Descripción anatómica de los órganos genitales y glándulas secretoras abdominales del ...

21 Pages·2009·1.65 MB·Spanish

Chacón Cerdas, Randall E.; Villalba Velásquez, Vladimir; Moreira González, Ileana.
Descripción anatómica de los órganos genitales y glándulas secretoras abdominales del escarabajo
Ulomoides dermestoides (Fairmare 1893) (Coleoptera:Tenebrionidae).
Tecnología en Marcha, Vol. 22, N.° 4, Octubre-Diciembre 2009, P. 45-65
Descripción anatómica de los órganos
genitales y glándulas secretoras
abdominales del escarabajo Ulomoides
dermestoides (fairmare 1893)
(Coleoptera:Tenebrionidae)
Randall E. Chacón Castro1
Fecha de recepción: 28/01/2009 Vladimir Villalba Velásquez2
Fecha de aceptación: 12/04/2009 Ileana Moreira González3
Palabras clave la anatomía de los órganos genitales y
las glándulas secretoras abdominales
Ulomoides dermestoides, Tenebrionidae,
del insecto criado en condiciones de
glándulas, MEB, ovipositor, adeago, setas,
laboratorio (dieta a base de maní, 70%
secreción defensiva.
HR, 23°C a 1300 msnm), en el Centro
de Investigación en Biotecnología del
Key words ITCR, Cartago, Costa Rica. Los órganos
genitales y las glándulas abdominales
Ulomoides dermestoides, Tenebrionidae,
en ambos sexos fueron procesados para
glands, MEB, ovipositor, aedeagus, setas,
la observación macroscópica y para
defensive secretion.
microscopía electrónica de barrido en la
Unidad de Investigación en Estructuras
Microscópicas de la Universidad de
Resumen
Costa Rica, San José, Costa Rica. En
Ulomoides dermestoides es un coleóptero las hembras se observó la mecánica de
tenebriónido reportado como plaga de la estructura ovipositora y se describió
granos almacenados, el cual presenta sus funciones reproductivas y de defensa,
potencial biotecnológico para la al igual que se encontró dos cercos
bioprospección, al atribuírsele propiedades apicales con acumulaciones sensoriales
farmacológicas. Esta investigación mecano y quimiorreceptoras. Se reportó
se realizó con el objetivo de describir estructuras internas esclerotizadas con
1. Centro de Investigaciones en Biotecnología, Instituto Tecnológico de Costa Rica, Cartago, Costa Rica.
Correo electrónico: [email protected]
2. Escuela de Biología, Instituto Tecnológico de Costa Rica, Cartago, Costa Rica.
Correo electrónico: [email protected]
3. Vicerrectoría de Investigación y Extensión, Instituto Tecnológico de Costa Rica, Cartago, Costa Rica.
Correo electrónico: [email protected]
Octubre - Diciembre 2009 45
función en la oviposición, así como las and defensive systems, and two sensorial
guías que junto con el tejido elástico del apicales walls with mechanic and chemical-
oviducto conforman el segmento final del receptors. It was reported internal sclerotic
ovipositor. En los machos se identificó el structures with function in the oviposition,
adeago, sus extensiones internas y la forma as well as the guides that go along with
particular que permite su introducción y the elastic oviduct tissue and are part of
acoplamiento durante la cópula, sirviendo the ovipositor final segment. The males
también de superficie guía de secreciones displayed the aedeagus and its internal
defensivas. Las micrografías evidenciaron extensions, as well as a particular shape
la presencia de glándulas corrugadas that allows its introduction and connection
secretoras en ambos sexos (de 1.05 mm during the sexual intercourse copula that
de longitud por 350 mm de diámetro), also help them as a guide for their defensive
de fuerte adhesión a la pared abdominal secretion. The photomicrographs showed
por el tejido musculoso de convergencia the presence of secretion corrugated glands
de los conductos secretores, asociados in both sexes (1.05mm in length by 350um
a la comunicación del gonoporo con el in diameter), displaying a strong adhesion
receptáculo glandular. Se encontró células to the abdominal wall by the secretors
al parecer bacterianas en el interior de las muscular conducts convergence tissue
glándulas, esto como posible infección associated to the communication between
patológica o bien como organismos the gonopore and the glandular receiver. It
Se encontró células al simbiontes, lo cual no se pudo diferenciar was found bacterial cells inside the glands
parecer bacterianas claramente. Las secreciones fueron and their presence is possible because of a
en el interior de las asociadas con un mecanismo de defensa pathological infection or a symbiosis with
glándulas, esto como de la especie, pues la cavidad genital se another organism; however, it was not
posible infección impregna de éstas. clearly differentiated. The secretions were
patológica o bien como associated to the defensive mechanism
organismos simbiontes, of the species, where the genital cavity is
Abstract
lo cual no se pudo impregnated with the secretion.
