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Articulo de referencia

Photinus pyralis

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P. pyralis en Nueva York

Photinus pyralis , también conocido como luciérnaga común del este [ 3 ] o luciérnaga de la Osa Mayor [ 4 ] ,y a veces llamado "bicho de luz" [ 5 ] , es una especie de escarabajo volador . Un órgano en su abdomen es responsable de la producción de luz [ 6 ] . Es la especie de luciérnaga más común en Norteamérica y se encuentra típicamente al este de las Montañas Rocosas. Las luciérnagas del género Photinus a menudo se confunden con las luciérnagas del género Photuris , de nombre similar , que también se encuentran en Norteamérica.

Luciérnaga común del este ( Photinus pyralis )

Estas luciérnagas son más visibles al anochecer durante la primavera y el verano. [ 7 ] El nombre común, luciérnaga de la Osa Mayor, se debe al vuelo característico de los machos, cuya trayectoria parece seguir una forma de J, iluminándose en el ascenso. [ 3 ] [ 8 ] Durante el vuelo, este patrón en J se utiliza junto con destellos de luz para atraer a las hembras, que se posan en la vegetación y envían señales a los machos si están interesadas. [ 9 ] Los destellos de las luciérnagas son estimulados por proteínas activadas por la luz, no por impulsos rítmicos como se pensaba originalmente.

Descripción

Las luciérnagas comunes del este son pequeños escarabajos de cuerpo blando que miden entre 9 y 19 mm (0,4 y 0,7 pulgadas) de largo. Tienen cuerpos planos de color negro o marrón con élitros que se extienden a lo largo de todo el tórax y el abdomen. Los élitros tienen un borde amarillo. El escudo cefálico, o pronoto , es de color amarillo pálido, con un punto negro en el centro, rodeado de rosa o rojo. [ 4 ]  

Tanto los machos como las hembras de esta especie poseen órganos emisores de luz en la parte ventral de sus abdómenes. Mientras que este órgano se extiende a lo largo de los últimos tres segmentos del abdomen de los machos, aparece únicamente en el penúltimo segmento del abdomen de las hembras. [ 10 ]

Como la mayoría de las especies de luciérnagas voladoras, Photinus pyralis es nocturna. [ 11 ]

Alcance geográfico

P. pyralis en el centro de Virginia

P. pyralis está muy extendida por la mitad oriental de Norteamérica. [ 1 ]

Hábitat

Las luciérnagas comunes del este se encuentran en una variedad de hábitats, desde ambientes templados hasta tropicales. [ 12 ] Algunos de los hábitats naturales de estas luciérnagas incluyen praderas, campos, humedales, cañones desérticos y bosques densos, y si bien pueden prosperar con éxito en todas estas áreas, requieren humedad para sobrevivir en todas las etapas de su ciclo de vida. Se sienten especialmente atraídas por áreas con suelo húmedo y pastos altos para ocultar mejor a las hembras y las crías. [ 4 ]

Área de influencia y territorialidad

Se han realizado estudios poblacionales para investigar si P. pyralis siempre ha sido endémica de las regiones del noreste de Norteamérica, especialmente porque la especie continúa ocupando una amplia variedad de hábitats en todo el continente. Se ha descubierto que, ancestralmente, la población norteamericana se originó en Texas durante el Mioceno antes de migrar a los estados centrales de EE. UU. y, más recientemente, a la costa noreste. Mediante el seguimiento de polimorfismos de un solo nucleótido (SNP) junto con otros marcadores genéticos, los investigadores han concluido que la luciérnaga común del este posiblemente migró durante los períodos interglaciales, lo que sugiere que podría explicar la divergencia con otras especies de Photinus . [ 12 ]

Ciclo vital

Al igual que todos los escarabajos, el ciclo de vida de una luciérnaga común del este consta de cuatro etapas únicas que comienzan con el huevo, pasan a la etapa larvaria , seguida de una pupa , antes de completar finalmente el ciclo como un adulto completamente formado .

