Kitabı oku: «Temas selectos en ecología química de insectos»
Temas Selectos en Ecología
Química de Insectos
Temas Selectos en EcologíaQuímica de Insectos
Julio C. Rojas
Edi A. Malo
Editores
México, 2019
EE
591.7
I4
Temas selectos en ecología química de insectos / editado por Julio C. Rojas y Edi A. Malo.- San Cristóbal de Las Casas, Chiapas, México: El Colegio de la Frontera Sur, 2019. Fotografías, ilustraciones
E-ISBN: 978-607-8429-72-1
Incluye bibliografía
1. Insectos, 2. Ecología química, 3. Semioquímicos, 4. Receptores olfativos, 5. Feromonas sexuales de insectos, 6. Comunicación química, 7. Comportamiento de los insectos, 8. Plagas de insectos, 9. Lutzomyia longipalpis, 10. Análisis vectorial, 11. Leishmania, 12. Plantas huéspedes, 13. Control integrado de plagas, I. Rojas, Julio C. (editor), II. Malo Rivera, Edi Álvaro (editor)
Fotografías de portada: Carmen Rossini (Universidad de la República, Uruguay), Astrid Eben (INECOL, México), Cesar Rodríguez-Saona y Robert Holdcraft (Rutgers University, EUA), Maurilio López (UV, México), Eduardo Rebollar (UANL, México) y a Derric Nimmo (Compañía Oxitec, Oxford, Inglaterra).
Primera edición en formato impreso, 2012
Primera edición en formato digital, 2019
DR © El Colegio de la Frontera Sur www.ecosur.mx
Carretera Panamericana y Periférico Sur, s/n.
Barrio de María Auxiliadora CP 29290
San Cristóbal de Las Casas, Chiapas.
Desarrollo de epub: Ricardo Gallardo/Nieve de Chamoy
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Contenido
1 PRÓLOGO
2 CAP 1. MÉTODOS DE INVESTIGACIÓN EN SEMIOQUÍMICOS
3 Edi A. Malo Rivera y Julio C. Rojas Introducción Métodos de muestreo de semioquímicos Evaluación comportamental Análisis electrofisiológico Identificación química Síntesis de feromonas Conclusiones Agradecimientos Referencias
4 CAP 2. EL SISTEMA OLFATIVO DE LOS INSECTOS
5 Fabio Guidobaldi y Pablo Guerenstein Introducción Aspectos morfológicos básicos Eventos en el compartimiento perirreceptor y mecanismos de transducción Fisiología olfativa Métodos en fisiología olfativa Conclusiones y perspectivas Agradecimientos Referencias
6 CAP 3. FEROMONAS INVOLUCRADAS EN EL COMPORTAMIENTO SEXUAL DE LEPIDOPTERA
7 René Arzuffi Barrera y Federico Castrejón Ayala Introducción Estructuras productoras de feromonas sexuales femeninas Naturaleza química de las feromonas Biosíntesis de feromonas en Lepidoptera Comportamiento relacionado con feromonas Conclusiones y perspectivas Referencias
8 CAP 4. ECOLOGÍA QUÍMICA DE TRIATOMINOS VECTORES DE LA ENFERMEDAD DE CHAGAS
9 Marcelo Gustavo Lorenzo Introducción La ecología química de triatominos Otros aspectos relevantes Perspectivas Referencias
10 CAP 5. ECOLOGÍA QUÍMICA DE PHLEBOTOMINAE (DIPTERA: PSYCHODIDAE)
11 Eduardo A. Rebollar-Téllez, Alfredo Castillo-Vera y Sergio Ibáñez-Bernal Introducción Fago-estimulantes y feromonas asociados con la alimentación sanguínea Kairomonas y feromonas de oviposición Feromonas sexuales Kairomonas de origen humano o animal Kairomonas de origen vegetal Alomonas de formas inmaduras Conclusiones y perspectivas futuras Agradecimientos Referencias
12 CAP 6. COMUNICACIÓN QUÍMICA Y COMPORTAMIENTO REPRODUCTOR DE LOS ESCARABAJOS RODADORES DE ESTIÉRCOL (SCARABAEINAE: SCARABAEINI): ASPECTOS ECOLÓGICOS Y EVOLUTIVOS, Y SUS POSIBLES APLICACIONES
13 Mario E. Favila, Maribel Ortiz-Domínguez, Ivette Chamorro-Florescano y Vieyle Cortez-Gallardo Introducción Atracción al alimento Atracción sexual Reconocimiento sexual Selección sexual Especiación y señales químicas Defensa química Protección del nido Conclusiones Agradecimientos Referencias