diferenciar claramente. Ulomoides dermestoides is a tenebrionid
coleopter that was reported as a plague
Introducción
on stored grain and has displayed
biotechnological potential due to attributed Ulomoides dermestoides es un coleóptero
pharmacological properties. This que pertenece a la familia Tenebrionidae,
investigation was done with the objective comúnmente reconocida como de
of establishing the anatomical description escarabajos oscuros (Darkling Beetles)
of the genitalia for the insect that grew (Gorhan, 1987), de hábitos fitófagos, que se
up in laboratory conditions (a diet based alimenta de granos como el maní, el maíz,
on peanut, a relative humidity of 70%, el sorgo, el arroz, la soya y otros (Vergara
and an average temperature of 23°C, to et al., 1997) a niveles de organismos plaga.
1300msnm) at the ITCR-Biotechnology Se les encuentra en la naturaleza en hábitats
Research Centre in Cartago, Costa terrestres asociados a ambientes secos,
Rica. The Genitalia and the Abdominal debajo de madera en descomposición. Son
Glands in both sexes were prepared to originarios del continente asiático y han
be observed macroscopically and with a sido diseminados por el comercio de granos
Scanning Electron Microscope (SEM) in hasta el continente americano (Gorhan,
the University of Costa Rica –Microscopic 1987). Esta especie se ha convertido en un
Structures Investigation Centre, San elemento de gran importancia para estudios
Jose, Costa Rica. The females showed de bioprospección, ya que presenta un
the ovipositor structures, the reproductive potencial de estudio e investigación en
46 Vol. 22, N.° 4 2009
el área de la extracción de componentes la necesidad de dilucidación del efecto
activos al comportarse como fuente de del compuesto activo y su mecanismo
fármacos potenciales. de obtención, aspecto que eventualmente
podría contribuir en el tratamiento de las
Se ha observado la presencia de mecanismos
afecciones respiratorias u otras patologías
defensivos en la especie, relacionados
de forma más dirigida y científica, sin
con la secreción de sustancias repelentes
incurrir en los riesgos del tratamiento
y bloqueadoras de quimiorreceptores,
empírico.
las cuales se almacenan en inclusiones
cuticulares o glándulas en las terminales Tanto Ulomoides dermestoides como
abdominales de ambos géneros. Las muchas otras especies pertenecientes a
secreciones típicas de la especie han numerosas familias de artrópodos, han
sido caracterizadas como una mezcla sido estudiadas anatómicamente para
de 1,4-benzoquinonas (Blum, 1978) facilitar y documentar la acción glandular
con moléculas transportadoras del tipo y el mecanismo químico particular que
hidrocarburos epicuticulares 1-triedeno muchas veces adquieren valor científico.
(Villaverde et al., 2005). El mecanismo Trabajos desarrollados en escarabajos
de defensa en este tipo de insectos, según “Bombarderos” Carabidae de la subfamilia
Esta investigación Blum (1978) y Gillot (1980), mantiene Paussinae (Goniotropis nicaraguensis),
es conciente de la una respuesta a estímulos principalmente han permitido demostrar conceptos de
importancia de la táctiles, que se puede sectorizar de acuerdo física de fluídos aplicados en la ingeniería
descripción anatómica con la dirección del estímulo. (Eisner y Aneshansley, 1982). Otra
de los órganos especie de este mismo grupo (Stenaptinus
genitales, las glándulas Dichas secreciones han sido parte de la
insignis) ha sido estudiada y comparada
abdominales secretoras postulación del insecto como fuente de
con modelos hidráulicos de propulsión
de la especie y su sustancias o metabolitos que mantienen
(Dean et al., 1990).
