Un equipo multiusuario ayuda a seleccionar insectos estériles en el combate contra una plaga del campo
AGENCIA FAPESP/DICYT – Una de las estrategias aplicadas en el control biológico de la mosca sudamericana de la fruta (Anastrepha fraterculus) –una especie que ataca los cultivos de la región sur de Brasil, fundamentalmente los vinculados la producción de manzanas y duraznos– es la esterilización de los machos de la especie mediante la irradiación de rayos X o rayos gamma. Este procedimiento tiene el objetivo de provocar una disminución de la población de estos insectos en la naturaleza.
Se considera que la esterilización es una alternativa económica al uso de insecticidas y cebos tóxicos. Antes de la irradiación, las pupas o crisálidas (un estadio intermedio entre la larva y el insecto adulto) pasan por un proceso de control de calidad con el fin de identificar y descartar a aquellas que poseen escasa viabilidad. El problema reside en que ese análisis se realiza en general manualmente, con base en la observación de los atributos morfofisiológicos. Con todo, a simple vista se hace difícil diferenciar entre crisálidas vacías o muertas y pupas sanas, ya que distinciones tales como las alteraciones de colores son sutiles y pueden pasar desapercibidas.
“Esto puede comprometer la eficiencia del control biológico, toda vez que las crisálidas de baja calidad no se transforman en moscas estériles”, explicó la agrónoma Clíssia Barboza da Silva, del Centro de Energía Nuclear en la Agricultura de la Universidad de São Paulo (Cena-USP), con sede en la localidad de Piracicaba. “El análisis manual tiene un margen de error de alrededor del 10%”, añadió. La investigadora viene poniendo en práctica la idea de optimizar este proceso mediante la aplicación de un método más seguro y preciso de análisis de las pupas de moscas a gran escala de producción.
Con la ayuda de un aparato llamado VideoMeterLab (VML), desarrollado por una empresa danesa, Barboza da Silva y su equipo logran analizar imágenes multiespectrales (imágenes de un mismo objeto, tomadas con diferentes longitudes de ondas electromagnéticas) de las crisálidas, lo cual permite detectar con precisión alteraciones en los estándares de calidad de las muestras.
El VML, adquirido por aproximadamente 400 mil reales en el marco del Programa de Equipos Multiusuarios de la FAPESP, es un aparato de banco de laboratorio y su diseño se asemeja a una cafetera hogareña de cápsulas. Su operación también es sencilla: basta con poner las pupas en una placa de Petri y todo el trabajo se concreta en cinco segundos, cuando que el análisis manual tarda horas.
“Gracias a la cámara multiespectral del VML, es posible tener acceso a diversas informaciones al mismo tiempo, tales como datos fisiológicos, sanitarios, genéticos y de la composición química”, explicó Barboza da Silva. Sucede que el equipo posee 19 lámparas LED: cada una emite longitudes de ondas distintas, como las del infrarrojo y el ultravioleta. Por ende, el análisis se realiza mediante de reflectividad, que es la fracción de luz incidente que refleja la superficie del objeto investigado.
Las imágenes de las crisálidas generadas por el VML muestran distintos patrones de color. Cuanto mayor es el grado de reflectividad (es decir, cuanto más azul se ve en la imagen), mayor es la calidad de la muestra. De acuerdo con Barboza da Silva, para distinguir una pupa muerta de una viva, o una crisálida vacía de una llena, los técnicos suelen atenerse a características fenotípicas tales como el color y el peso.
“El problema reside en que, a simple vista, las pupas vacías poseen casi la misma coloración que las de alta calidad”, dijo la agrónoma, coautora de artículo publicado en el Journal of Applied Entomology, en el cual se presentan resultados positivos del uso de imágenes multiespectrales para el control de calidad de las crisálidas de Anastrepha fraterculus.
Aparte de suministrar un análisis completo de diversos aspectos físicos y bioquímicos de las pupas de las moscas, el VML funciona con un sistema de visión computacional, un tipo de inteligencia artificial que permite extraer información de imágenes simulando el funcionamiento de la vista humana. “Aparte del análisis por imágenes, este aparato genera datos y gráficos que ayudan a monitorear la calidad de las pupas en el transcurso del tiempo”, dijo Barboza da Silva, quien a su vez hace hincapié en que la tecnología ha favorecido desde el año pasado el control de calidad de los insectos estériles que se les envían a los productores de manzanas del municipio de Vacaria, localizado en el estado de Rio Grande do Sul, en el extremo sur de Brasil.
