Resistencia a pesticidas

La aplicación de plaguicidas puede seleccionar artificialmente para plagas resistentes. En este diagrama, la primera generación tiene un insecto con una mayor resistencia a un plaguicida (rojo) Después de la aplicación plaguicida, sus descendientes representan una proporción mayor de la población, porque las plagas sensibles (blancas) han sido asesinadas selectivamente. Después de repetidas aplicaciones, las plagas resistentes pueden constituir la mayoría de la población.

La resistencia a los plaguicidas describe la disminución de la susceptibilidad de una población de plagas a un plaguicida que anteriormente era eficaz para controlar la plaga. Las especies de plagas desarrollan resistencia a los pesticidas a través de la selección natural: los especímenes más resistentes sobreviven y transmiten sus rasgos de cambios hereditarios adquiridos a su descendencia. Si una plaga tiene resistencia, entonces el plaguicida carece de eficacia; la eficacia y la resistencia están inversamente relacionadas.

Se han informado casos de resistencia en todas las clases de plagas (es decir, enfermedades de los cultivos, malas hierbas, roedores, etc.), con 'crisis' en el control de insectos que ocurrió temprano después de la introducción del uso de pesticidas en el siglo XX. La definición de resistencia a los insecticidas del Comité de Acción para la Resistencia a los Insecticidas (IRAC, por sus siglas en inglés) es 'un cambio hereditario en la sensibilidad de una población de plagas que se refleja en el fracaso repetido de un producto para lograr el nivel de control esperado cuando se usa de acuerdo con las recomendaciones de la etiqueta para esa especie de plaga '.

La resistencia a los pesticidas está aumentando. Los agricultores de EE. UU. perdieron el 7 % de sus cultivos a causa de las plagas en la década de 1940; durante las décadas de 1980 y 1990, la pérdida fue del 13%, a pesar de que se usaban más pesticidas. Más de 500 especies de plagas han desarrollado resistencia a un pesticida. Otras fuentes estiman que el número ronda las 1.000 especies desde 1945.

Aunque la evolución de la resistencia a los plaguicidas suele discutirse como resultado del uso de plaguicidas, es importante tener en cuenta que las poblaciones de plagas también pueden adaptarse a métodos de control no químicos. Por ejemplo, el gusano de la raíz del maíz del norte (Diabrotica barberi) se adaptó a una rotación de cultivos de maíz y soja al pasar el año en diapausa cuando el campo está sembrado con soja.

A partir de 2014, pocos herbicidas nuevos están cerca de la comercialización y ninguno con un modo de acción novedoso y sin resistencia. Del mismo modo, a partir de enero de 2019, el descubrimiento de nuevos insecticidas es más costoso y difícil que nunca.

Causas

La resistencia a los pesticidas probablemente se deba a múltiples factores:

• Muchas especies de plagas producen un gran número de descendientes, por ejemplo plagas de insectos producen brodos grandes. Esto aumenta la probabilidad de mutaciones y asegura la rápida expansión de las poblaciones resistentes.
• Las especies de pest habían estado expuestas a toxinas naturales mucho antes de que comenzara la agricultura. Por ejemplo, muchas plantas producen fitotoxinas para protegerlas de los herbivores. Como resultado, la coevolución de los herbivores y sus plantas anfitrionas requería el desarrollo de la capacidad fisiológica para desintoxicar o tolerar los venenos.
• Los humanos suelen depender casi exclusivamente de plaguicidas para el control de plagas. Esto aumenta la presión de selección hacia la resistencia. Los plaguicidas que no descomponen contribuyen rápidamente a la selección de cepas resistentes incluso después de que ya no se apliquen.
• En respuesta a la resistencia, los administradores pueden aumentar las cantidades/frecuencia de plaguicidas, lo que agrava el problema. Además, algunos plaguicidas son tóxicos para especies que se alimentan o compiten con plagas. Esto puede paradójicamente permitir que la población de plagas se expanda, requiriendo más pesticidas. Esto a veces se conoce como la trampa plaguicida, o un pesticidas, ya que los agricultores pagan progresivamente más por menos beneficio.
• Los depredadores y parásitos de insectos generalmente tienen poblaciones más pequeñas y son menos propensos a evolucionar la resistencia que los objetivos primarios de los plaguicidas, como los mosquitos y los que se alimentan de plantas. Debilitarlos permite que las plagas florezcan. Alternativamente, los depredadores resistentes pueden ser criados en laboratorios.
• Las plagas con rango viable limitado (como insectos con una dieta específica de algunas plantas de cultivos relacionadas) son más propensos a evolucionar la resistencia, porque están expuestas a concentraciones plaguicidas más altas y tienen menos oportunidad de reproducirse con poblaciones no expuestas.
• Las plagas con tiempos de generación más cortos desarrollan resistencia más rápido que otros.
• La dinámica social de los agricultores: Los agricultores que siguen las prácticas comunes de sus pares a veces es problemática en este caso. El exceso de pesticidas es un error popular y se hace cada vez más popular a medida que los agricultores se ajustan a las prácticas que les rodean.
• La falta de familiaridad con la variación en la aplicación regulatoria puede dificultar la capacidad de los encargados de formular políticas para producir cambios reales en el curso de la evolución de la resistencia.