El tiempo que tardan las luciérnagas en completar las cuatro etapas puede variar drásticamente según la especie, especialmente porque habitan una amplia gama de entornos, por lo que los recursos disponibles para ellas varían significativamente. Sin embargo, todas las luciérnagas pasan la mayor parte del tiempo en su etapa de alimentación como larvas. P. pyralis a veces tarda hasta dos años en pupar. Como larva, P. pyralis vive bajo tierra y se alimenta de gusanos, babosas y caracoles. A medida que crece, experimenta múltiples estadios o períodos de muda. [ 4 ] Debido a que las luciérnagas son muy vulnerables durante la etapa larval, han evolucionado para producir luz como un mecanismo de señalización aposemática para ahuyentar a los depredadores, independientemente de si continúan siendo quimioluminiscentes en la edad adulta, como la luciérnaga común del este. [ 4 ] [ 13 ]

At the end of the larval stage, P. pyralis becomes a pupa. In one to two weeks, it ecloses, or emerge as an adult. After this, the firefly lives for approximately another three weeks to two months, during which time it uses its light to attract a mate.[4]

Risks

Although their conservation status is classified as "Least Concern" by the IUCN Red List, these fireflies do face some dangers. The biggest threats to their populations include light pollution, pesticide use, climate change, and human building and development in their habitats.[1]

Defense

Photinus pyralis contain steroid compounds called lucibufagins, which make them taste bad to potential predators, such as birds, bats, and other insects. However, some species of Photuris fireflies lack lucibufigins, and they prey on P. pyralis males in order to acquire the steroids for themselves. Although the lucibufagins are a defense mechanism for the most part, they can also serve as an attractant to some predators.[1][14] Beetles from the family Lampyridae have been known to use certain defenses such as unpleasant odour and the excretion of a sticky substance to avoid predation.[15] Excretion of unpleasant fluids containing lucibufagins from the areas along the elytra and pronotum is the result of tactile stimulation and has been referred to as reflexive bleeding.[16][17] This reflex bleeding is a defensive function of P. pyralis, as it can cause certain predators, such as ants, to become entangled in the sticky substance, or it can cause revulsion in others upon predation.[16] Whereas adult flashing is used in mate signaling, pupae glow is thought to be an aposematic display for nocturnal predators.[18]

Mating

Mate-searching behavior

Los machos son los primeros en iniciar la serie de destellos de patrullaje necesarios para localizar y aparearse con una hembra. Los machos vuelan activamente mientras emiten destellos, mientras que las hembras son sedentarias. [ 19 ] El macho P. pyralis emite destellos cada 5 a 7 segundos y espera un destello de respuesta de la hembra, que llega después de un retraso de 1 a 2 segundos. [ 20 ] La duración del tiempo entre los destellos del macho depende de la temperatura, con intervalos más cortos a medida que aumenta la temperatura. [ 4 ] Se ha demostrado que las hembras solo responden a los machos de su misma especie , identificándolos por el color de su destello bioluminiscente amarillo, en combinación con el patrón temporal, la duración y la intensidad del destello del macho. [ 21 ] Las hembras giran su abdomen hacia el destello del macho, presentando su propio destello hacia el macho. Se puede observar a los machos volando en una orientación casi vertical, con sus antenas hacia adelante y rígidas mientras sus patas se mantienen hacia el cuerpo durante el patrullaje. [ 20 ] También muestran un cambio de mirada evidente hacia el último destello de la hembra y continúan hacia él hasta que la luciérnaga hembra vuelve a destellar. [ 20 ] Los destellos continúan hasta que el macho alcanza a la hembra. Los machos se congregan en grandes masas y es probable que más de uno encuentre a la misma hembra; en este caso, los machos de P. pyralis muestran agresividad entre sí cuando no están en vuelo. [ 22 ]

Interacciones entre machos y selección sexual

Durante la etapa de "agresión", se favorece a los machos con élitros y linternas más pequeñas, mientras que durante la fase de señalización, se favorece a los machos con élitros más largos y linternas más grandes. [ 22 ] Los machos con linternas más grandes se favorecen en las fases de señalización del cortejo porque sus destellos de luz pueden ser vistos por las hembras que se encuentran más lejos. También se sugiere que, debido a sus élitros más largos, estos machos pueden tener la ventaja de encontrar a las hembras más rápidamente. [ 23 ]

