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Mariposas y cícadas: secuestro de sustancias en la naturaleza

Jaqueline Campos Jiménez

Durante millones de años de evolucion, los organismos vivos se han adaptado para obtener nutrientes del alimento que consumen, siendo este la fuente principal de las proteinas, vitaminas y minerales necesarios para el correcto funcionamiento del cuerpo.

Dentro del grupo de los insectos, una gran cantidad de especies se ha especializado en el consumo de plantas, por lo que se conocen como herbívoros o fitófagos; sin embargo, ellos se enfrentan a una condición muy particular: las defensas que las plantas han desarrollado a lo largo de esos mismos millones de años para sobrevivir a su ataque.

Dichas defensas pueden ser de varios tipos, aunque entre las más importantes se encuentran las físicas, como la presencia de espinas o estructuras urticantes, y las químicas, que van desde la producción de sustancias de sabor muy desagradable, hasta la síntesis de ciertas toxinas o metabolitos secundarios que, al ser ingeridos, actúan como potentes venenos capaces de matar al insecto consumidor.

En la mayoría de las ocasiones, la presencia de tal tipo de adaptaciones tiene como antecedente un proceso coevolutivo en el que el grado de especialización entre la planta y el insecto ha llegado a niveles tales que solo ciertos herbívoros consumen o utilizan una determinada planta, de manera que dependen de ella para alimentarse y reproducirse, e incluso empleándola en muchos casos como hospedera para que se desarrolle su descendencia.

El orden Lepidoptera

Dentro del grupo de las mariposas (lepidópteros) se ha reportado una gran variedad de especies que secuestran sustancias tóxicas de sus plantas hospederas, ya sea para fabricar sus propias sustancias de defensa o bien para usarlas como feromonas sexuales, en lugar o además de elaborar sus propias sustancias.

A pesar de la gran diversidad en las especies presentes en este orden, existen ciertas características generales en la utilización selectiva de metabolitos secundarios de las plantas para tener una efectiva protección contra los depredadores. De este modo, aunque hay un gran número de metabolitos secundarios con propiedades tóxicas de origen vegetal, las mariposas solamente han seleccionado algunas docenas, destacándose entre ellas ciertos terpenos y muchos compuestos nitrogenados. En este caso, las mariposas muestran por lo general coloraciones fuertes de rojo, amarillo, azul o verde (por lo que se les llama “aposemáticas”) para indicar a sus potenciales depredadores que son tóxicas o muy desagradables al paladar; de esta manera, evitan ser devoradas.

En los lepidópteros, tanto los adultos como las larvas dependen de las plantas para su sustento: mientras que los imagos (mariposas adultas) consumen néctar y polen, las larvas se alimentan de casi cualquier parte de la planta, incorporando así las toxinas durante todos los estadios de su ciclo de vida.

De hecho, algunos autores señalan que en algunas especies de plantas las concentraciones de los metabolitos propensos a ser secuestrados en sus distintas partes (raíces, hojas, tallos) son un factor determinante para que las mariposas hembras las elijan como sitio para poner sus huevos. De esta forma, las progenitoras proporcionan a su descendencia, desde el principio de su desarrollo, una mayor cantidad de alimento con la calidad suficiente para que las indefensas larvas recién nacidas tengan acceso a la sustancia que les procurará una protección contra los depredadores. Así, gracias a la asimilación de esos metabolitos, las vulnerables larvas, incapaces de moverse rápidamente y escapar de sus enemigos, pueden mostrar los comportamientos habituales de los insectos que se saben protegidos, sin necesidad de desarrollar, aparentemente, conductas que eviten su encuentro con sus depredadores potenciales, pues estos, capaces de captar las señales de advertencia, por lo común se mantienen alejados de tales presas, como si supieran que su consumo puede implicar un sabor desagradable o un envenenamiento parcial.

El género Eumaeus y las cícadas

Dentro del amplio grupo de mariposas aposemáticas, en la familia Lycaenidae se encuentra el género Eumaeus, cuyas cinco o seis especies tienen un rango geográfico muy amplio (pues viven desde Florida, pasando por Mesoamérica y hasta países sudamericanos como Ecuador); las larvas se han especializado en el consumo de cícadas, plantas cuya presencia en el planeta se remonta a aproximadamente unos 65 millones de años (por lo que son consideradas fósiles vivientes), particularmente de aquellas especies pertenecientes al orden Cycadales.

Se sabe que las Cycadales contienen los metabolitos secundarios cicasina y macrozamina, exclusivos de este grupo de plantas, cuyo agente activo, el metilazoximetanol o MAM, es el responsable de su alto grado de toxicidad, pues de acuerdo con diversos estudios produce mutaciones y cáncer en mamíferos, en los cuales provoca daños en el hígado y el sistema nervioso, principalmente.

De acuerdo con algunos estudios llevados a cabo en distintas especies de Eumaeus, el color y comportamiento de los individuos son típicos de los insectos con defensas químicas: son gregarios y tanto larvas como adultos muestran una coloración aposemática (larvas rojas con franjas blancas transversales muy visibles e imagos negros con puntos rojos, verdes y amarillos); además, estos últimos vuelan lentamente o pocas veces levantan el vuelo cuando son perturbados.