Ejemplos

La resistencia ha evolucionado en múltiples especies: la resistencia a los insecticidas fue documentada por primera vez por A. L. Melander en 1914 cuando las cochinillas demostraron resistencia a un insecticida inorgánico. Entre 1914 y 1946 se registraron 11 casos adicionales. El desarrollo de insecticidas orgánicos, como el DDT, dio la esperanza de que la resistencia a los insecticidas fuera un tema muerto. Sin embargo, en 1947 la resistencia de las moscas domésticas al DDT había evolucionado. Con la introducción de cada nueva clase de insecticida (ciclodienos, carbamatos, formamidinas, organofosforados, piretroides, incluso Bacillus thuringiensis), surgieron casos de resistencia entre dos y 20 años.

• Estudios en América han demostrado que las moscas frutales que infestan los arboles naranjas se estaban volviendo resistentes al malatión.
• En Hawaii, Japón y Tennessee, la polilla de diamante evolucionó una resistencia a Bacillus thuringiensis unos tres años después de que comenzó a ser utilizado fuertemente.
• En Inglaterra, las ratas en ciertas áreas han evolucionado la resistencia que les permite consumir hasta cinco veces más veneno de rata como ratas normales sin morir.
• El DDT ya no es eficaz para prevenir la malaria en algunos lugares. La resistencia se desarrolló lentamente en la década de 1960 debido al uso agrícola. Este patrón fue especialmente observado y sintetizado por Mouchet 1988.
• En el sur de los Estados Unidos, Amaranthus palmeri, que interfiere con la producción de algodón, ha evolucionado la resistencia al glifosato herbicida y en general tiene resistencia a cinco sitios de acción en el sur de Estados Unidos a partir de 2021.
• El escarabajo de la patata Colorado ha evolucionado la resistencia a 52 compuestos diferentes pertenecientes a todas las clases de insecticidas principales. Los niveles de resistencia varían entre las poblaciones y entre las etapas de vida del escarabajo, pero en algunos casos pueden ser muy altos (hasta 2.000 veces).
• El cabbage looper es una plaga agrícola que se está volviendo cada vez más problemática debido a su creciente resistencia a la Bacillus thuringiensis, como se demostró en invernaderos canadienses. Otras investigaciones encontraron un componente genético de la resistencia a la TB.
• La introducción generalizada de Rattus norvegicus combinado con el uso generalizado de rodenticidios anticoagulent como warfarina ha producido una resistencia casi igual a los rodenticidios antagonistas de vitamina K en todo el mundo.

Consecuencias

Los insecticidas se utilizan ampliamente en todo el mundo para aumentar la productividad agrícola y la calidad de las hortalizas y los cereales (y, en menor medida, para el control de vectores en el ganado). La resistencia resultante tiene una función reducida para esos mismos propósitos y en el control de vectores para humanos.

Resistencia múltiple y cruzada

• Las plagas de resistencia múltiple son resistentes a más de una clase de pesticidas. Esto puede suceder cuando los pesticidas se utilizan en secuencia, con una nueva clase reemplazando a una a la que las plagas muestran resistencia con otra.
• La resistencia cruzada, un fenómeno relacionado, ocurre cuando la mutación genética que hizo resistente a la plaga a un plaguicida también lo hace resistente a otros, a menudo aquellos con un mecanismo de acción similar.

Adaptación

Las plagas se vuelven resistentes al desarrollar cambios fisiológicos que las protegen del químico.

