está basada en una teoría del naturalista Charles Darwin. Esta teoría explica cómo cambian las especies a partir de un antepasado común, adaptándose a las condiciones del medio ambiente (Alzabe, 2015). Durante la evolución, las propiedades fundamentales que componen a un ser vivo se han mantenido inalteradas. No obstante, la evolución ha dado lugar a una amplia diversidad de seres vivos. Dado que hay una gran diversidad pero que existen similitudes entre las diferentes especies, se han utilizado organismos modelos para estudiar diferentes aspectos de la biología celular y molecular.

Árbol filogenético de la vida
Árbol filogenético de la vida / Roll, R. 2007

La clasificación de los seres vivos se divide en tres reinos: Archea, Bacteria y Eukarya. Los dos primeros son organismos procariotas, mientras que Eukarya corresponde a los organismos eucariotas. El árbol filogenético demuestra que todos los seres vivos tenemos un grupo de ancestros en común. En las etapas más tempranas del desarrollo de la vida en nuestro planeta, tuvo lugar un mayor intercambio de material genético entre los primeros organismos que surgieron, constituyendo las bases de las futuras especies (Neyoy, 2014).

Gracias a los organismos modelo, la comunidad científica ha podido recopilar gran cantidad de información, ya que proporcionan datos valiosos para el análisis del desarrollo humano, regulación génica, enfermedades y procesos evolutivos. Sin embargo, las investigaciones centradas en estos organismos plantean cuestiones científicas y filosóficas. Estos seres vivos seleccionados representan una ínfima fracción de la biodiversidad que encontramos en el planeta. Por tanto, se debe asumir que la información recopilada de estos organismos se puede extrapolar al resto de organismos considerando un origen común (Valls, 2011).

A la hora de seleccionar los organismos modelo con los que se realizaran los diferentes experimentos de un estudio científico, se deben tener en cuenta varias características que aportan ventajas a los investigadores. Las tres principales características que un organismo debe presentar para ser útil en un laboratorio son su abundancia, su facilidad para criar o cultivar y su facilidad de manipulación en el laboratorio; así como otras características distintivas como embriones de gran tamaño, un linaje celular fijo, transparencia, etc (Valls, 2011).

Como ya he dicho, debido a la diversidad de complejidad entre los seres vivos de los diferentes reinos hubo la necesidad de establecer un abanico de organismos modelo para hacer posible el estudio de una amplia gama de características biológicas (Da Silva, 2017). Entre ellos destacan:

  • En los virus se utilizan virus bacteriófagos como el Fago T4.
  • En los procariotas destaca la bacteria Escherichia coli.
  • En los eucariotas encontramos varios organismos modelos como:
  • Levaduras: Saccharomyces cerevisiae.
  • Plantas: Arabidopsis thaliana.
  • Nematodos: Caenorhabditis elegans.
  • Insectos: Drosophila melanogaster.
  • Peces: Danio rerio.
  • Mamíferos:Mus musculus.

En esta serie de artículos os iré hablando concretamente de estos organismos modelo. Si conocéis algún otro que no esté en esta lista, y queréis que os dé información sobre él, escribidlo en los comentarios.

Para leer el siguiente capítulo: capítulo 2.

REFERENCIAS

Alzabe, R. (2015). “La idea de un ancestro común”. BIODIVERSIDAD. Disponible en:http://biodiversidadorigen.blogspot.com.es/2015/08/la-idea-del-ancestro-comun.html [Último acceso: 15 Ene. 2018]

Da Silva, I. (2017). “Organismos Modelo”. Knoow.net. Disponible en: http://knoow.net/ciencterravida/biologia/organismos-modelo/ [Último acceso: 15 Ene. 2018]

Neyoy, C. (2014). “Organismos modelos en biología”. Apuntes de biología molecular. Disponible en: http://apuntesbiologiamol.blogspot.com.es/2014/03/organismos-modelo-en-biologia.html [Último acceso: 15 Ene. 2018]

Valls, L. (2011). “Seres modélicos. Entre la naturaleza y el laboratorio”. CSIC. Disponible en: http://seresmodelicos.csic.es/ [último acceso: 15 Ene. 2018]