Insecticida

Se buscan insecticidas con actividad sistémica contra plagas chupadoras que sean seguros para los polinizadores , ^{[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]} particularmente en vista de las prohibiciones parciales de neonicotinoides . La guía revisada de 2023 de las autoridades de registro describe las pruebas en abejas que se requieren para que los nuevos insecticidas sean aprobados para uso comercial. ^{[ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ]}

Los insecticidas pueden ser sistémicos o no sistémicos (insecticidas de contacto). ^{[ 2 ] [ 12 ] [ 13 ]} Los insecticidas sistémicos penetran en la planta y se mueven (translocan) dentro de ella. La translocación puede ser ascendente en el xilema , descendente en el floema o ambas. La sistemicidad es un requisito previo para que el plaguicida se utilice como tratamiento de semillas . Los insecticidas de contacto (insecticidas no sistémicos) permanecen en la superficie de la hoja y actúan por contacto directo con el insecto.

Los insectos se alimentan de diversos compartimentos de la planta. La mayoría de las plagas principales son insectos masticadores o chupadores. ^{[ 14 ]} Los insectos masticadores, como las orugas, comen trozos enteros de hoja. Los insectos chupadores utilizan tubos de alimentación para alimentarse del floema (por ejemplo, pulgones, cicadélidos, cochinillas y moscas blancas) o para succionar el contenido celular (por ejemplo, trips y ácaros). Un insecticida es más eficaz si se encuentra en el compartimento del que se alimenta el insecto. Las propiedades fisicoquímicas del insecticida determinan cómo se distribuye por toda la planta. ^{[ 12 ] [ 13 ]}

El primer y más conocido organoclorado , el DDT , fue sintetizado por primera vez por Othmar Zeidler. El científico suizo Paul Müller descubrió las propiedades insecticidas del DDT. Por este descubrimiento, recibió el Premio Nobel de Fisiología o Medicina de 1948. ^{[ 15 ]} El DDT se introdujo en 1944. Funciona abriendo los canales de sodio en las células nerviosas del insecto . ^{[ 16 ]} El auge simultáneo de la industria química facilitó la producción a gran escala de hidrocarburos clorados, incluidos varios compuestos de ciclodieno y hexaclorociclohexano . Aunque se usaban comúnmente en el pasado, muchos productos químicos antiguos se han retirado del mercado debido a sus efectos sobre la salud y el medio ambiente ( por ejemplo , DDT , clordano y toxafeno ). ^{[ 17 ] [ 18 ]}

Los organofosforados son otra gran clase de insecticidas de contacto. Estos también atacan el sistema nervioso del insecto. Los organofosforados interfieren con las enzimas acetilcolinesterasa y otras colinesterasas , causando un aumento de la acetilcolina sináptica y una sobreestimulación del sistema nervioso parasimpático , ^{[ 19 ]} matando o incapacitando al insecto. Los insecticidas organofosforados y los agentes nerviosos de guerra química (como el sarín , el tabún , el somán y el VX ) tienen el mismo mecanismo de acción. Los organofosforados tienen un efecto tóxico acumulativo en la vida silvestre, por lo que las exposiciones repetidas a los químicos amplifican la toxicidad. ^{[ 20 ]} En los EE. UU., el uso de organofosforados disminuyó con el aumento de sustitutos. ^{[ 21 ]} Muchos de estos insecticidas, desarrollados por primera vez a mediados del siglo XX, son muy venenosos. ^{[ 22 ]} Muchos organofosforados no persisten en el medio ambiente.

Los insecticidas piretroides imitan la actividad insecticida del compuesto natural piretrina , el biopesticida presente en las especies de Pyrethrum (ahora Chrysanthemum y Tanacetum ). Han sido modificados para aumentar su estabilidad en el medio ambiente. Estos compuestos son moduladores no persistentes de los canales de sodio y son menos tóxicos que los organofosforados y los carbamatos. Los compuestos de este grupo se aplican frecuentemente contra plagas domésticas . ^{[ 23 ]} Algunos piretroides sintéticos son tóxicos para el sistema nervioso. ^{[ 24 ]}

