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La innovación química de los parientes de la Inga edulis ayuda explicar la biodiversidad tropical

Smithsonian Tropical Research Institute

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IMAGE: Inga acuminata leaves damaged by plant-eating insects. New results published in Science by Dale Forrister, doctoral student at the University of Utah, suggest that, during the sapling stage of tropical... view more 

Credit: Steve Paton, Smithsonian Tropical Research

La presión constante de los insectos hambrientos obliga a las plantas a innovar: producir nuevos productos químicos para protegerse. Esta es la explicación más reciente y mejor para la diversidad tropical, según los resultados de un estudio realizado en la Estación de Investigación de Isla Barro Colorado en el Instituto Smithsonian de Investigaciones Tropicales, publicado el 14 de marzo de 2019 en la revista Science.

Las selvas tropicales son el hogar de más especies de árboles que en cualquier otro lugar de la tierra. Simplemente, por ejemplo, un campo de rugby (una hectárea) de bosque en Ecuador contiene 655 especies de árboles, más que en los EE. UU. Y Canadá combinados. Esta gran diversidad desconcertó a los científicos durante más de 200 años, porque para que muchas especies sean vecinas, deben tener nichos ligeramente diferentes o formas diferentes de ganarse la vida. Si fueran demasiado similares, las especies más eficientes eliminarían a las otras. Sin embargo, como todas las plantas necesitan luz, agua y nutrientes, es difícil imaginar que podría haber tantas formas únicas de dividir estos recursos.

Un nuevo artículo publicado en Science propone que, en cambio, son las plagas de insectos que atacan a las plantas las que promueven una diversidad tan alta. En esta carrera armamentística evolutiva, los insectos hambrientos evaden las defensas químicas de las plantas, obligando a las plantas a proteger sus hojas al crear constantemente nuevos productos químicos de defensa.

"Las plantas no pueden escapar de sus enemigos, por lo que desarrollaron un conjunto de estrategias para evitar que se las coman", comentó la coautora Phyllis Coley, investigadora asociada del Instituto Smithsonian de Investigaciones Tropicales y profesora de la Universidad de Utah. "Uno de los más efectivos es producir productos químicos tóxicos o de mal sabor. Descubrimos que, en promedio, aproximadamente el 45 por ciento del peso de las hojas en nuestro estudio consiste en productos químicos de protección".

Las plantas también se defienden desplegando nuevas hojas durante las estaciones cuando hay menos insectos; reclutar hormigas belicosas como guarda espaldas, o cubrir sus hojas con pelos o espinas. Cada especie de planta termina con un conjunto único de defensas. Este estudio, apoyado por la Fundación Nacional de Ciencia de EE. UU., mostró que el crecimiento de los árboles jóvenes se redujo cuando sus vecinos tenían defensas similares y eran comidos por los mismos insectos.

Las plántulas con rasgos defensivos diferentes a los de sus vecinos tenían una ventaja de crecimiento y supervivencia. Si ninguna especie puede dominar el bosque, esto conduce a un bosque compuesto de muchas especies diferentes que fueron distintas en sus defensas y, por lo tanto, en los insectos que las atacan.

El equipo enfocó su estudio en nueve especies de árboles, todas pertenecientes al mismo grupo o género llamado Inga. Debido a que las hojas de Inga contienen tantos químicos, los pueblos indígenas usan las especies de Inga para tratar todo, desde dolores de cabeza hasta artritis. Sembrados con cacao y café, los árboles de Inga edulis brindan sombra y leña, y sus vainas largas y duras contienen frijoles envueltos en una deliciosa pulpa de sabor parecido a la malva, por lo que su nombre común es guava, guava machete, jinicuile o aguatope entre otros.

El equipo también aprovechó la parcela tropical mejor estudiada del mundo para comprender por qué nueve especies diferentes de Inga crecen en un solo lugar. En la parcela ForestGEO del Smithsonian en isla Barro Colorado, todos los árboles con un tallo mayor que el pulgar de una persona (más de un centímetro) se han mapeado, identificado y medidos cada cinco años desde 1980. Además de señalar todas las formas en que estas nueve especies de Inga se defienden por si solas, los miembros del equipo recolectaron más de 600 insectos que se alimentaban activamente de las plantas.

"La mayoría de los insectos que encontramos alimentándose de hojas de Inga son orugas", comentó Dale Forrister, candidato de Ph.D. en la Universidad de Utah, primer autor del estudio. "Debido a que no existen claves de identificación de las orugas de esta región, secuenciamos el ADN del gen mitocondrial citocromo oxidasa de los más de 600 insectos individuales que encontramos alimentándose de los árboles. Los códigos de barras del ADN nos dicen que había 55 tipos diferentes de insectos en estas nueve especies de árboles Inga".

"Nuestros resultados sugieren que, durante la etapa de retoño, un importante cuello de botella para los árboles de bosques tropicales, la presión de los insectos que se alimentan de las hojas es un factor crítico de las interacciones dependientes de densidad negativa y, por lo tanto, para el mantenimiento de la diversidad tropical", comentó Forrister.

Entre los coautores se incluyen María-José Endara de la Univdersidad Tecnológica Indoamérica en Quito, Ecuador y la Universidad de Utah y Gordon C. Younkin además de Thomas A. Kursar en la Universidad de Utah.

El Instituto Smithsonian de Investigaciones Tropicales, en ciudad de Panamá, Panamá, es una unidad de la Institución Smithsonian. El Instituto promueve la comprensión de la naturaleza tropical y su importancia para el bienestar de la humanidad, capacita estudiantes para llevar a cabo investigaciones en los trópicos, y fomenta la conservación mediante la concienciación pública sobre la belleza e importancia de los ecosistemas tropicales. Sitio web: http://www.stri.si.edu. Video Promocional: https://www.youtube.com/watch?v=M9JDSIwBegk

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