relación con elementos compuestos activos que ayudan en el
fisiológicos intrínsecos, control de enfermedades respiratorias. Otras investigaciones han estado enfocadas
en el efecto de las secreciones sobre nichos
para proporcionar Esta aparente propiedad se ha difundido a
de depredación y el papel de control natural
elementos científicos que partir de la cultura asiática, especialmente
influenciado por la alimentación, como el
permitan avanzar en la a partir de la región de Malasia, donde se
caso de Dactylopius spp. (Cochinilla roja)
bioprospección de la ha utilizado este escarabajo en la medicina
(Eisner et al., 1980). Otras, por su parte,
especie U. popular para el tratamiento de afecciones
hacen énfasis en la caracterización química
respiratorias y como alimento afrodisíaco,
de las feromonas implicadas (Davidson et
resultando en una especie de particular
al., 1989). No obstante, la gran mayoría
interés en estos países (Chu et al.,1977).
de estas investigaciones centralizadas
Estas prácticas empíricas han sido
particularmente en escarabajos, contemplan
adoptadas principalmente por la cultura
una descripción previa detallada de la
hispana, difundiéndose su uso medicinal
anatomía del insecto y la fuente glandular
y despertando de este modo interés en la
de secreción, lo cual permite realizar las
bioprospección de la especie (Flores et
observaciones y los ensayos adecuados
al., 2002; Medeiros et al., 2006), pero este
para cumplir con los objetivos planteados.
dato al parecer aún no se ha esclarecido,
lo cual ha mantenido la ingesta del insecto Esta investigación es conciente de la
en forma empírica. Estudios anteriores importancia de la descripción anatómica
han demostrado que el consumo de estos de los órganos genitales, las glándulas
escarabajos puede producir la transmisión abdominales secretoras de la especie y
de parásitos intestinales que se alojan a su relación con elementos fisiológicos
su vez en los intestinos de los insectos intrínsecos, para proporcionar elementos
(Sullivan et al., 1977), lo que promueve científicos que permitan avanzar
Octubre - Diciembre 2009 47
en la bioprospección de la especie U. grasos tetraóxido de osmio al 1% por
dermestoides de forma más dirigida e una hora; seguidamente se repitió tres
integral. lavados con buffer de fosfatos 0.1M cada
15 min. posteriormente, se deshidrató las
muestras mediante una serie descendente
Materiales y métodos
de alcoholes, pasando por alcohol al 30,
Caracterización anatómica interna 50, 70, 80, 90 y 95% por diez minutos
y externa de los órganos genitales en cada uno; por último, se aplicó dos
deshidrataciones con alcohol al 100% por
Se seleccionó diez hembras y diez machos
15 minutos cada una.
en estadío adulto empleando estereoscopio
y pinzas entomológicas de manipulación. Las muestras se secaron por sublimación
Se colocó vivos en 6 ml de alcohol al 95%, mediante cuatro inmersiones de 15 minutos
induciendo la respuesta defensiva que cada una en terbutanol y la última de éstas
expusiera los órganos genitales, obteniendo se realizó en el equipo VFD-20 Freezer
individuos muertos con el ovipositor Dryer, empleando la sublimación al vacío
extendido y el adeago externamente visible. con nitrógeno líquido. Seguidamente,
para la observación de las estructuras se tomó las muestras y se las adhirió
internas, se los mantuvo individualmente a unas platinas de aluminio mediante
sumergidos en una solución de alcohol una cinta doble de carbón y se trazó
al 95% y fueron transferidos a una placa guías con pintura de plata en la platina
petri con parafina derretida y oscurecida para aumentar la conductividad de los
con cera negra. Luego se procedió a electrones, dejándose secar por una hora a
observar al estereoscopio (4X) cada 37°C. Luego se cubrió las muestras con un
individuo y a realizar la disección de las baño de oro-paladio (Au-pd) en el equipo
partes endurecidas con ayuda de agujas y Giko IB-3 Ion Coater Au-Pd, por un
pinzas entomológicas. Se capturó imágenes período de 5 min, para depositar una capa
digitales de los órganos genitales de de 38 nm de espesor sobre la muestra.
