image: The bright stripes and bristles of this skipper butterfly caterpillar, Pyrrhopyge thericles warn predators that it packs a toxic punch, thanks to an exclusive diet of toxic plants of the genus Vismia. view more
Credit: Annette Aiello
Este comunicado está disponible en inglés.
Los científicos del Instituto Smithsonian de Investigaciones Tropicales (STRI) compararon las dietas de dos especies de orugas, esperando que la que consume exclusivamente plantas que contienen químicos tóxicos incorporarían más fácilmente las toxinas en su cuerpo que la que tiene una dieta amplia. Encontraron lo opuesto. El nuevo hallazgo, publicado en Journal of Chemical Ecology, va en contra de una teoría largamente sostenida de que los insectos especializados se adaptan mejor a utilizar productos químicos de plantas tóxicas que los no especialistas.
El descubrimiento abre nuevas vías para la comprensión de la co-evolución -una carrera armamentista en curso de plantas que producen nuevos productos químicos de defensa e insectos que buscan maneras alrededor de estos. Los químicos de las plantas tóxicas también tienen potenciales aplicaciones médicas contra microbios o células cancerosas.
La planta tropical Vismia baccifera se protege a sí misma mediante la producción de una serie de químicos repelentes, incluyendo tres compuestos que son tóxicos para las células vivas. Pocos insectos herbívoros pueden soportar tal cóctel, pero para aquellos que pueden, las ventajas son claras, menos competencia al alimentarse y un conjunto de herramientas químicas que pueden utilizar en su propia defensa.
Los hespéridos, Pyrrhopyge thericles, son orugas que sólo se alimentan de plantas del género Vismia. Las orugas de la polilla grande, la Periphoba arcaei, tienen una dieta mucho más amplia, incluyendo las plantas Vismia y muchas otras. Las orugas de colores brillantes, una con rayas llamativas, y la otra color verde-azul con cerdas, enseñan a los depredadores a asociar su belleza con la toxicidad -un sistema de alerta defensiva conocida como aposematismo.
"Los insectos herbívoros de colores brillantes nos ayudan a identificar las plantas que contienen compuestos activos contra importantes enfermedades que afectan a los humanos", comentó Todd Capson, antiguo científico asociado del Smithsonian, quien supervisó a la investigadora visitante Ciara Raudsepp-Hearne, autora principal del nuevo estudio. El trabajo documenta la primera ocurrencia conocida de productos químicos de la Vismia en mariposas y polillas.
Los investigadores analizaron varias etapas de la vida de las dos especies de orugas para hallar la presencia y concentración de toxinas vegetales llamada vismiones. Mientras que dos compuestos vismione se encuentran en una proporción de 1: 6 en las plantas, en las orugas de mariposa especializadas, los compuestos eran apenas detectables y en proporciones aproximadamente iguales. Por otro lado, las orugas de las polillas generalistas contenían cantidades significativas del más raro de los dos compuestos, lo que sugiere que fueron capaces de almacenar de forma activa este químico de la planta en sus cuerpos. La materia fecal de ambas orugas reveló una relación 1: 2 de los compuestos de la planta, lo que indica que sus cuerpos pueden absorber compuestos selectivamente o convertir las moléculas de un tipo sobre el otro.
"Sabemos muy poco acerca de cómo cada insecto herbívoro maneja estos químicos - cómo lo almacenan o lo eliminan", comentó la científica del Smithsonian, y coautora del estudio Annette Aiello. Algunos insectos pueden aislar los compuestos de manera que no les cause daño, mientras que otros pueden convertir las moléculas en formas que son más difíciles de detectar por los científicos. Los insectos que procesan toxinas sin dañar sus células tienen una ventaja de supervivencia. Para una especie generalista, comentó Aiello, "la capacidad de secuestrar compuestos tóxicos podría ser un gran avance evolutivo temprano," el primer paso en el camino de convertirse en un especialista en plantas tóxicas.
Trabajos anteriores sugieren que la presencia de insectos herbívoros que tienen colores brillantes de advertencia señalen a plantas que contienen sustancias químicas potencialmente útiles. Y mientras que los insectos especialistas comparten una historia obvia con sus plantas hospederas, el nuevo estudio sugiere que los insectos generalistas también pueden desempeñar un papel importante en la carrera de armas químicas que impulsa la co-evolución de insectos y plantas. "El estudio de los insectos con dietas generalistas a veces pueden dar resultados que son tan gratificantes como el estudio de los especialistas", comentó Capson.
Este estudio se llevó a cabo a través del Instituto Smithsonian de Investigaciones Tropicales y el programa Neotropical Environment Option de colaboración de la Universidad de McGill. La obra fue financiada en parte por el programa International Cooperative Biodiversity Groups de Panamá. Las afiliaciones actuales de los autores incluyen el Smithsonian, McGill, el Centro de Investigaciones Farmacognósticas de la Flora Panameña, la Universidad del Cabo Occidental y la Secretaría Nacional de Ciencia, Tecnología e Innovación de Panamá (SENACYT).
Referencia: Raudsepp-Hearne C et al. 2015. Differential sequestration of a cytotoxic vismione from the host plant Vismia baccifera by Periphoba arcaei and Pyrrhopyge thericles. Journal of Chemical Ecology. DOI:10.1007/s10886-015-0614-6
Photo captions:
1. Las rayas brillantes y las cerdas de este patrón de oruga de la mariposa, Pyrrhopyge thericles advierten a los depredadores que esta carga un coctel tóxico, gracias a una dieta exclusiva de plantas tóxicas del género Vismia.
2. A pesar de que las orugas de la polilla Periphoba arcaei se alimentan de una amplia variedad de plantas, estas han desarrollado un mecanismo de defensa que antes sólo se observaba en los insectos que se especializan en plantas tóxicas. Incorporan toxinas de la planta tropical Vismia baccifera y anuncian su sabor desagradable con suscuerpos de colores verde brillantes cubiertos de pelos con toxinas en las puntas.
3. Los adultos de los hespéridos, Pyrrhopyge thericles (izq.), y de la polilla Periphoba arcaei (der.) dependen respectivamente en la velocidad y la discreta coloración para evitar a los depredadores. Sus orugas utilizan una combinación de colores de advertencia exteriores y toxinas en el interior para defenderse de los ataques.
Journal
Journal of Chemical Ecology