Entomotoksykologia: Wpływ substancji chemicznych na rozwój owadów
Wpływ substancji chemicznych na rozwój owadów
Neuroleptyki
Co to jest
Są to leki przeciwpsychotyczne, stosowane np w leczeniu schizofrenii, manii, czy stanów urojeniowych.
Jak działają u ludzi
Za dużo dopaminy w niektórych obszarach mózgu może wpływać na urojenia i omamy. Leki te działają przez blokowanie receptorów dopaminowych w mózgu.
Jaki mają wpływ na owady
U owadów dopamina gra kluczową rolę pełniąc znaczne szersze, stricte fizyczne funkcje. Dlatego leki które ją blokują wpływają szeroko na ich rozwój. Główne skutki to:
- wydłużenie cyklu rozwojowego między stadiami rozwojowymi
- anomalie morfologiczne np mniejsza długość ciała i mniejsza masa
- zwiększona śmiertelność i deformacje
Larwy muchówek
Dopamina odpowiada u nich za pobudzenie ruchowe, aktywność aparatu gębowego i perystaltykę jelit. Zablokowanie tych receptorów wywołuje stan przypominający letarg.
Owady skrytożerne
Rozwój u nich jest procesem skokowym przechodzącym przez 3 stadia (od jaja do imago). Za ten proces odpowiada kaskada hormonalna, a dopamina pełni w nim rolę “zapalnika”. Przy zatruciu neuroleptykami organizm “nie wie”, że osiągnął już masę pozwalającą na linienie.
Pancerze chitynowe
Procesem unikalnym dla bezkręgowców jest wykorzystanie dopaminy jako surowiec biochemiczny, budujący pancerz chitynowy. Zablokowanie szlaków dopaminergicznych utrudnia i opóźnia ostatni etap przepoczwarzania: tworzenie twardego puparium.
Wpływ na PMI
Ponieważ neuroleptyki spowolniły wzrost, 5-dniowa larwa może przypominać rozmiarami larwę 3-dniową. Prowadzi to do błędnego zaniżenia czasu od zgonu. Biegły może stwierdzić że do śmierci doszło później niż w rzeczywistości.
Kannabinoidy
Co to jest
Jest to grupa związków chemicznych które oddziaływują na tzw. układ endokannabinoidowy w organizmie człowieka. Dzielimy je ze względu na pochodzenia na:
- Fitokannabinoidy: roślinne, występują w Cannabis
- Endokannabinoidy: wytwarzane przez organizm
- Syntetyczne: tworzone w laboratorium. Niektóre jako leki, inne jako nielegalne substancje psychoaktywne lub dopalacze
Jak działają u ludzi
Kannabinoidy wiążą się z receptorami CB1 i CB2 układu endokannabinoidowego
- CB1 głównie w mózgu i układzie nerwowym
- CB2 głównie w komórkach układu odpornościowego.
Wpływają m.in. na odczuwanie bólu, nastrój, apetyt, sen, pamięć i reakcje immunologiczne.
Jaki mają wpływ na owady
Owady stanowią ewenement w neurobiologii porównawczej: nie posiadają układu endokannabinoidowego ani receptorów CB1 i CB2, które odpowiadają za wiązanie tych substancji u ssaków.
- Brak kwasu arachidonowego: Z ewolucyjnego punktu widzenia owady nie syntetyzują w znaczących ilościach kwasu arachidonowego, który u kręgowców jest prekursorem endokannabinoidów (np. anandamidu). Skoro nie produkują własnych wewnętrznych ligandów, nie wykształciły (lub w toku ewolucji bezpowrotnie utraciły) odpowiadających im receptorów.
- Brak punktu uchwytu: Oznacza to, że substancje aktywne z konopi (THC, CBD) oraz syntetyczne kannabinoidy (np. 5F-ADB) dosłownie nie mają się z czym połączyć w układzie nerwowym larwy. W związku z tym owady nie doświadczają farmakologicznego działania tych związków.
Wynika z tego że działanie na owady jest obojętne. Nie występują odchylenia w tempie wzrostu, a do określenia PMI można zastosować standardowe tabele i modele oparte na sumie efektywnych temperatur (ADD), bez konieczności wprowadzania matematycznych korekt na spowolnienie lub przyspieszenie wzrostu owadów.
Wpływ na Entomotoksykologie
Mimo że kannabinoidy nie zaburzają samego rozwoju owada, wciąż zachodzi zjawisko ich bioakumulacji. Związki te (szczególnie THC i jego metabolity) są silnie lipofilne – doskonale rozpuszczają się w tłuszczach. Ciało larwy plujkowatej w trzecim stadium rozwojowym (L3) składa się w około 25% z surowego tłuszczu. Czyni to owady nekrofagiczne doskonałą matrycą toksykologiczną. Dzięki wykorzystaniu technik takich jak chromatografia cieczowa ze spektrometrią mas (LC-MS), obecność kannabinoidów można udowodnić analizując nawet puste puparia (wylinki), z których dorosłe muchówki dawno wyfrunęły, co ma kluczowe znaczenie, gdy zwłoki uległy już całkowitemu zeszkieletowaniu.
Opioidy
Co to jest
Opioidy to szeroka grupa substancji (obejmująca m.in. morfinę, heroinę czy fentanyl), które wiążą się z receptorami opioidowymi w ośrodkowym i obwodowym układzie nerwowym.
Jak działają u ludzi
U kręgowców odpowiadają przede wszystkim za silne działanie przeciwbólowe, wywołują uczucie euforii, a w większych dawkach prowadzą do depresji układu oddechowego.
Jaki mają wpływ na owady
Obecność opioidów w tkankach denata znacząco modyfikuje zachowanie i cykl życiowy owadów nekrofagicznych:
- Zwiększają apetyt u żerujących larw.