Interacciones entre hembras y machos y selección sexual

Entre las luciérnagas del género Photinus , los machos primero atraen la atención de las hembras con sus patrones de destellos de luz, pero una vez que las alcanzan, son seleccionados en función del tamaño y la calidad de los "regalos nupciales" que pueden ofrecer. Estos regalos nupciales, también conocidos como espermatóforos , son una combinación de esperma y altos niveles de proteínas , hormonas , compuestos defensivos y otros nutrientes que las hembras usarán posteriormente para alimentar los huevos si deciden aparearse con el macho. [ 24 ] Durante la etapa adulta de su vida, la mayoría de las luciérnagas Photinus no se alimentan, por lo que toda su actividad se alimenta de la energía consumida y almacenada durante la etapa larvaria; esto se vuelve especialmente importante en lo que respecta a la actividad reproductiva. En consecuencia, estos regalos nupciales son un factor importante para determinar con qué machos de luciérnaga eligen aparearse las hembras. Aunque termina siendo un alto costo para los machos, aquellos con espermatóforos más grandes tienden a tener mayor éxito reproductivo porque pueden proporcionar a las hembras más nutrientes para sustentar a la descendencia futura. [ 25 ] Se encontró que las hembras eran más propensas a aparearse con machos vírgenes que nunca se habían apareado porque el tamaño de sus regalos nupciales era mayor en comparación con los machos que se habían apareado la noche anterior. [ 26 ]

Poliandria

La hembra de la luciérnaga común oriental es poliándrica , lo que significa que se aparea con varios machos durante varias noches, aunque solo se aparea con un único macho por noche. Se ha demostrado que esta práctica aumenta la fecundidad de la hembra, así como su esperanza de vida. [ 25 ]

Estructura cristalina de la luciferasa

Producción de luz

El órgano luminoso de P. pyralis está compuesto por dos capas: una capa de células refringentes en el lado dorsal y una capa fótica con células productoras de luz en el lado ventral . [ 27 ] El órgano luminoso (específicamente la capa fotogénica) está provisto de numerosas ramificaciones traqueales, que se cree que proporcionan el oxígeno necesario para la producción de luz. [ 27 ] La enzima productora de luz es la luciferasa , y se encuentra dentro de las células de la linterna. [ 28 ] La luciferasa requiere oxígeno, luciferina y trifosfato de adenosina (ATP) para catalizar una reacción química que produce bioluminiscencia en estos insectos. [ 29 ] Se ha demostrado que el brillo no está controlado por las células terminales traqueales (que se creía que contenían válvulas) ni por impulsos nerviosos centrales a través de estudios que involucran condiciones de bajo oxígeno. [ 30 ] Las pupas de estos escarabajos tienen órganos luminosos diferentes a los del adulto. No poseen las células terminales traqueales características de los adultos que emiten destellos, y mientras que los adultos emiten destellos brillantes, las pupas emiten un brillo de baja intensidad. [ 30 ]

Investigación en biotecnología

Se han realizado numerosas investigaciones para determinar el mecanismo por el cual las luciérnagas emiten luz, así como la manera de aprovechar esta herramienta en contextos biotecnológicos. La luciferasa se ha convertido en una herramienta para diversas estrategias de investigación. En 2018 se publicó la secuencia del genoma de Photinus pyralis . [ 31 ]

El primer uso de la luciferasa fue como marcador de detección en numerosos ensayos de alto rendimiento. Dado que se sabe que la luciferasa se activa por oxígeno, luciferina y ATP, los ensayos se centraban específicamente en las reacciones de reducción-oxidación que ocurren en diversos organismos. [ 28 ] Es un marcador altamente sensible, muy fácil y eficiente de usar, por lo que su uso está muy extendido entre los científicos. Estudios recientes han demostrado que la proteína luciferasa se encuentra específicamente en los peroxisomas de muchos eucariotas, los orgánulos [ 32 ] responsables de llevar a cabo reacciones oxidativas y producir peróxido de hidrógeno como subproducto, el cual se elimina rápidamente. Se están realizando más investigaciones sobre cómo utilizar esta información para avanzar en el campo de la biología molecular y celular. [ 33 ]

Referencias

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  • Guía de insectos con detalles sobre Photinus pyralis