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La visión por computadora aumenta la eficacia del control de plagas a través de la esterilización de insectos


Una de las estrategias utilizadas para el control biológico de la mosca de la fruta sudamericana Anastrepha fraterculus es la esterilización de machos mediante rayos X o irradiación con rayos gamma.


por Bruno De Pierro, FAPESP


El objetivo del procedimiento es lograr una disminución en la población salvaje de estos insectos.

A. fraterculus es una plaga de cultivo importante en la Región Sur de Brasil, que afecta principalmente a huertos de manzanas y duraznos. La esterilización se considera una alternativa asequible al uso de insecticidas y cebos tóxicos. Antes de la irradiación, las pupas, la forma inmadura entre larvas y adultos, se someten a un proceso de control de calidad para identificar y descartar insectos muertos y de baja calidad.

El problema es que esta inspección se realiza manualmente y se basa en análisis morfofisiológicos, pero es difícil distinguir a simple vista las pupas vacías o muertas de las sanas a simple vista. Las diferencias de color, por ejemplo, son sutiles y pueden pasar desapercibidas.

«El problema puede afectar la eficiencia del control biológico porque las pupas de baja calidad no se convierten en moscas estériles», dijo Clíssia Barboza da Silva, una agrónoma afiliada al Centro de Energía Nuclear en la Agricultura de la Universidad de São Paulo (CENA-USP) en Piracicaba «El margen de error en la inspección manual es de aproximadamente 10%», agregó.

Barboza da Silva ha estado trabajando en una forma de optimizar el proceso basado en un método seguro y preciso de análisis de pupas en el contexto de la producción en masa. Ella y su equipo usan VideometerLab, un instrumento de imágenes multiespectrales desarrollado por una compañía danesa, para analizar las pupas. Las imágenes multiespectrales capturan la luz de un objeto en un rango de longitudes de onda a través del espectro electromagnético. La técnica identifica con precisión las alteraciones en la calidad de la muestra.

Comprado por aproximadamente BRL 400,000 (ahora aproximadamente USD 92,000) con fondos del Programa de Equipo Multiusuario de FAPESP , el VideometerLab es aproximadamente del tamaño de una cafetera de una sola porción. Se sienta en el banco del laboratorio y es fácil de operar. En este caso, los investigadores colocan las pupas en una placa de Petri y las analizan en cinco segundos. El análisis manual lleva horas.

«Gracias a su cámara multiespectral, el dispositivo proporciona varios tipos de datos al mismo tiempo: fisiológicos, sanitarios y genéticos, por ejemplo, además de datos sobre composición química», dijo Barboza da Silva. El dispositivo tiene 19 luces estroboscópicas LED, cada una de las cuales emite una longitud de onda diferente de infrarrojos a ultravioleta. La técnica analítica principal es la imagen de reflectancia. La reflectancia se mide iluminando una muestra y calculando la relación entre la luz reflejada y la incidente.

Las imágenes de pupas producidas por VideometerLab muestran diferentes patrones de color. Cuanto más azul es la imagen, mayor es la reflectancia y mayor es la calidad de la muestra. Según Barboza da Silva, los rasgos fenotípicos como el color y el peso se utilizan para detectar pupas muertas o vacías en el procedimiento de inspección convencional.

«El problema es que a simple vista, las pupas vacías son casi del mismo color que las pupas de alta calidad», dijo.

Barboza da Silva es coautor de un artículo publicado en el Journal of Applied Entomology , que presenta los resultados positivos del uso de imágenes multiespectrales para controlar la calidad de las pupas de A. fraterculus.

Además de proporcionar un análisis completo de varias propiedades físicas y bioquímicas de las pupas, el dispositivo también funciona como un sistema de visión por computadora, un tipo de inteligencia artificial que extrae datos de imágenes simulando la visión humana.

«Genera datos y gráficos que ayudan a monitorear la calidad de las pupas a lo largo del tiempo», dijo Barboza da Silva, y agregó que desde el año pasado, la tecnología se ha utilizado para controlar la calidad de los insectos estériles enviados a los productores de suministro en Vacaria, Rio Grande do Sul, En el extremo sur de Brasil.

La Corporación Brasileña de Investigación Agrícola (EMBRAPA) tiene una estación experimental de frutas templadas en Vacaria y se está asociando con CENA-USP en el proyecto Moscasul, lanzado en 2013 con la Asociación Brasileña de Productores de Manzana (MAPA).

«Se está instalando una biofábrica en Vacaria, pero CENA-USP está produciendo moscas de la fruta estériles hasta que se adquiere un irradiador para esterilizar las pupas», dijo Thiago de Araújo Mastrangelo, ingeniero agrónomo e investigador de CENA-USP. Las pupas irradiadas allí se llevan a Vacaria en cajas de espuma enfriadas a 15 ° C aproximadamente tres días antes de que emerjan las moscas adultas.

En EMBRAPA Vacaria, las pupas se colocan en cajas más grandes con acceso al agua y a los alimentos (generalmente azúcar o miel). Días después, después de la emergencia de los adultos, los machos estériles son liberados en huertos, donde se aparean con hembras salvajes. Si los machos estériles superan ampliamente a los machos salvajes fértiles, la población de moscas salvajes se extingue rápidamente. La biofábrica piloto en CENA-USP actualmente produce de 150,000 a 200,000 insectos por semana.

Según Mastrangelo, sin esterilización ni ningún otro método de control, el impacto económico de la plaga podría alcanzar el 40% de los ingresos de la producción. «La mosca se multiplica en áreas de vegetación nativa y luego invade cultivos cercanos, como los naranjos en São Paulo [sureste de Brasil] o granjas de manzanas en el sur».

Hasta la fecha, no hay evidencia de que el control biológico de A. fraterculus haya tenido impactos ecológicos o ambientales adversos de ningún tipo en la región, agregó Mastrangelo. «Estudios recientes realizados en México muestran que no se hace daño a la cadena alimentaria de la que forma parte este insecto. En ambientes tropicales, incluso si la especie se extinguiera localmente, otros podrían hacerse cargo de su nicho ecológico», dijo.

Barboza da Silva señaló que las posibles aplicaciones del VideometerLab se extienden mucho más allá del control de calidad de las pupas de insectos. «Se está utilizando en todo el mundo en varios campos, incluidos la medicina, la farmacología y los nuevos materiales. El nuestro se adquirió como equipo multiusuario, por lo que queremos que otros investigadores en Brasil también lo empiecen a utilizar», dijo.

Barboza da Silva tomó un curso de capacitación en Dinamarca en 2018 para aprender cómo operar el dispositivo ahora instalado en CENA-USP. Esta es la única unidad actualmente disponible en Brasil. Ella y su equipo también lo usan para analizar tomate, zanahoria, nuez física (Jatropha curcas) y semillas de maní en busca de patrones de imágenes ópticas que caractericen alteraciones en la calidad. El estudio es apoyado por FAPESP (Fundación de Investigación de São Paulo).

«Las pruebas convencionales de calidad de la semilla son destructivas. Además, como con las pupas , los resultados son subjetivos porque dependen de la capacitación del analista. También requieren mucho tiempo y requieren una estructura de soporte. Con el VideometerLab, que utiliza inteligencia artificial, uno puede analizar la calidad de una muestra de semillas de manera no invasiva, objetiva y precisa, produciendo un diagnóstico detallado de sus características físicas, fisiológicas, genéticas y sanitarias y ahorrando tiempo y dinero. Ese es un avance muy significativo «, dijo Barboza da Silva.


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