En el centro de la imagen, la abeja reina

Los insectos son animales asombrosos. Lo son por la importancia que tienen en el reino animal. Son, de hecho, el grupo más diverso; hay 1 millón de especies descritas y muchísimas más aún sin describir[1]. También son muy abundantes; se estima que hay 200 millones de insectos por cada ser humano.

Los insectos son también asombrosos por algunas peculiaridades de su fisiología, de su funcionamiento. Aquí nos vamos a ocupar de una de esas peculiaridades, relativa a su fisiología respiratoria. Tienen las tasas metabólicas más altas en el reino animal. No hay animales que, por unidad de masa, consuman más oxígeno que los insectos. Por otra parte, su sistema respiratorio es muy especial. El oxígeno llega directamente, a través de un sistema de tráqueas, de la atmósfera a las células. Así pues, carecen de pulmones, y por supuesto, tampoco tienen branquias; el oxígeno llega hasta las células sin que medie un sistema circulatorio.

Las tráqueas son tubos que parten de poros que se encuentran en la cutícula externa. Esos tubos se van ramificando conforme se introducen en el interior del organismo; de ese modo, las tráqueas se van subdividiendo en traqueolas, que son tubos que son cada vez más finos según se van ramificando. Cada célula acaba recibiendo una de esas traqueolas de minúsculo diámetro, y es por ellas por donde llega el oxígeno a las células. El dióxido de carbono sale, a su vez, por la misma vía.

Los poros de la cutícula externa reciben el nombre de espiráculos y cada uno de ellos tiene una válvula muscular, de la que depende que el espiráculo esté abierto o cerrado. En varias especies se produce un fenómeno que se denomina respiración discontinua o respiración a intervalos. Esos insectos dejan de respirar cada cierto tiempo; respiran a intervalos.

No está claro cuál es la razón de ese comportamiento. Hasta la fecha se han propuesto tres interpretaciones y las tres parten del supuesto de que se trata de un comportamiento con valor adaptativo. De acuerdo con la más antigua de las tres, de lo que se trata es de ahorrar agua, ya que al cerrarse los espiráculos no se evapora agua; el agua que se evapora cuando los espiráculos están abiertos es la que, al fondo de la traqueola, se encuentra en contacto con la célula. Según la segunda hipótesis, se trataría de una adaptación para poder enterrarse, puesto que, al parecer, la respiración discontinua es muy común en especies capaces de introducirse en el suelo, entre los granos de tierra o en orificios o cavidades subterráneas. Y de acuerdo con la tercera hipótesis, el objetivo de la respiración a intervalos sería evitar o paliar el estrés oxidativo.

Pero son tantas y de modo de vida tan diverso las especies que presentan ese comportamiento tan peculiar, que no parece plausible la pretensión de que haya de tener valor adaptativo y que tal valor sea común al conjunto de especies o, expresado de otro modo, que responda de forma directa a alguna presión selectiva.

Los insectos con respiración discontinua comparten, sin embargo, una curiosa característica: siempre que se interrumpe la respiración, ocurre también que la actividad cerebral se encuentra muy reducida o, sencillamente, no hay actividad cerebral ninguna.

Como es sabido, el funcionamiento del tejido cerebral sale caro, muy caro, debido a su alta actividad metabólica. Seguramente por ello, algunos animales han desarrollado modos de limitar ese gasto. Y si la masa cerebral es grande o si hay restricciones energéticas prolongadas, puede revestir gran importancia el poder limitar el gasto en que incurre ese tejido. Lo cierto es que todos los insectos que limitan o interrumpen su actividad cerebral tienen un cerebro relativamente grande o, como las reinas en las especies sociales, grandes necesidades de energía. Y resulta que son esos los insectos que muestran respiración discontinua.

Así pues, ¿existe alguna conexión entre el coste de la actividad cerebral y la respiración discontinua? Veamos esto con detalle.

Para empezar, hay que tener en cuenta que el estado, -abierto o cerrado-, de los espiráculos depende de unos músculos, y es el sistema nervioso el que controla a esos músculos. Así pues, existe una conexión entre el sistema respiratorio y el sistema nervioso. Por otro lado, cuando no hay actividad cerebral o cuando esa actividad está limitada, son los ganglios torácicos y abdominales los que asumen el control nervioso del animal, pero resulta que la actividad de esos ganglios y la de los cerebrales son muy diferentes. Por ejemplo, y en lo relativo a la actividad respiratoria, si la actividad cerebral se interrumpe o se reduce, los ganglios torácicos y abdominales no están sometidos a ningún control superior; y bajo esas condiciones, los generadores de patrones centrales son los que asumen el control de la actividad ventilatoria. El problema es que ese control no es tan fino como el que ejerce el cerebro, y quizás sea esa la razón por la que se interrumpe la respiración.

Así pues, de acuerdo con esa hipótesis, la respiración a intervalos no sería ninguna adaptación, sino la consecuencia de las reducciones en la actividad de los ganglios cerebrales. Es cierto que esa reducción conlleva un cierto ahorro de energía y que ese ahorro es muy valioso, pero interrumpir la actividad respiratoria, en ese contexto, sería una consecuencia secundaria de lo anterior. Por lo tanto, la respiración discontinua sería una consecuencia del “sueño” o del “apagado cerebral” de los insectos.

Fuente: Philip G. D. Matthews & Craig R. White (2011): “Discontinuous Gas Exchange in Insects: Is It All in Their Heads?” The American Naturalist 177 (1): 130-134