Agricultura Botánica y Genética Estados Unidos

Las plagas y las defensas de las plantas contra ellas impulsan la diversidad en las selvas tropicales


Los investigadores han estado desconcertados por la diversidad de la selva tropical durante más de un siglo; Pueden existir 650 especies de árboles diferentes en un área que cubre dos campos de fútbol, ​​sin embargo, especies similares nunca crecen una al lado de la otra. Parece que es bueno ser diferente a tus vecinos, pero ¿por qué?


Universidad de Utah

Crecer en una selva tropical es involucrarse en una guerra constante. Las plantas luchan por los recursos, como la luz solar, el agua y los minerales. Las especies de árboles similares compiten por los recursos de la misma manera, por lo que pueden inhibir el crecimiento de los demás. Las plantas también luchan contra las plagas de herbívoros. Los árboles relacionados comparten las mismas plagas y enfermedades: si uno lo adquiere, la infestación puede propagarse. Los científicos han preguntado: “¿Cuál es el principal impulsor de la diversidad de bosques tropicales: la competencia por los recursos o las plagas de los herbívoros?”

Por primera vez, los biólogos de la Universidad de Utah compararon los dos mecanismos en un solo estudio.

El equipo analizó cómo los árboles vecinos influyen en el crecimiento y la supervivencia de nueve especies coexistentes del género de árboles Inga en la selva tropical de Panamá. Compararon los rasgos de los árboles para la adquisición de recursos, las defensas anti-herbívoros y los herbívoros que viven en las plantas. Descubrieron que los árboles vecinos eran básicamente los mismos en términos de adquisición de recursos, pero tenían defensas y herbívoros muy diferentes. De hecho, los rasgos defensivos y las plagas compartidas impactaron el crecimiento y la supervivencia, mientras que los rasgos de adquisición de recursos no tuvieron efecto en el éxito de las plantas. Estos hallazgos indican que cualquier cosa que afecte a las poblaciones de plagas, como el cambio climático o la fragmentación del hábitat, tendrá un impacto en la salud de la selva tropical.

“Trabajar en estas selvas tropicales muy heterogéneas hace que quede perfectamente claro cuán compleja es realmente la red de especies que interactúan. Ninguna especie o individuo vive aislada. En todos los niveles dentro de la cadena alimentaria, las especies compiten entre sí por recursos valiosos y contribuyen Dale Forrister, candidato doctoral en la Facultad de Ciencias Biológicas de la Universidad de Utah y autor principal del estudio, dijo: “Estamos muy entusiasmados con este estudio porque destaca algunas de las formas importantes en que estas interacciones antagónicas pueden influir en la diversidad tropical “.

Este estudio publicado el 14 de marzo de 2019, en la revista Science .

El equipo realizó su análisis durante cinco años en un terreno forestal de 50 hectáreas en la isla de Barro Colorado, Panamá. El sitio tiene datos de crecimiento y supervivencia para más de 423,000 árboles de un estudio previo a largo plazo. Los investigadores analizaron cada arbolito individual de la especie focal Inga y calcularon la similitud de los rasgos de sus vecinos Inga dentro de un “barrio” de 10 metros. Midieron cuatro rasgos de adquisición de recursos, cinco defensas anti-herbívoros y registraron qué herbívoros comían qué plantas.

Forrister desarrolló un modelo complicado para determinar cómo los árboles vecinos influyen en el crecimiento y la supervivencia de los retoños. Descubrieron que los rasgos de adquisición de recursos no tenían ningún efecto sobre la supervivencia, mientras que los rasgos defensivos y los herbívoros tenían un gran impacto.

Hay tantas maneras de adquirir recursos. Los rasgos defensivos, sin embargo, son casi infinitos. Las plantas y los herbívoros están en una constante carrera de armamentos para burlarse unos de otros. Las plantas desarrollan rasgos para disuadir las mandíbulas hambrientas, y los herbívoros se adaptan para lidiar con las defensas de la hoja. El género Inga tiene un carcaj de rasgos anti-herbívoros, que incluyen pelos diminutos, tazas de néctar que atraen a los antigastos protectores de las hormigas y, sobre todo, hojas llenas de compuestos tóxicos. Cada especie de Inga puede producir cientos o, a veces, miles de toxinas diferentes.