Aunque se ha detectado cicasina en algunos de los estadios del ciclo de vida en algunas especies del mismo género, como E. atala y E. minyas, se desconoce si la macrozamina también es secuestrada por estas mariposas a partir de sus plantas hospederas Eumaeus debora y Ceratozamia mexicana

La Eumaeus debora (Lycaenidae) es una mariposa diurna cuya distribución en México abarca desde la zona norte en la Sierra Madre Oriental hasta Guatemala, principalmente en los bosques mesófilos de montaña, selvas perennifolias y subperennifolias y a veces en bosques de pinoencino, en altitudes que van de los 500 a 2,300 metros sobre el nivel del mar.

Tiene una coloración aposemática en las fases de larva e imago, lo que sugiere la idea de que esta mariposa es un insecto especialista que de alguna manera ha desarrollado la capacidad de adquirir o destoxificar los metabolitos que la planta posee para que, después de su asimilación, los pueda utilizar como defensa química contra sus enemigos naturales.

Por su parte, la Ceratozamia mexicana es la especie de cícada con la mayor distribución geográfica del género en México. La presencia de la cicasina y macrozamina ha sido reportada de manera general en el género Ceratozamia, afirmándose que existen diferencias en las concentraciones de acuerdo a las formas biológicas de las plantas. Sin embargo, no se han hecho estudios para determinar las concentraciones de estos metabolitos en cada una de las especies, por lo que se desconoce si existe variación no sólo entre ellas, sino también entre las diferentes partes de una misma planta.

Aspectos por conocer

Aunque la brillante coloración roja de las larvas y los tonos metálicos de los imagos de E. debora puede ser una señal inequívoca de la toxicidad adquirida de la C. mexicana, no existe ningún estudio formal que evidencie en esta especie la presencia de cicasina y macrozamina en alguno o en todos los estadios de su ciclo de vida. Y en caso afirmativo, se desconoce si –tal como ocurre con las otras especies del género– el papel de estas toxinas como defensa química es lo suficientemente eficaz como para que sus potenciales depredadores eviten consumirlas.

De acuerdo con algunas observaciones preliminares en un estudio acerca del impacto de la herbivoría de E. debora sobre la C. mexicana, el único momento en que el lepidóptero es vulnerable a la depredación en todo su ciclo de vida es durante los primeros días –o incluso horas– del primer estadio larvario; de hecho, puede ocurrir que la depredación sobre las mariposas adultas sea el resultado de la pérdida de la toxicidad adquirida durante la vida larval.

Estudios recientes

En la comunidad de Coacoatzintla, Ver., en el municipio del mismo nombre, se encuentran bien representadas algunas poblaciones naturales de C. mexicana en la vegetación típica de la zona, una mezcla de bosque mesófilo de montaña y bosque de encino. En esta zona es posible apreciar la estrecha interacción que hay entre C. mexicana y E. debora, siendo la primera la única planta utilizada por el lepidóptero con varios fines: sitio de oviposición, recurso alimenticio exclusivo de todos sus estadios larvales y lugar de asentamiento y maduración de las crisálidas hasta su emergencia como imagos.

Aprovechando las condiciones naturales en las cuales se desarrolla esta interacción, actualmente se lleva a cabo en la zona un estudio cuyo principal objetivo es el de determinar las posibles variaciones en las concentraciones de cicasina y macrozamina en las frondas jóvenes y maduras de C. mexicana. A su vez, en la mariposa se busca determinar la presencia de los compuestos secundarios en todos los estadios de su ciclo de vida. Con lo anterior, además de evidenciar el secuestro de los metabolitos por parte del lepidóptero, se podrían buscar posibles correlaciones que explicaran, en términos de las variaciones en las concentraciones presentes, la preferencia de las mariposas adultas por las frondas jóvenes como sitio de oviposición.

Algunas conclusiones

En muchas ocasiones, como parte de un proceso coevolutivo, los insectos especialistas, entre los que se encuentran las mariposas, han sido capaces de traspasar las barreras químicas que las plantas han impuesto en su afán por defenderse de ser comidas, desencadenándose interacciones altamente complejas en las cuales están involucrados muchos procesos fisiológicos y ecológicos. A pesar de la gran cantidad de estudios hechos para comprender estos procesos, aún hay muchas conjeturas acerca de la razón de tales interacciones, la forma en que han venido desarrollándose a lo largo del tiempo y el modo en que los insectos han logrado obtener beneficios de una situación que, a primera vista, podría parecer dañina. No obstante, aunque no se ha llegado a comprender totalmente los fenómenos que ocurren en la naturaleza, sabemos muy bien que los insectos –particularmente algunas mariposas– no ostentan sus brillantes colores sólo por casualidad, sino que esos rojos, verdes y amarillos muchas veces representan una advertencia que les ha tomado un largo tiempo perfeccionar.

Para el lector interesado

Brower, L. P. (1984). “Chemical defense in butterflies”. En Vane-Wright R. I. y Ackery, P. R. (Eds.): The biology of butterflies. Academic Press, London.

Duffey, S. S. (1980). Sequestration of plant natural products by insects. Annual Review of Entomology, 25:447-477.

Jones, D. L. (2000). Cycads of the world. Washington, DC: Smithsonian Institution Press.

Nishida, R. (2002). Sequestration of defensive substances from plants by Lepidoptera. Annual Review of Entomology, 47:57-92.

Schneider, D., Wink, M., Sporer, F. y Lounibos, P. (2002). Cycads: their evolution, toxins, herbivores, and insect pollinators. Naturwissenschaften, 89:281-294.