14 CAP 7. DEFENSAS QUÍMICAS EN INSECTOS: ¿GUERRA O PAZ ARMADA?
15 Carmen Rossini, Soledad Camarano, y Andrés González Introducción Presencia y dianas de las defensas químicas en insectos Origen de las defensas químicas en insectos Defensas adquiridas a través de la dieta Dinámica de las defensas químicas Aposematismo y mimetismo Consideraciones finales Referencias
16 CAP 8. ¿POR QUÉ AMARGARSE LA VIDA? LA ASOCIACIÓN DE LOS ESCARABAJOS DIABROTICINA (COLEÓPTERA: CHRYSOMELIDAE) CON PLANTAS DE LA FAMILIA CUCURBITACEAE
17 Astrid Eben Introducción El sistema Diabroticina-Cucurbitaceae Beneficios de la acumulación de cucurbitacinas Filogenia Conclusiones Agradecimientos Referencias
18 CAP 9. VARIACIÓN FITOQUÍMICA DEFENSIVA EN ECOSISTEMAS TERRESTRES
19 Yolanda García-Rodríguez, Ángel Bravo-Monzón, Yesenia Martínez-Díaz, Guadalupe Torres- Gurrola y Francisco J. Espinosa-García Introducción Origen y mantenimiento de la diversidad fitoquímica Diversidad de funciones de los MS Efecto alelopático Efecto de la concentración de MS en su función Diversidad fitoquímica Alfa: efecto de las mezclas de MS en su función Diversidad fitoquímica beta Mosaico de variación intra e inter-planta Diversidad fitoquímica gamma Teorías de la defensa vegetal Aplicaciones de la variación fitoquímica en el control biológico Bioplaguicidas Conclusiones Agradecimientos Referencias
20 CAP 10. EFECTOS DE LA DOMESTICACIÓN DE PLANTAS EN LA DIVERSIDAD FITOQUÍMICA
21 Alicia Bautista Lozada, Fabiola Parra Rondinel y Francisco Javier Espinosa-García Introducción Domesticación vegetal Plantas comestibles: la domesticación como solución para lidiar con plantas tóxicas Origen, mantenimiento y diversificación de fenotipos de resistencia química en plantas cultivadas Consecuencias de la propagación sexual y clonal en la diversidad química Costos asociados a la defensa Plasticidad Efectos indirectos de la domesticación en la resistencia química vegetal Interacción planta-ser humano: la concentración de MS en la planta depende de su manejo agronómico Agricultura tradicional e industrial Conclusiones y perspectivas Referencias
22 CAP 11. IMPORTANCIA ECOLÓGICA DE LA EMISIÓN DE COMPUESTOS VOLÁTILES VEGETALES
23 Alicia Bautista-Lozada, Ángel E. Bravo-Monzón y Francisco J. Espinosa-García Introducción Emisión natural de volátiles vegetales Clasificación de los volátiles Importancia de la emisión constitutiva de volátiles Emisión de volátiles inducidos por herbivoría Factores que afectan la emisión de volátiles Interacciones biológicas intermediadas por los volátiles Uso potencial de la emisión de volátiles vegetales en control biológico Emisión de volátiles inducidos por herbivoría: interacciones planta-planta Volátiles vegetales y su importancia en la química atmosférica Conclusiones Agradecimientos Referencias
24 CAP 12. EL PAPEL DEL ESTÍMULO QUÍMICO DURANTE LA BÚSQUEDA DE HOSPEDERO POR LEPIDÓPTEROS HERBÍVOROS
25 Julio C. Rojas Introducción Subdivisión del proceso de búsqueda de hospedera Búsqueda de hospedera por adultos Otras modalidades sensoriales involucradas en la búsqueda de hospedera Búsqueda de hospedera por estados inmaduros Factores que afectan la respuesta de los insectos durante la búsqueda de hospedera Aplicación práctica Conclusiones Agradecimientos Referencias
26 CAP 13. LA ECOLOGÍA QUÍMICA DE INTERACCIONES TRI-TRÓFICAS
27 Cesar Rodríguez-Saona Introducción El comportamiento de los enemigos naturales y los volátiles de plantas Volátiles inducidos en plantas e interacciones tri-tróficas Interacciones tri-tróficas bajo el suelo Rutas biosintéticas Elicitores y mecanismos Costos y Beneficios Aplicación en control biológico Conclusiones y futuras direcciones Agradecimientos Referencias
28 CAP 14. APLICACIÓN DE FEROMONAS SEXUALES EN EL MANEJO DE LEPIDÓPTEROS PLAGA DE CULTIVOS AGRÍCOLAS