Un mecanismo de protección es aumentar la cantidad de copias de un gen, lo que permite que el organismo produzca más enzima protectora que descompone el pesticida en sustancias químicas menos tóxicas. Tales enzimas incluyen esterasas, glutatión transferasas y oxidasas microsómicas mixtas.

Alternativamente, se puede reducir el número y/o la sensibilidad de los receptores bioquímicos que se unen al pesticida.

Se ha descrito la resistencia del comportamiento de algunos productos químicos. Por ejemplo, algunos mosquitos Anopheles desarrollaron una preferencia por descansar al aire libre que los mantuvo alejados de los pesticidas rociados en las paredes interiores.

La resistencia puede implicar una rápida excreción de toxinas, su secreción dentro del cuerpo lejos de los tejidos vulnerables y una menor penetración a través de la pared del cuerpo.

La mutación en un solo gen puede conducir a la evolución de un organismo resistente. En otros casos, múltiples genes están involucrados. Los genes resistentes suelen ser autosómicos. Esto significa que están ubicados en autosomas (a diferencia de los alosomas, también conocidos como cromosomas sexuales). Como resultado, la resistencia se hereda de manera similar en hombres y mujeres. Además, la resistencia generalmente se hereda como un rasgo dominante incompleto. Cuando un individuo resistente se cruza con un individuo susceptible, su descendencia generalmente tiene un nivel de resistencia intermedio entre los padres.

La adaptación a los pesticidas tiene un costo evolutivo, que generalmente disminuye la aptitud relativa de los organismos en ausencia de pesticidas. Los individuos resistentes a menudo tienen un rendimiento reproductivo, esperanza de vida, movilidad, etc. reducidos. Los individuos no resistentes a veces aumentan en frecuencia en ausencia de pesticidas, pero no siempre, por lo que esta es una forma que se está tratando de combatir la resistencia.

Los gusanos de la mosca azul producen una enzima que les confiere resistencia a los insecticidas organoclorados. Los científicos han investigado formas de usar esta enzima para descomponer los pesticidas en el medio ambiente, lo que los desintoxicaría y evitaría efectos ambientales dañinos. Una enzima similar producida por las bacterias del suelo que también descompone los organoclorados funciona más rápido y se mantiene estable en una variedad de condiciones.

Se espera que ocurra resistencia a las formas de control de la población impulsadas por genes y se están estudiando métodos para frenar su desarrollo.

Los mecanismos moleculares de la resistencia a los insecticidas solo se hicieron comprensibles en 1997. Guerrero et al 1997 utilizaron los métodos más nuevos de la época para encontrar mutaciones que producían resistencia a los piretroides en los dípteros. Aun así, estas adaptaciones a los pesticidas fueron inusualmente rápidas y pueden no representar necesariamente la norma en las poblaciones silvestres, en condiciones silvestres. Los procesos de adaptación natural toman mucho más tiempo y casi siempre ocurren en respuesta a presiones más suaves.

Administración

Para remediar el problema, primero se debe determinar qué es lo que realmente está mal. El análisis de la sospecha de resistencia a los pesticidas, y no simplemente la observación de campo y la experiencia, es necesario porque puede confundirse con una falla en la aplicación del pesticida según las instrucciones o la degradación microbiana del pesticida.

Las Naciones Unidas' La Organización Mundial de la Salud estableció la Red mundial de resistencia a los insecticidas en marzo de 2016, debido a la creciente necesidad y al creciente reconocimiento, incluida la disminución radical de la función contra las plagas de vegetales.

Manejo integrado de plagas

El enfoque de manejo integrado de plagas (MIP) proporciona un enfoque equilibrado para minimizar la resistencia.

La resistencia se puede controlar reduciendo el uso de pesticidas. Esto permite que los organismos no resistentes compitan con las cepas resistentes. Más tarde se pueden matar volviendo a usar el pesticida.

Un enfoque complementario es ubicar refugios no tratados cerca de tierras de cultivo tratadas donde las plagas susceptibles puedan sobrevivir.

Cuando los pesticidas son el método único o predominante de control de plagas, la resistencia se maneja comúnmente a través de la rotación de pesticidas. Esto implica cambiar entre clases de pesticidas con diferentes modos de acción para retrasar o mitigar la resistencia de las plagas. Los Comités de Acción de Resistencia monitorean la resistencia en todo el mundo y, para hacerlo, cada uno mantiene una lista de modos de acción y pesticidas que se incluyen en esas categorías: el Comité de Acción de Resistencia a Fungicidas, la Sociedad de Ciencias de las Malezas de América (el Comité de Acción de Resistencia a Herbicidas El Comité ya no tiene su propio esquema y está contribuyendo a la WSSA a partir de ahora) y el Comité de Acción de Resistencia a los Insecticidas. La Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA) también utiliza esos esquemas de clasificación.