cada sexo con el paquete computacional Se observó cada muestra al microscopio
AverMedia EZCapture 2.5 y el equipo electrónico de barrido (Scanning S-570)
BioVID LWScientific, Inc. Se realizó y se tomó fotografías digitales con un
la identificación interna de sexos según equipo fotográfico PENTAX K100D. Se
estructuras esclerotizadas particulares a describió las estructuras particulares de
nivel interno. cada sexo y la parte motora de oviposición
para la observación de las estructuras y cópula.
internas mediante Microscopía Electrónica
Anatomía de glándulas secretoras
de Barrido (MEB), se utilizó tanto
internas
individuos completos como el producto de
sus disecciones, realizadas previamente al Al estereoscopio y en placas petri con cera
estereoscopio (4X); se empleó el fijador de color oscuro, se disectó los élitros, las
Karnowsky (paraformaldehído al 2.5% y alas membranosas y la cabeza, y luego se
glutaraldehído al 2.0% en amortiguador prosiguió con el tórax y la membrana que
de fostafo de sodio 0.1M, pH 7.4) por recubre la parte superior del abdomen.
un mínimo de 2 horas a 4°C, el cual fijó Con ayuda de agujas entomológicas
las proteínas y carbohidratos estructurales número 00, se retiró las reservas lipídicas
de las partes genitales disectadas. de la cavidad abdominal y se separó los
posteriormente, se realizó tres lavados túbulos de Malpighi. Se mantuvo sin
con buffer de fosfatos 0.1M cada 15 disectar la conexión del sistema excretor
minutos y se aplicó el fijador de ácidos y la terminal genital del abdomen.
48 Vol. 22, N.° 4 2009
Luego, se retiró el sistema digestivo y se 2.5 y el equipo BioVID LWScientific, Inc.
limpió el exterior abdominal, se conservó Además, se preparó muestras y se las
las terminales genitales de ambos sexos en visualizó al microscopio electrónico de
frascos de vidrio con 2 ml de una solución barrido (Scanning S-570) de la misma
de glicerina estéril y alcohol al 60% en forma en que se indicó anteriormente para
una proporción 1:1, ante la presencia de los órganos genitales de ambos sexos.
posibles estructuras glandulares distintivas
en esta región. Se capturó imágenes de la
morfología glandular interna para cada Resultados
sexo con el paquete AverMedia EZCapture
Caracterización anatómica interna
y externa de los órganos genitales
En el caso de los machos, se apreció la
ausencia del conducto elástico u ovipositor
presente en las hembras. En lugar de
este último, se encontró una estructura
esclerotizada que sobresalía del conducto
excretor del insecto, el cual al mismo
tiempo fungía como el genital retráctil
llamado adeago (Figura 1 y Figura 2).
La región terminal del abdomen aloja
estas estructuras y su longitud es cercana
a los 0.90 mm (Figura 2A), longitud que
aumenta cuando el adeago sobresale de
Figura 1. Estructura genital del macho de
la cavidad genital y la región retráctil se
Ulomoides dermestoides vista al estereoscopio
expande (Figura 2A, rr). La cavidad, por
a 2.5X. A. Adeago y B. Zona esclerotizada
su parte, se encuentra rodeada tanto en
marcada entre región retráctil.
la parte interna como externa por setas
Figura 2. Detalle de la región y abertura genitales en la terminal abdominal del macho. A. Región
retráctil que incluye la cavidad genital (rr), setas localizadas a lo largo de la cavidad genital (st)
(Barra: 0.43 mm). B. Cavidad genital (cg) rodeada de setas heterogéneas internas-externas (st) y
detalle de la forma de las setas (Barra inferior: 120 um; superior: 12 um).