- Przyspieszają wylęg z jaj oraz ogólne dojrzewanie osobników.
- Zmniejszają odczuwanie bodźców bólowych przez owady.
- Zmniejszają ogólną aktywność ruchową larw.
Wpływ na PMI
Ponieważ opioidy silnie stymulują apetyt i przyspieszają dojrzewanie, larwy rosną szybciej niż wskazywałyby na to standardowe krzywe rozwoju. Prowadzi to do zawyżenia czasu od zgonu (błędnego założenia, że śmierć nastąpiła wcześniej).
Pestycydy
Co to jest
Pestycydy to różnorodne substancje chemiczne (w tym insektycydy, herbicydy, fungicydy) stosowane głównie w rolnictwie do zwalczania szkodników.
Jak działają u ludzi
Ekspozycja na te środki (np. związki fosforoorganiczne) może wywołać ostre zatrucia, drgawki, paraliż, a w skrajnych przypadkach śmierć na skutek zahamowania działania acetylocholinoesterazy.
Jaki mają wpływ na owady
Ponieważ większość z tych substancji została zaprojektowana w celu eliminacji owadów, ich wpływ na faunę zwłokową jest destrukcyjny:
- Powodują znacznie większą śmiertelność w populacji kolonizującej zwłoki.
- Zauważalnie zwalniają proces przepoczwarzania.
- Powodują zupełnie inny skład gatunkowy owadów obecnych na zwłokach.
- Prowadzą do poważnych zaburzeń rozwoju hormonalnego.
- Skutkują zaburzeniem układu nawigacji owadów.
Wpływ na PMI
Zaburzony rozwój i nietypowa sukcesja gatunków (pojawiają się tylko gatunki odporne na daną chemię) mogą uniemożliwić zastosowanie standardowych algorytmów. Opóźnienie rozwoju prowadzi do drastycznego zaniżenia PMI, a brak niektórych gatunków do fałszywych wniosków o przemieszczeniu zwłok.
Kokaina
Co to jest
Silny stymulant ośrodkowego układu nerwowego.
Jak działa u ludzi
Mechanizm jej działania polega na blokowaniu wychwytu zwrotnego dopaminy, serotoniny i noradrenaliny. Powoduje to nagromadzenie tych neuroprzekaźników, co wywołuje u ludzi euforyczne pobudzenie, wzrost ciśnienia krwi i przyspieszenie rytmu serca.
Jaki ma wpływ na owady
Zgromadzona w tkankach (szczególnie w mózgu, wątrobie i układzie krwionośnym) kokaina działa na układ nerwowy larw w sposób wysoce stymulujący:
- Wywołuje u owadów nienaturalne pobudzenie.
- Skutkuje pojawieniem się powtarzalnych, zautomatyzowanych ruchów.
- Prowadzi do widocznej zaburzonej koordynacji.
Wpływ na PMI
Silne pobudzenie receptorów i hiperaktywność larw prowadzi do skokowego przyspieszenia ich metabolizmu. Szybszy rozwój skutkuje zawyżeniem PMI – owady wydają się "starsze" niż są w rzeczywistości.
Amfetamina
Co to jest
Syntetyczny środek psychostymulujący.
Jak działa u ludzi
Zwiększa uwalnianie dopaminy i noradrenaliny z pęcherzyków synaptycznych. Wywołuje długotrwałe pobudzenie psychoruchowe, zniesienie uczucia zmęczenia oraz silne zmniejszenie apetytu.
Jaki ma wpływ na owady
Jej profil działania na owady prowadzi do paradoksalnych efektów rozwojowych:
- Bezpośrednio wpływa na działanie neuroprzekaźników w układzie nerwowym bezkręgowców.
- Zauważalnie zwiększa ich aktywność ruchową.
- Nadmierna ruchliwość sprawia, że znacznie więcej energii jest przeznaczane na poruszanie się organizmu niż na jego fizyczny rozwój.
- Z powodu opisanego deficytu energetycznego, obecność tej substancji opóźnia wzrost larwy.
Wpływ na PMI
Efekt spalania energii na hiperaktywność ruchową kosztem przyrostu masy powoduje spowolnienie cyklu. Biegły entomolog, widząc larwy o mniejszych rozmiarach, zaniży PMI, stwierdzając, że do kolonizacji zwłok doszło później.
Metale ciężkie
Co to jest
Pierwiastki charakteryzujące się wysoką toksycznością (takie jak ołów, rtęć, kadm czy arsen).
Jak działają u ludzi
Kumulują się w kościach, nerkach i mózgu, uszkadzając enzymy komórkowe, łańcuchy DNA i struktury białkowe, co prowadzi do ciężkich i często nieodwracalnych zatruć.
Jaki mają wpływ na owady
Bezkręgowce są wysoce wrażliwe na akumulację metali ciężkich w pożywieniu. Ich obecność uruchamia destrukcyjną kaskadę toksyczną:
- Wywołują szerokie spektrum reakcji: od zauważalnego spowolnienia wzrostu aż po całkowitą śmiertelność kolonii.
- Skutecznie hamują proces linienia.
- Powodują powstawanie licznych deformacji morfologicznych.
- Trwale uszkadzają narządy wewnętrzne larw.
- Drastycznie obniżają odporność organizmów owadów.
Wpływ na PMI
Zahamowanie linienia, wolniejszy rozwój i wysoki wskaźnik śmiertelności sprawiają, że rozwój kolonii owadziej ulega załamaniu. Jeśli biegły nie będzie dysponował informacją o wysokim stężeniu metali ciężkich w ciele ofiary, znacznie zaniży PMI, zakładając, że powolny rozwój wynika z krótkiego czasu przebywania larw na zwłokach.