En Vacaria está instalada la Estación Experimental de Fruticultura de Clima Templado de la estatal Empresa Brasileña de Investigación Agropecuaria (Embrapa), que suscribió un convenio con el Cena-USP en el marco del proyecto Moscasul, una iniciativa que la compañía presentó en 2013 junto a la Asociación Brasileña de Productores de Manzanas.
“En Vacaria se está instalando una biofábrica, pero mientras no se adquiere un irradiador para la esterilización de las crisálidas, la producción de las moscas estériles se está realizando en la USP”, explicó el ingeniero agrónomo Thiago de Araújo Mastrangelo, también investigador del Cena-USP. Las crisálidas irradiadas en el laboratorio del Cena se envían por vía aérea, dentro de cajas de poliestireno expandido (EPS) refrigeradas a 15 °C, alrededor de tres días antes de la emergencia de las moscas.
En Embrapa, en su sede de Vacaria, las crisálidas pueden permanecer en cajas mayores, con acceso a agua y alimentos (generalmente azúcar o barras de miel). Días después, cuando ya son adultos, se suelta a los machos estériles en los campos, donde se aparean con las hembras silvestres, inviabilizando su prole. Actualmente se producen entre 150 mil y 200 mil insectos por semana en la biofábrica piloto del Cena-USP.
“Sin la esterilización o algún otro método de control, el impacto económico de esta plaga puede llegar al 40%” de los ingresos referentes a la producción, dijo De Araújo Mastrangelo. “Se trata de una mosca que se multiplica en áreas de monte y después invade huertos de frutales cercanos, como los naranjales de São Paulo [en el sudeste de Brasil], y los manzanales en el sur del país.”
De acuerdo con el investigador, por ahora no existen indicios de que el control biológico de la mosca Anastrepha fraterculus provoque algún tipo de impacto ambiental y ecológico en la región. “Estudios recientes realizados en México ha mostrado que no existen perjuicios sobre la cadena alimentaria en la cual se inserta esta mosca. En ambientes tropicales, aun cuando la especie se extinguiese localmente, otras podrían ocupar su nicho ecológico”, afirmó De Araújo Mastrangelo.
Pero el potencial del VML no se restringe únicamente al control de calidad de crisálidas de insectos, según remarcó Barboza da Silva. “Se lo ha venido empleando en el mundo en distintas áreas del conocimiento, tales como la medicina, la farmacología y la de nuevos materiales. Por ser un equipo multiusuario, pretendemos que otros investigadores empiecen a utilizarlo en Brasil”, dijo la investigadora, quien en el año 2018 se capacitó en Dinamarca para aprender a operar el VML. La unidad del Cena-USP es la única disponible actualmente en el país.
Con este aparato, Barboza da Silva y su equipo también llevan adelante estudios con semillas de tomate, zanahoria, piñón de template y maní, con el objetivo de encontrar patrones de imágenes ópticas que hagan posible la caracterización de alteraciones en los estándares de calidad de las semillas de esos cultivos. Este estudio cuenta con el apoyo de la FAPESP - Fundación de Apoyo a la Investigación Científica del Estado de São Paulo.
“En pruebas convencionales, la evaluación de la calidad de semillas se realiza en forma destructiva, y al igual que en el caso de las pupas, los resultados son subjetivos, pues dependen de la capacitación del analista, aparte de requerir de estructura y tiempo. Con el uso de la inteligencia artificial, el VML es capaz de analizar la calidad de una muestra de semillas en forma precisa, permitiendo realizar así un diagnóstico bastante detallado de atributos físicos, fisiológicos, genéticos y sanitarios, y de manera no invasiva, con economía de tiempo y de dinero. Esto constituye un gran avance”, afirmó Barboza da Silva.
Puede leerse el artículo intitulado Multispectral imaging for quality control of laboratory-reared Anastrepha fraterculus (Diptera: Tephritidae) pupae, de Thiago de Araújo Mastrangelo, Fabiano França da Silva, Gabriel Moura Mascarin y Clíssia Barboza da Silva, en el siguiente enlace: onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/jen.12716.
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