“La gente puede pensar en una jungla como si fuera una ensaladera gigante. Debería ser un paraíso para las plagas porque están rodeadas de hojas. Pero las plantas tienen un número infinito de combinaciones de defensa: la mitad del peso de una hoja joven es veneno”, dijo Phyllis Coley, distinguida profesora de biología en la Universidad de Utah, afiliada de investigación en el Instituto de Investigación Tropical Smithsonian y coautora del estudio. “Como consecuencia de la diversidad de defensas, cada especie de herbívoro solo puede comer unas pocas especies de plantas para las cuales tiene adaptaciones”.

Las plantas estrechamente relacionadas tienen rasgos defensivos similares, y por lo tanto plagas similares. Si una planta difiere de su vecina en términos de defensas, sus herbívoros no son una amenaza, continuó Coley. “Tendrás tus propios herbívoros, pero al menos no tendrás todas las criaturas del vecindario que te comen”.

Hoja de combate y mandíbula.
La selva tropical en Panamá es muy diversa. Un nuevo estudio mostró que los herbívoros y las defensas de las plantas contra ellos impulsan la extrema diversidad en las selvas tropicales. Crédito: Thomas Kursar

Compuestos químicos de confusión

Las toxinas de las plantas son las armas más importantes para las plantas tropicales, pero probar la similitud de los productos químicos de cada especie resultó ser problemático. Durante cinco años, los investigadores recolectaron muestras de hojas en el campo, las secaron en una maleta desecadora improvisada (no fue una tarea fácil en 100 por ciento de humedad) y luego las llevaron a la U para su análisis. Usando cromatografía líquida de alto rendimiento, separaron todos los compuestos distintos dentro de las hojas. Sin embargo, solo el 4 por ciento de los compuestos de Inga eran conocidos por la ciencia. Entonces, el equipo se volvió creativo y creó una nueva métrica. Utilizaron un espectrómetro de masas para determinar la estructura química de cada compuesto y establecieron que los compuestos con estructuras similares probablemente estaban afectando a los herbívoros de una manera similar.

“La metabolómica, un campo de la ciencia relativamente nuevo, ofrece a los científicos una nueva y poderosa caja de herramientas para examinar la gran cantidad de diversidad química que existe. Los productos químicos desempeñan un papel enorme en la naturaleza, desde las defensas hasta la comunicación, son el medio por el cual las especies interactúan. Ser capaz de cuantificar esto de una manera significativa proporciona una perspectiva verdaderamente única “, dijo Forrister.

Pero, ¿los herbívoros “se preocupan” por los rasgos que el equipo estaba midiendo y las especies Inga con rasgos similares comparten herbívoros? Para probar esto, recolectaron orugas que comían hojas de Inga y secuenciaron su ADN para clasificarlas como especies A, especies B, etc. No pudieron nombrar las especies porque la mayoría de las orugas eran nuevas para la ciencia. Ellos catalogaron qué herbívoros comían qué plantas, correlacionaron el conjunto de compuestos en las plantas e inferieron qué especies de plantas compartían las comunidades de herbívoros.

Tanto la investigación de campo de la vieja escuela como las técnicas modernas fueron indispensables para el éxito de este proyecto.

“A pesar de las instalaciones de laboratorio de última generación, no hay sustituto para pasar meses y meses en la selva”, dijo Coley. “Nos llevó varios años recopilar datos y muestras de hojas y herbívoros. Hace calor, está húmedo y con buggy, pero intentar comprender la diversidad de especies es un sueño de biólogos”.

El estudio revela el importante papel de los herbívoros en la conducción de la diversidad en los ecosistemas tropicales, con graves implicaciones: la pérdida de esas poblaciones podría tener consecuencias catastróficas en estos importantes hábitats.

“Si el cambio climático continúa aumentando la duración de la estación seca en las Américas, la dinámica de las poblaciones de herbívoros también cambiará”, dijo Coley. “Eso podría tener implicaciones en el camino”.

Más información: “Herbívoros como impulsores de la dependencia de densidad negativa en plantones de bosques tropicales” Science (2019). science.sciencemag.org/cgi/doi… 1126 / science.aau9460 

Referencia del diario: Ciencia  

Proporcionado por: Universidad de Utah

Información de: phys.org


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