Los neonicotinoides son una clase de insecticidas neuroactivos químicamente similares a la nicotina , con una toxicidad aguda para mamíferos mucho menor y una mayor persistencia en el campo. Estos químicos son agonistas del receptor de acetilcolina . Son insecticidas sistémicos de amplio espectro, con acción rápida (medida en minutos u horas). Se aplican como aerosoles, riegos, tratamientos de semillas y suelos . Los insectos tratados exhiben temblores en las patas, movimiento rápido de las alas, retracción del estilete ( áfidos ), movimiento desorientado, parálisis y muerte. ^{[ 25 ]} El imidacloprid , de la familia de los neonicotinoides, es el insecticida más utilizado en el mundo. ^{[ 26 ]} A finales de la década de 1990, los neonicotinoides fueron objeto de un escrutinio cada vez mayor debido a su impacto ambiental y se vincularon en una serie de estudios con efectos ecológicos adversos, incluido el síndrome de colapso de colonias de abejas (CCD) y la pérdida de aves debido a una reducción en las poblaciones de insectos. En 2013, la Unión Europea y algunos países no pertenecientes a la UE restringieron el uso de ciertos neonicotinoides. ^{[ 27 ] [ 28 ] [ 29 ] [ 30 ] [ 31 ] [ 32 ] [ 33 ] [ 34 ]} y su potencial para aumentar la susceptibilidad del arroz a los ataques de saltamontes . ^{[ 35 ]}

Las diamidas activan selectivamente los receptores de rianodina (RyR) de los insectos, que son grandes canales de liberación de calcio presentes en el músculo cardíaco y esquelético, ^{[ 36 ]} lo que provoca la pérdida de calcio, crucial para los procesos biológicos. Esto hace que los insectos se vuelvan letárgicos, dejen de alimentarse y finalmente mueran. ^{[ 37 ]} El primer insecticida de esta clase que se registró fue la flubendiamida . ^{[ 37 ]}

La UE define los biopesticidas como "una forma de plaguicida basada en microorganismos o productos naturales". ^{[ 38 ]} La EPA de EE. UU. define los biopesticidas como "ciertos tipos de plaguicidas derivados de materiales naturales como animales, plantas, bacterias y ciertos minerales". ^{[ 39 ]} Los microorganismos que controlan las plagas también pueden clasificarse como agentes de control biológico de plagas junto con organismos más grandes como insectos parásitos, nematodos entomopatógenos , etc. Los productos naturales también pueden clasificarse como insecticidas químicos.

La EPA de EE. UU. describe tres tipos de biopesticidas. ^{[ 39 ]} Plaguicidas bioquímicos (es decir, sustancias químicas de origen biológico), que son sustancias que se producen de forma natural y que controlan las plagas mediante mecanismos no tóxicos. Plaguicidas microbianos que consisten en un microorganismo (por ejemplo, una bacteria , un hongo , un virus o un protozoo ) como ingrediente activo. Protectores incorporados a las plantas (PIP) son sustancias pesticidas que las plantas producen a partir de material genético que se ha añadido a la planta (produciendo así cultivos transgénicos ).

Se estima que el mercado mundial de bioinsecticidas representa menos del 10 % del mercado total de insecticidas. ^{[ 40 ]} El mercado de bioinsecticidas está dominado por microorganismos. ^{[ 41 ]} El mercado de bioinsecticidas crece más del 10 % anual, un crecimiento superior al del mercado total de insecticidas, debido principalmente al aumento de la agricultura orgánica y el MIP , así como a las políticas gubernamentales favorables. ^{[ 40 ]}

Las autoridades estadounidenses y europeas consideran que los biopesticidas presentan menores riesgos de toxicidad ambiental y para los mamíferos. ^{[ 39 ]} Los biopesticidas son más de 10 veces (a menudo 100 veces) más baratos y su registro es 3 veces más rápido que el de los pesticidas sintéticos. ^{[ 40 ]}

Existe una amplia variedad de insecticidas biológicos con diferentes atributos, pero en general se han descrito los siguientes. ^{[ 42 ] [ 43 ]}

Son más fáciles, rápidos y económicos de registrar, y generalmente presentan menor toxicidad para los mamíferos. Son más específicos y, por lo tanto, preservan los insectos beneficiosos y la biodiversidad en general. Esto los hace compatibles con los regímenes de manejo integrado de plagas (MIP). Se degradan rápidamente, causando un menor impacto en el medio ambiente. Tienen un período de espera más corto. ^{[ 42 ] [ 43 ]}

