REVISTA DE DIVULGACIÓN CIENTÍFICA Y TECNOLÓGICA DE LA UNIVERSIDAD VERACRUZANA
Septiembre•Diciembre
de 2012
Volumen XXV
Número 3
Editorial
Arte y estética en el proceso de creación científica
La cajita feliz (o ¿infeliz?)
Lombricompostador para zonas urbanas
El bosque: elemento fundamental del agu
Cambio climático y ganadería bovina tropical
La interacción entre las plantas y los hervíboros
Xocolatl: antes alimento de los dioses, y ahora...
El huanglongbing: la tristeza de los cítricos
La fibra de la naranja y la salud
La leptospirosis: qué la causa y cómo afecta
¿Es el alzheimer un tipo de diabetes?
¿Cómo superan los fármacos la membrana celular?
Los efectos de la luz ultravioleta
Neurobiología y mutaciones genéticas xalapeñas
Lorenzo Ochoa: un estudioso de la Huasteca
DISTINTAS Y DISTANTES, MUJERES EN LA CIENCIA
Marie Meurdrac: un tratado de química para mujeres
CURIOSIDADES CIENTÍFICAS
De la magia y la hechicería a la herbolaria
NUESTROS COLABORADORES EN ESTE NÚMERO
Contenido
 

La interacción entre las plantas y los herbívoros

Angélica María Hernández Ramírez

La carrera armamentista en la naturaleza

Las relaciones entre las plantas y los herbívoros se han ligado metafóricamente con conceptos derivados de la guerra; así, el mecanismo de “defensa” de las plantas y de “contradefensa” de los herbívoros en conjunto se ha denominado “carrera armamentista coevolutiva”. Este campo de estudio de la biología surge como consecuencia directa de una experiencia real, más que de una idea metafórica de la guerra.

Cuando la Segunda Guerra Mundial terminó, el Departamento de Zoología y Entomología Aplicadas del Colegio Imperial de Londres y el Laboratorio de Infestación de Plagas de esa misma ciudad encaminaron sus esfuerzos a estudiar el control de plagas para contribuir a los esfuerzos de guerra. Gottfried Fraenkel, un fisiólogo de insectos, trataba de entender los fenómenos complejos que involucran plantas e insectos herbívoros. Fraenkel concluyó que los requerimientos nutricionales de los insectos eran esencialmente los mismos; a su vez, la mayoría de las plantas posee elementos nutricionales equivalentes, con la diferencia de que otros productos contenidos en ellas no tenían una clara explicación. Esta observación permitió especular que las sustancias no nutritivas, llamadas sustancias secundarias de las plantas, determinaban la forma en que los herbívoros utilizaban esas plantas y que podían actuar como repelentes o atrayentes. La propuesta específica de Fraenkel fue que las plantas producían una gran diversidad de sustancias secundarias para contrarrestar el ataque de sus agresores; es decir, las plantas producían estas sustancias para defenderse, mientras que los organismos agresores desarrollaban una nueva estrategia (contradefensa) para volver a atacar a las plan-tas. Esta propuesta tuvo muy poco efecto en la comunidad científica, pese a que su idea fue retomada doce veces entre 1959 y 1964. Fue hasta este último año cuando Ehrlich y Raven retomaron esta idea mediante una aproximación evolutiva entre orugas de mariposa y las plantas de que se alimentan, sugiriendo que entre ambas ocurría un proceso coevolutivo.

Una lucha evolutiva de tiempo y oportunidad

El modelo de coevolución entre las plantas y los insectos herbívoros que se alimentan de ellas se refiere a que ambos están comprometidos en esa interminable carrera armamentista que consiste en lo siguiente: 1) algunas plantas desarrollan una defensa química que puede reducir el ataque de los herbívoros, lo que les permite escapar y así aumentar su número o su diversidad, esto es, formar nuevas especies, y 2) los insectos, a su vez, desarrollan una contradefensa, es decir, una nueva estrategia de ataque que les permite volver a atacar a las plantas y diversificarse con ellas (seguirlas en su ruta evolutiva), y simultáneamente atacar otras especies de plantas con características similares. Este modelo evolutivo ha llegado a ser popular entre los biólogos y ha unido diferentes disciplinas, como la ecología, la genética y la sistemática para explicar el éxito evolutivo que han tenido tanto las plantas como los insectos herbívoros y constituir de esta forma los grupos más diversos en la Tierra.

