Un metabolismo constante puede resultar costoso para los insectos en aguas más saladas

"Los hábitats de agua dulce en general se están volviendo más salados por varias razones, incluida la sal de los caminos y la escorrentía agrícola, la extracción de carbón y gas natural, la sequía y el aumento del nivel del mar", dice David Buchwalter, profesor de toxicología en NC State y autor correspondiente de la investigación. "Los insectos de agua dulce y otros organismos que viven en estos sistemas se utilizan como indicadores de la salud del ecosistema. Cuando estos sistemas se vuelven más salados, vemos que la diversidad de insectos disminuye, pero no estamos seguros de por qué".

Los animales acuáticos (incluidos insectos y crustáceos) deben mantener constantemente el equilibrio correcto de agua y sales dentro de su cuerpo, un proceso llamado osmorregulación. Teóricamente, el entorno más favorable para los animales acuáticos sería aquel en el que los niveles de salinidad externa sean cercanos a los del interior del animal. De esta forma el animal no tiene que esforzarse tanto para mantener la osmorregulación.

Sin embargo, lo contrario parece ser cierto para los insectos de agua dulce: una mayor salinidad siempre se asocia con mayores tasas de absorción de iones en los insectos, pero también se asocia con retrasos en el desarrollo o la muerte.

"Pensamos que los insectos de agua dulce podrían estar desviando tanta energía hacia la osmorregulación en ambientes más salados que no pueden crecer ni prosperar", dice Buchwalter. "Así que medimos las tasas metabólicas de crustáceos e insectos en ambientes diluidos y salinos para ver si las respuestas metabólicas a la salinidad eran similares".

El equipo observó tres tipos de animales de agua dulce: dos especies de gammarid o "scud", que es un pequeño crustáceo de agua dulce; un caracol de agua dulce; y tres especies de insectos acuáticos.

En la primera prueba, midieron el metabolismo de los animales colocándolos en aguas con diferentes concentraciones de iones de sal y observando sus tasas de consumo de oxígeno. Observaron que condiciones más diluidas hacían que los crustáceos y los caracoles respiraran más fuerte, aumentando su metabolismo, mientras que las tasas metabólicas de los insectos se mantenían constantes independientemente de la salinidad.

A continuación, el equipo examinó si un aumento en la frecuencia respiratoria estaba relacionado con el transporte de un ion en particular. Los isótopos radiactivos de los iones de sal calcio y sodio permitieron a los investigadores medir cuánto y con qué rapidez los animales absorbían diferentes iones.

Los investigadores descubrieron que el calcio era el factor clave del aumento del metabolismo de los no insectos en condiciones de baja salinidad. En otras palabras, los crustáceos y los caracoles trabajaron más para transportar los iones de calcio que necesitaban en un entorno donde el calcio era más difícil de encontrar.

Por el contrario, las tasas metabólicas de los insectos se mantuvieron constantes tanto en ambientes salinos como diluidos, a pesar de que tenían una mayor tasa de transporte de iones de calcio en el ambiente salino. Los insectos parecen tener muy poca demanda de calcio; de hecho, investigaciones anteriores han demostrado que el exceso de calcio es potencialmente tóxico para ellos.

Los investigadores creen que la explicación podría ser el uso de energía interna o transporte activo por parte de los animales al mover las sales.

"Cuando vemos que el metabolismo de los no insectos aumenta en ambientes diluidos, podría deberse al hecho de que tienen que trabajar más para absorber más calcio", dice Buchwalter. "Y aunque parezca contradictorio, lo contrario es cierto para los insectos que trabajan más duro en un ambiente más salino para mantener el equilibrio, aunque sus tasas de respiración no aumentan. En cambio, parecen utilizar recursos que de otro modo se dedicarían al crecimiento y desarrollo para "deshacer" la absorción excesiva de iones cuando las cosas se vuelven más saladas.

"El movimiento de iones de sal tiene un coste energético para el animal", afirma Buchwalter. "Entonces, para los insectos de agua dulce, la idea de que los organismos deberían prosperar en ambientes cercanos a su salinidad interna es errónea. Además, su baja demanda de calcio puede ayudarlos a prosperar en ambientes muy diluidos donde los insectos normalmente dominan la ecología. En contraste, la baja "El calcio parece ser estresante para los crustáceos y caracoles en este estudio. Es fascinante que especies que viven en los mismos hábitats puedan tener fisiologías tan diferentes".

El trabajo futuro explorará si estas diferencias fisiológicas se basan en la ascendencia de los organismos probados o en el uso de calcio en sus exoesqueletos/caparazón.

El trabajo aparece en el Journal of Experimental Biology y fue apoyado por la National Science Foundation bajo la subvención IOS 1754884. Primer autor y Ph.D. El candidato Jamie Cochran recibió el apoyo de una beca doctoral Goodnight. Catelyn Banks, ex estudiante de la Facultad de Ciencias y Matemáticas de Carolina del Norte, también contribuyó al trabajo.