El espectro de control es limitado. Son menos eficaces y propensos a condiciones ambientales adversas. Se degradan rápidamente y, por lo tanto, son menos persistentes. Su acción es más lenta. Son más caros, tienen una vida útil más corta y son más difíciles de conseguir. Requieren conocimientos más especializados para su uso. ^{[ 42 ] [ 43 ]}

La mayoría o todas las plantas producen insecticidas químicos para evitar que los insectos las coman . Se ha demostrado que los extractos y los compuestos químicos purificados de miles de plantas son insecticidas; sin embargo, solo unos pocos se utilizan en la agricultura. ^{[ 44 ]} En EE. UU., 13 están registrados para su uso, en la UE, 6. En Corea, donde es más fácil registrar los plaguicidas botánicos, se utilizan 38. Los más utilizados son el aceite de neem , el quenopodio , las piretrinas y la azadiractina . ^{[ 44 ]} Muchos insecticidas botánicos utilizados en décadas pasadas (por ejemplo , rotenona , nicotina , rianodina ) han sido prohibidos debido a su toxicidad. ^{[ 44 ]}

El primer cultivo transgénico , que incorporó un PIP insecticida, contenía un gen para la toxina CRY de Bacillus thuringiensis (Bt) y se introdujo en 1997. ^{[ 45 ]} Durante los siguientes 25 años aproximadamente, los únicos agentes insecticidas utilizados en los OGM fueron las toxinas CRY y VIP de varias cepas de Bt, que controlan una amplia cantidad de tipos de insectos. Estos se utilizan ampliamente con más de 100 millones de hectáreas plantadas con cultivos modificados con Bt en 2019. ^{[ 45 ]} Desde 2020, se han diseñado varios agentes nuevos en plantas y se han aprobado. ipd072Aa de Pseudomonas chlororaphis , ipd079Ea de Ophioglossum pendulum y mpp75Aa1.1 de Brevibacillus laterosporus codifican para toxinas proteicas. ^{[ 45 ] [ 46 ]} El rasgo dvsnf7 es un agente de ARN de interferencia que consiste en un transcrito de ARN de doble cadena que contiene un fragmento de 240 pb del gen WCR Snf7 del gusano de la raíz del maíz occidental (Diabrotica virgifera virgifera). ^{[ 46 ] [ 47 ]}

La interferencia de ARN (ARNi) utiliza segmentos de ARN para silenciar fatalmente genes cruciales de insectos . ^{[ 48 ]} En 2024, las autoridades registraron dos usos de ARNi: la modificación genética de un cultivo para introducir un gen que codifica un fragmento de ARNi y la pulverización de fragmentos de ARN de doble cadena en un campo. ^{[ 47 ]} Monsanto introdujo el rasgo DvSnf7 que expresa un transcrito de ARN de doble cadena que contiene un fragmento de 240 pb del gen WCR Snf7 del gusano de la raíz del maíz occidental . ^{[ 46 ]} GreenLight Biosciences introdujo Ledprona, una formulación de ARN de doble cadena como pulverización para campos de patatas. Se dirige al gen esencial para la subunidad beta tipo 5 del proteasoma (PSMB5) en el escarabajo de la patata de Colorado . ^{[ 47 ]}

Los venenos de araña contienen muchas, a menudo cientos, de toxinas con actividad insecticida . Muchas son proteínas que atacan el sistema nervioso del insecto. ^{[ 49 ]} Vestaron introdujo para uso agrícola una formulación en aerosol de GS-omega/kappa-Hxtx-Hv1a (HXTX), derivada del veneno de la araña de tela de embudo de montaña azul australiana (Hadronyche versuta) . ^{[ 49 ]} HXTX actúa modificando alostéricamente el receptor nicotínico de acetilcolina (grupo IRAC 32). ^{[ 50 ]}

Las bacterias entomopatógenas pueden producirse en masa. ^{[ 41 ]} La más utilizada es Bacillus thuringiensis (Bt), que se utiliza comercialmente desde 1938. ^{[ 51 ]} Existen varias cepas que se utilizan con diferentes aplicaciones contra lepidópteros , coleópteros y dípteros . También se utilizan Lysinibacillus sphaericus , Burkholderia spp. y Wolbachia pipientis . Las avermectinas y las espinosinas son metabolitos bacterianos, producidos en masa por fermentación y utilizados como insecticidas. Las toxinas de Bt se han incorporado a las plantas mediante ingeniería genética . ^{[ 41 ]}