Un elemento clave de esta síntesis es la idea de las llamadas “radiaciones adaptativas”, que aluden al desarrollo de una nueva ruta de escape de las plantas para evitar a sus agresores, lo que ha podido desencadenar el rápido desarrollo de nuevas especies de plantas. En la ruta de escape de las plantas, los herbívoros contraatacan y las siguen, utilizando las vías de diversificación de aquellas.

El contraataque de los insectos herbívoros incluye la eliminación de los pelos, papilas, o escamas en las hojas de las cuales se alimentan; el corte de la base de los canales de las hojas que producen sustancias tóxicas o viscosas antes de alimentarse; el desarrollo de resistencia a las sustancias tóxicas; la producción de enzimas en la saliva que disminuyan la toxicidad de las plantas; la asociación con otros organismos, como hongos y otros patógenos, que debilitan a las plantas y que inician un proceso de desgaste de sus tejido antes de que los insectos las consuman, y el comportamiento gregario de los insectos, como alimentarse en grupo para disminuir la capacidad defensiva de dichas plantas.

Las estrategias de guerra entre las plantas y los hervíboros

En general, la carrera armamentista, en la que las dos partes que se encuentran en “conflicto” (armas más poderosas vs. armaduras más resistentes), es el resultado de una relación que se ha extendido a lo largo del tiempo en ambientes específicos; en otras palabras, los defensores-plantas se encuentran en las trincheras y los ofensores-herbívoros en el borde de las mismas. Los ofensores seleccionan un blanco, tratan diferentes modos de ataque, buscan blancos similares en otro momento o lugar, o atacan al blanco en conjunto. Así, los ofensores adaptan sus métodos de ataque reajustando sus mecanismos de acuerdo a las nuevas estrategias de defensa a las que se enfrentan. Los defensores, por su lado, generan medidas preventivas de ataque y reajustan nuevos métodos para protegerse de una manera relativamente constante. El resultado de la lucha constante entre ofensores y defensores deriva en la adopción de un sistema de estrategias que es sumamente dinámico y que tiene resultados variables para cada uno de los bandos.

Oportunidades y limitaciones entre las plantas y los herbívoros

El desarrollo de estrategias y diseños evolutivos ocurre para ambos participantes de la interacción, los defensores-plantas y los ofensores-insectos. Del mismo modo, los problemas a los que se ven enfrentados son los mismos para unos y otros: 1) encontrar la vía que les permita maximizar los beneficios y minimizar los costos usando los recursos disponibles con los que cuentan; 2) innovar las estrategias de defensa u ofensa cuando el otro participante es el mismo, y 3) enfrentar y favorecer o explotar su estrategia de defensa u ofensa cuando el ambiente es cambiante.

En general, los elementos clave para que la interacción planta-herbívoro se mantenga en un tiempo ecológico y evolutivo son la variación en la morfología, fisiología, química, genética y comportamiento en ambos miembros de la interacción, así como el heredar a sus descendientes los rasgos y estrategias innovados por ambos miembros de la interacción.

Fraenkel fue pionero en el estudio de las interacciones planta-herbívoro, y la pregunta principal que orientó su trabajo fue la de por qué hay sustancias secundarias en las plantas. En el siglo XXI el reto principal podría ser el de responder por qué hay tantas clases diferentes de sustancias secundarias en las plantas y cuáles son las repercusiones de esta carrera armamentista desde el punto de vista de los herbívoros. La respuesta a tales preguntas solo podrá obtenerse a través de la unión de diferentes disciplinas, así como a través de aproximaciones potencialmente útiles y análogas a las de esa permanente lucha.

Para el lector interesado

  • Ehrlich, P.R. y Raven, P.H. (1964). Butterflies and plants: a study in coevo-lution. Evolution, 18, 586-608
  • Farrell, B.D. y Mitter, C. (1994). Adaptive radiation in insects and plants: time and opportunity. American Zoologist, 34, 57-69.
  • Fraenkel, G.S. (1953). The nutritional value of green plants for insects. Transactions of the IXth International Congress of Entomology (pp. 90-100). The Hague: W. Junk.
  • Fraenkel, G.S. (1959). The raison d’être of secondary plant substances. Science 129, 1466-1470.
  • Rhoades, D.F. (1985). Offensive-defensive interactions between herbivores and plants: Their relevant in herbivore population dynamics and ecological theory. American Naturalist, 125, 205-238.