En la lucha por la existencia todo se vale.

En la lucha por la existencia todo se vale.

Una historia de cómo las sustancias químicas de las plantas han influido en antagonismos y mutualismos que conforman las redes de interacción biológica.

Francisco Javier Espinosa García, Yolanda García Rodríguez y Rafael Torres Martínez
Laboratorio de Ecología Química y Agroecología, Instituto de Investigaciones en Ecosistemas y Sustentabilidad, UNAM, Campus Morelia.

Las plantas se enfrentan simultáneamente a cientos de especies de bacterias, hongos, nemátodos, artrópodos y vertebrados herbívoros, todos ellos hambrientos y dispuestos a consumir los tejidos vegetales. Todas estas especies compiten entre sí, se atacan y desplazan, y a veces cooperan o se matan, incluso mientras luchan por las sobras de los tejidos vegetales. En esta lucha por la existencia, las plantas utilizan diversas defensas químicas, físicas o fenológicas y a veces se alían con especies que pueden convertirse en enemigas o amigas según las circunstancias. En ocasiones, las interacciones entre estos aliados y las plantas llegan a ser tan íntimas que se integran entre sí porque los beneficios mutuos son muy grandes. Un ejemplo de ello son los endo-mutualismos, donde una especie vive dentro de otra, como el caso los pulgones (áfidos) que tienen tejidos donde abundan bacterias que digieren alimentos indigeribles para el insecto e incluso anulan a toxinas vegetales.

La representación de ese escenario complejo de “todos contra todos” se puede visualizar a través de gráficos, que unen por medio de líneas a las especies que interactúan entre sí formando “redes” (Figura 1). Por ejemplo, la chicharrita del maíz Dalbulus maidis está conectada con una línea al maíz del que se alimenta. Igualmente, el gusano cogollero (Spodoptera frugiperda) o el gusano medidor (Trichoplusia ni) se conectarían con el maíz. Es posible que la chicharrita y el cogollero se afecten mutuamente, por lo que habría que trazar otra línea entre esas dos especies. Si incluimos a la avispita parasitoide Cotesia marginiventris, que parasita y mata a larvas de cogollero y de gusano medidor, enlazaríamos a las tres especies. Pero si consideramos que los compuestos volátiles emitidos por el maíz cuando es atacado por herbívoros atraen a los parasitoides, entonces incluiríamos otra línea más enlazando al maíz y a la avispita Cotesia sp.

En esta red, podemos considerar además a los fitopatógenos que atacan al maíz y que afectan a los herbívoros, al cambiar la calidad nutricional y alimenticia de los tejidos vegetales, añadiríamos más líneas. Lo mismo pasaría al incluir a las micorrizas y otros microbios que afectan la disponibilidad de los nutrientes del suelo para el maíz o al incluir a las arvenses que compiten con el maíz, pero también pueden afectar positivamente a la microbiota del suelo o a los enemigos naturales de los herbívoros. Al final, terminaríamos con una enorme maraña de líneas que representan interacciones negativas, positivas, o neutras y, que están estructuradas alrededor de una especie focal (el maíz) que llamaremos holobionte. Considerando que las interacciones biológicas son dinámicas y que a veces pueden cambiar de intensidad e incluso de dirección, la maraña de líneas no solo sería complicada, sino también sería dinámica.

Podemos trazar otras redes complejas alrededor de otros holobiontes como, por ejemplo, el árbol del aguacate o en árboles dominantes silvestres, como los pinos. ¿Cómo explicar que toda la complejidad y aparente desorden de las redes es congruente con ecosistemas y comunidades biológicas con alta diversidad? ¿Cómo es que la variación en las interacciones biológicas y las fuerzas evolutivas influyen en la estructuración de las comunidades biológicas? En el laboratorio hemos investigado a estas preguntas mediante el estudio de la ecología química de especies cultivadas y de vegetación secundaria. He aquí por qué.

En la mayoría de las interacciones biológicas en esas redes están presentes los metabolitos secundarios (sustancias químicas que no intervienen en el metabolismo primario de los organismos), quienes regulan las interacciones al funcionar como atrayentes (por ejemplo, aromas de flores), repelentes (como el citronelol contra mosquitos), toxinas (como la cocaína), venenos (como la estricnina), estimulantes (como la cafeína, que también es insecticida), señales (como el mentol), o anti-alimentarios (como los taninos). En muchos casos, esos metabolitos son determinantes en las interacciones, aunque para algunas especies el mismo metabolito funcionaría como antagonista y para otra como agonista. Así, un metabolito intervendría en varias interacciones y, considerando que las plantas tienen mezclas de docenas de metabolitos secundarios. En la Figura 2 se puede observar  que esas sustancias estarían interviniendo en las redes de interacción de las plantas con cientos de especies. Mucho de lo anterior lo hemos investigado guiados por la pregunta ¿Cómo funciona la diversidad fitoquímica en las interacciones entre las plantas y sus consumidores?

La explicación más aceptada de la existencia de más de 200,000 metabolitos secundarios en los tejidos vegetales es que esos compuestos surgieron, se diversificaron y se mantienen en las plantas debido a las redes de interacción con holobiontes. Además, las plantas siempre tienen mezclas de metabolitos secundarios que son diferentes a lo largo de los tejidos de la planta y que también cambian en el tiempo y en el espacio dependiendo de su ambiente físico y la multitud de especies de microbios, nemátodos, artrópodos y vertebrados que se alimentan o dependen de ellas. Para complicar más las cosas, toda la diversidad de especies que son consumidoras de plantas difieren entre sí en su susceptibilidad a las mezclas de metabolitos secundarios. A la vez que enfrentan a las especies que los depredan, parasitan o enferman, como los entomopatógenos o los parasitoides de insectos. Las defensas y contradefensas al igual que las señales entre socios o enemigos, son producto de procesos de coevolución y adaptación en los que la variación en el perfil químico de las plantas y la variación en la capacidad de los consumidores de anular o detectar a las variantes químicas de las plantas determinan parcialmente la biodiversidad en los ecosistemas al igual que la diversidad en las interacciones biológicas que a su vez determinan los servicios ecosistémicos que son aprovechados por la humanidad.

La investigación de la dinámica fitoquímica de las redes de interacciones en los ecosistemas intervenidos por humanos nos permite sugerir medidas de manejo de especies de holobiontes cultivados o silvestres (Espinosa-García, 2022). Por ejemplo, en los agroecosistemas se debe maximizar la diversidad fitoquímica de los cultivos para reducir la posibilidad de epidemias o de plagas devastadoras. La investigación de las mezclas fitoquímicas también nos ha permitido encontrar sustancias útiles para combatir la resistencia a antibióticos o plaguicidas en bacterias patógenas o insectos plaga. Seguimos investigando la función de la diversidad fitoquímica y su aprovechamiento potencial en el manejo de ecosistemas.