Octubre - Diciembre 2009 49
de tamaños heterogéneos que, al parecer, (Figura 3A, fb). La longitud del adeago
se disponen de menor a mayor tamaño es de aproximadamente 1.5 mm (Figura
conforme se adentran en la misma (Figura 3B). La estructura ventral de este adeago
2A, st). La figura 2B muestra la disposición presenta un canal curvo (Figura 3B, cc) que
de las setas a lo largo de la cavidad (Figura
se extiende desde el extremo distal hasta el
2B, cg), la cual presenta una abertura
basal, finalizando en una curvatura de la
de aproximadamente 360 um y en la
estructura (cb) de forma bastonada; en
parte superior de la misma se aprecia el
esta misma región se observa la unión de
detalle de la forma de las setas, las cuales
un tejido que aloja un conducto cilíndrico,
parecen el resultado del crecimiento de
al parecer de un material musculoso y
una estructura esclerotizada compuesta por
corrugado (Figura 3B, cci).
dos setas que alojan un adelgazamiento en
su parte central, el cual desaparece en la También a nivel interno se encuentra
parte distal, donde se nota una estructura una estructura compuesta por dos
puntiaguda con leves abultamientos.
extensiones esclerotizadas (Figura 4B)
El adeago, por su parte, presenta una forma que se prolongan desde la base del último
irregular un poco doblada, que tiene en su segmento abdominal retráctil (Figura 4A
extremo exterior unos bordes particulares y Figura 5A, sa) y se unen conforme se
que marcan su forma puntiaguda (Figura proyectan hacia el tórax.
3A, ed). En esta región se presentan
Cada extensión tiene una longitud de 1.30
aparentes papilas sensoriales, las cuales
mm (Figura 5A, ee) y el espacio entre
sobresalen como pequeñas protuberancias
éstas se encuentra cubierto por un aparente
en este extremo distal (Figura 3A, ps).
tejido membranoso (Figura 5A, tm). El
Además, en el segmento anterior se
aprecia dos estructuras que se disponen extremo de unión de estas extensiones
en los laterales del adeago, normalmente (Figura 5B, ee) presentó correspondencia
llamadas parámeros (Figura 3A, pa), muy con la curvatura basal del adeago (Figura
asociadas en la base del adeago o falobase 5B, cb).
Figura 3. Detalle del adeago. A. Extremo exterior del adeago (ed) y detalle de papilas sensoriales
(ps), parámeros (pa), falobase (fb) (Barra inferior: 0.30 mm; superior: 30 um). y B. Canal curvo del
adeago (cc), curvatura basal (cb) y conducto cilíndrico (cci) (Barra: 0.30mm).
50 Vol. 22, N.° 4 2009
Figura 4. Estructuras internas de los órganos genitales del macho de Ulomoides dermestoides
vistas al estereoscopio 4X. A. Región esclerotizada del último segmento abdominal. B. Extensiones
esclerotizadas internas. C. Adeago.
Figura 5. Prolongaciones esclerotizadas en los órganos genitales internos del macho. A. Longitud
y forma de las extensiones (ee), tejido membranoso (tm), membrana de la región retráctil del 5-6
segmento abdominal (mrr), último segmento abdominal externo (sa) (Barra: 0.50 mm). B. Detalle
de conexión adeago-extensiones, extensiones esclerotizadas (ee), curvatura basal (cb), membrana
de la región retráctil (mrr) y conducto cilíndrico (cci) (Barra: 0.50 mm).
Las hembras por su parte poseen al igual del abdomen y llega hasta el límite de
que el macho una estructura retráctil, que en la zona genital donde se encuentra la
su caso se une con el ovipositor, el cual se abertura genital (Figura 6A). Además, se
prolonga desde la cavidad genital ubicada presentan dos prolongaciones levemente
en el extremo terminal del abdomen e endurecidas, las cuales se extienden al
incluye elementos internos esclerotizados. igual que la anterior (Figura 6B), continúan
Se observó una estructura esclerotizada y aparentemente dando forma al oviducto y
alargada que se extiende desde el interior finalizan en unas terminales redondeadas
Octubre - Diciembre 2009 51
(Figura 6D) que ensanchan el final del Respecto a la cavidad genital, al igual que
ovipositor, el cual parece estar constituido en los machos, ésta se encuentra rodeada de
por tejido membranoso e incluye una setas que ornamentan su entrada, al igual
región endurecida ubicada entre la zona que la parte distal del último segmento
retráctil del esternito (Figura 6C). abdominal (Figura 7A, st y st1). Se
encontró setas de menor tamaño conforme
se acercaban al interior de la cavidad y
conforme se alejaban del extremo interno
hacia el externo. Generalmente las setas
de la abertura genital se presentan con la
base ensanchada y un adelgazamiento que
luego continúa en un leve ensanchamiento
hacia la punta (Figura 7B, st), siendo de
mayor tamaño que en los machos.