Los hongos entomopatógenos se utilizan desde 1965 con fines agrícolas. Actualmente se utilizan cientos de cepas. Suelen matar una amplia gama de especies de insectos. La mayoría de las cepas pertenecen a los géneros Beauveria , Metarhizium , Cordyceps y Akanthomyces . ^{[ 52 ]}

De los muchos tipos de virus entomopatógenos, solo los baculavirus se utilizan comercialmente, y cada uno es específico para su insecto objetivo. Deben cultivarse en insectos, por lo que su producción requiere mucha mano de obra. ^{[ 53 ]}

Algunos insecticidas matan o dañan a otras criaturas además de las que pretenden eliminar. Por ejemplo, las aves pueden envenenarse al ingerir alimentos rociados recientemente con insecticidas o al confundir un gránulo de insecticida en el suelo con alimento y consumirlo. ^{[ 20 ]} El insecticida rociado puede dispersarse desde la zona de aplicación hacia áreas de vida silvestre, especialmente cuando se rocía desde el aire. ^{[ 20 ]}

El DDT fue el primer insecticida orgánico. Se introdujo durante la Segunda Guerra Mundial y se utilizó ampliamente. Uno de sus usos fue el control de vectores , y se rociaba sobre aguas abiertas. Se degrada lentamente en el medio ambiente y es lipofílico (soluble en grasas). Se convirtió en el primer contaminante global y el primero en acumularse ^{[ 55 ]} y magnificarse en la cadena alimentaria . ^{[ 56 ] [ 57 ]} Durante las décadas de 1950 y 1960 se reconocieron estos efectos secundarios tan indeseables y, tras un debate a menudo polémico , el DDT se prohibió en muchos países en las décadas de 1960 y 1970. Finalmente, en 2001, el DDT y todos los demás insecticidas persistentes fueron prohibidos mediante el Convenio de Estocolmo . ^{[ 58 ] [ 59 ]} Desde hace muchas décadas, las autoridades exigen que los nuevos insecticidas se degraden en el medio ambiente y no se bioacumulen. ^{[ 60 ]}

Los cebos sólidos y los insecticidas líquidos, especialmente si se aplican incorrectamente en un lugar, son arrastrados por el flujo del agua. A menudo, esto ocurre a través de fuentes difusas, donde la escorrentía transporta los insecticidas a cuerpos de agua más grandes. A medida que la nieve se derrite y la lluvia fluye sobre y a través del suelo, el agua recoge los insecticidas aplicados y los deposita en cuerpos de agua más grandes, ríos, humedales, fuentes subterráneas de agua previamente potable y se filtra en las cuencas hidrográficas. ^{[ 61 ]} Esta escorrentía y percolación de insecticidas puede afectar la calidad de las fuentes de agua, dañando la ecología natural y, por lo tanto, afectando indirectamente a las poblaciones humanas a través de la biomagnificación y la bioacumulación.

Tanto el número de insectos como el número de especies de insectos han disminuido de forma drástica y continua durante las últimas décadas, causando gran preocupación. ^{[ 62 ] [ 63 ] [ 64 ]} Se proponen muchas causas que contribuyen a este declive; las más aceptadas son la pérdida de hábitat , la intensificación de las prácticas agrícolas y el uso de insecticidas. Las abejas domésticas estaban disminuyendo hace algunos años ^{[ 65 ]} pero la población y el número de colonias han aumentado tanto en los EE. UU. ^{[ 66 ]} como en todo el mundo. ^{[ 67 ]} Las especies de abejas silvestres siguen disminuyendo.

Además de los efectos del consumo directo de insecticidas, las poblaciones de aves insectívoras disminuyen debido al colapso de sus presas. Se cree que la fumigación, especialmente de trigo y maíz en Europa, ha provocado una disminución del 80 por ciento en los insectos voladores, lo que a su vez ha reducido las poblaciones locales de aves entre un tercio y dos tercios. ^{[ 68 ]}