Los fabricantes pueden recomendar que no se realicen más de un número específico de aplicaciones consecutivas de una clase de pesticida antes de pasar a una clase de pesticida diferente.

Se pueden mezclar en el tanque dos o más pesticidas con diferentes modos de acción en la granja para mejorar los resultados y retrasar o mitigar la resistencia existente de las plagas.

Estado

Glifosato

Las malezas resistentes al glifosato ahora están presentes en la gran mayoría de las granjas de soja, algodón y maíz en algunos estados de EE. UU. Las malezas resistentes a múltiples modos de acción de los herbicidas también están en aumento.

Antes del glifosato, la mayoría de los herbicidas eliminaban una cantidad limitada de especies de malezas, lo que obligaba a los agricultores a rotar continuamente sus cultivos y herbicidas para evitar la resistencia. El glifosato interrumpe la capacidad de la mayoría de las plantas para construir nuevas proteínas. Los cultivos transgénicos tolerantes al glifosato no se ven afectados.

Una familia de malas hierbas que incluye el cáñamo de agua (Amaranthus rudis) ha desarrollado cepas resistentes al glifosato. Una encuesta de 2008 a 2009 de 144 poblaciones de cáñamo acuático en 41 condados de Missouri reveló resistencia al glifosato en un 69 %. Las encuestas de malezas de unos 500 sitios en todo Iowa en 2011 y 2012 revelaron resistencia al glifosato en aproximadamente el 64% de las muestras de cáñamo acuático.

En respuesta al aumento de la resistencia al glifosato, los agricultores recurrieron a otros herbicidas y aplicaron varios en una sola temporada. En los Estados Unidos, la mayoría de los agricultores del medio oeste y del sur continúan usando glifosato porque todavía controla la mayoría de las especies de malezas, aplicando otros herbicidas, conocidos como residuales, para lidiar con la resistencia.

El uso de múltiples herbicidas parece haber frenado la propagación de la resistencia al glifosato. Desde 2005 hasta 2010, los investigadores descubrieron 13 especies diferentes de malezas que habían desarrollado resistencia al glifosato. De 2010 a 2014 solo se descubrieron dos más.

Una encuesta de Missouri de 2013 mostró que las malas hierbas multirresistentes se habían propagado. El 43% de las poblaciones de malezas muestreadas fueron resistentes a dos herbicidas diferentes, el 6% a tres y el 0,5% a cuatro. En Iowa, una encuesta reveló doble resistencia en el 89 % de las poblaciones de cáñamo acuático, 25 % resistente a tres y 10 % resistente a cinco.

La resistencia aumenta los costos de pesticidas. Para el algodón del sur, los costos de los herbicidas aumentaron de $50 a $75 por hectárea ($20 a $30/acre) hace unos años a alrededor de $370 por hectárea ($150/acre) en 2014. En el sur, la resistencia contribuyó al cambio que redujo la producción de algodón. siembra en un 70% en Arkansas y un 60% en Tennessee. Para la soya en Illinois, los costos aumentaron de $25 a $160 por hectárea ($10 a $65/acre).

Bacillus thuringiensis

Durante 2009 y 2010, algunos campos de Iowa mostraron daños graves en el maíz que produce la toxina Bt Cry3Bb1 por el gusano de la raíz del maíz occidental. Durante 2011, el maíz mCry3A también mostró daños por insectos, incluida la resistencia cruzada entre estas toxinas. La resistencia persistió y se extendió en Iowa. El maíz Bt que se dirige al gusano de la raíz del maíz occidental no produce una dosis alta de toxina Bt y muestra menos resistencia que la observada en un cultivo Bt de dosis alta.

Productos como Capture LFR (que contiene el piretroide bifentrina) y SmartChoice (que contiene un piretroide y un organofosforado) se han utilizado cada vez más para complementar los cultivos Bt que los agricultores encuentran solos y no pueden prevenir las lesiones causadas por insectos. Múltiples estudios han encontrado que la práctica es ineficaz o acelera el desarrollo de cepas resistentes.