Cuando la hembra extiende su ovipositor,
las setas que están cercanas a la abertura
genital se alejan por el efecto de expansión
de la región retráctil (Figura 8, st). Parece
ser que la expansión en dicha región
es más pronunciada en las hembras que
en los machos. También se observó el
desplazamiento de las setas más alargadas
en la región de aparente unión del ovipositor
con el abdomen (Figura 8, st1).
El ovipositor en su máxima extensión
Figura 6. Estructura genital externa de la hembra de Ulomoides dermestoides parece componerse de dos regiones
vista al estereoscopio a 4X. A. Estructura esclerotizada alargada desde principales: una región basal y otra
el interior abdominal. B. Prolongaciones guías del ovipositor. C. Zona distal. La región basal (Figura 9A, rbo)
abdominal terminal esclerotizada en región retráctil. D. Terminal redondeada es ensanchada en la zona de ligamento
endurecida del ovipositor.
Figura 7. Elementos en la cavidad genital. A. Disposición de setas (st) en la abertura genital de la
hembra, setas alargadas (st1), cavidad genital (cg) y posible región retráctil (rr) (Barra: 250 um). B.
Detalle de la forma de la seta (st) (Barra inferior 60 um; Barra superior: 6 um).
52 Vol. 22, N.° 4 2009
con la abertura genital, compuesta de un
tejido elástico con pequeñas cerdas que
la ornamentan y se prolonga hasta lo
que asemeja una unión articulada en el
extremo de unión con la otra región distal
(Figura 9A, rdo).
En esta aparente región articulada se
encuentra una especie de tabique (Figura
9A, to y Figura 9B, to), con una depresión
externa que moldea la continuidad del
ovipositor y orienta su región distal hacia
el externo, con movilidad en la unión.
En la región distal se encontró dos
abultamientos en forma de óvalos unidos
al último segmento del ovipositor en su
región apical (Figura 10A, aao), los cuales
se adornan con setas de diferentes tamaños
(Figura 10A, st-aao y Figura 10B, st-aao).
El ovipositor se abre para dar campo al
oviducto, el cual, a nivel externo, parece
formarse de un tejido elástico (Figura
10A, te).
A nivel interno, producto de las disecciones
de los órganos genitales, se evidenció la
Figura 8. Extensión del ovipositor y expansión de la región retráctil genital. presencia de elementos esclerotizados. Se
Setas ornamentadoras (st), setas alargadas (st1) y región retráctil (rr) (Barra:
evidenció las terminales del ovipositor
176 um).
Figura 9. Detalle de las regiones constituyentes del ovipositor. A. Región basal del ovipositor (rbo),
tabique de ovipositor (to) y región distal del ovipositor (rdo) (Barra: 0.60 mm). B. Detalle de la
estructura del tabique del ovipositor (to) (Barra: 86 um).
Octubre - Diciembre 2009 53
Figura 10. Detalle de la zona apical en la región distal del ovipositor. A. Abultamiento apical del ovipositor (aao), setas de los
abultamientos (st-aao) y aparente tejido elástico (te) (Barra: 120 um). B. Placas estructurales de formación en los abultamientos
apicales (pl-aao) y setas de los abultamientos (st-aao) (Barra: 15.0 um).
Figura 11. Estructuras internas de los órganos genitales de la hembra de Ulomoides dermestoides
vista al estereoscopio 4X. A. Ovipositor contraído internamente. B.Vista lateral de ovipositor
contraído. C. Estructura esclerotizada interna. D. Vista dorsal de la unión del conducto guía
del ovipositor con la abertura genital. a: terminales redondeadas del ovipositor. b y c: guías
esclerotizadas adheridas al conducto del ovipositor. d: estructura esclerotizada extendida desde el
abdomen hasta la base de la cavidad genital.
54 Vol. 22, N.° 4 2009