29 Andrés González, Paula Altesor, Carolina Sellanes y Carmen Rossini Introducción Feromonas sexuales en lepidópteros Feromonas de lepidópteros en el manejo de plagas Conclusiones Referencias
30 CAP 15. ECOLOGÍA QUÍMICA Y MANEJO DE PICUDOS (COLEÓPTERA: CURCULIONIDAE) DE IMPORTANCIA ECONÓMICA
31 Jaime C. Piñero y César Ruíz-Montiel Introducción general Ecología química de picudos Importancia de compuestos volátiles emitidos por plantas hospederas Interacciones sinergistas entre feromonas de agregación y compuestos volátiles de plantas hospederas Compuestos con función defensiva Compuestos repelentes Metodologías Clave Uso de semioquímicos en sistemas MIP Técnicas novedosas con potencial para el monitoreo y control de picudos Conclusiones y direcciones futuras Referencias
32 CAP 16. EL PAPEL DE LOS SEMIOQUÍMICOS EN EL MANEJO DE LAS MOSCAS DE LA FRUTA (DIPTERA: TEPHRITIDAE)
33 Francisco Díaz-Fleischer y Víctor R. Castrejón-Gómez Introducción Localización del hospedero Feromona marcadora de hospedero (FMH) Atrayentes alimenticios Apareamiento: Feromonas sexuales Paraferomonas Uso de semioquímicos en el control de moscas de la fruta Tipos de trampas utilizadas con semioquímicos El estado fisiológico de los insectos, la disponibilidad de recursos y su efecto en la respuesta a los atrayentes Conclusiones y tendencias futuras Agradecimientos Referencias
34 CAP 17. DISRUPCIÓN DE LA COMUNICACIÓN QUÍMICA DE INSECTOS COMO ESTRATEGIA EN UN CONTROL BIORRACIONAL DE PLAGAS
35 Angel Guerrero, Albert Sans y Magí Riba Introducción Caso Thaumetopoea pityocampa Caso Spodoptera littoralis Caso Sesamia nonagrioides Caso Ostrinia nubilalis Caso Cydia pomonella Caso Zeuzera pyrina Conclusiones Agradecimientos Referencias
36 Información acerca de los editores
Prólogo
Todos los organismos requieren alimento para sobrevivir, el que contiene una variedad muy diversa de elementos químicos (carbono, nitrógeno, oxígeno, hidrógeno, azufre, fósforo). Esto significa que todos los organismos requieren de una cierta cantidad de energía, y la única fuente externa de ésta proviene del Sol. Las plantas verdes son las únicas capaces de capturar la energía solar y convertirla en energía química, produciendo glucosa a partir de bióxido de carbono y agua. Esta habilidad autotrófica tiene un precio, la mayoría de los organismos no son autótrofos y necesitan obtener su energía para crecer y desarrollarse, consumiendo a otros organismos, incluyendo a las plantas, las cuales, de hecho, son la fuente directa de energía para una pléyade de organismos: bacterias, hongos, invertebrados, vertebrados, e incluso, plantas heterótrofas (se estima que el 1% de las angiospermas, unas 3000 especies, son parásitas de otras plantas).
Los microorganismos son los seres vivos más numerosos de la biósfera, muchos de ellos dependen de las plantas y pueden ser biótrofos (solo viven dentro de plantas vivas) o necrótrofos (se alimentan de tejido vegetal muerto). Entre los invertebrados, los insectos representan un grupo de herbívoros de enorme importancia. En la actualidad se conocen aproximadamente un millón de especies de insectos, y la estimación del número total es muy difícil. Se calcula que esta cantidad representa aproximadamente un veinte por ciento de la biodiversidad total de insectos, y que existen, como mínimo dos o tres millones, aunque es probable que haya entre cinco y diez millones de especies (Cardé & Millar, 2004). Cerca de la mitad de los insectos conocidos, son herbívoros. Los hay masticadores de los tejidos vegetales, minadores, chupadores de los fluidos, y formadores de agallas, y las adaptaciones que han adquirido a través de la evolución, ha determinado su modo de alimentarse de las plantas, pueden ser especialistas (mono u oligófagos) o generalistas, o bien mutualistas e incluso simbiontes viviendo dentro de los tejidos de su hospedera. Entre los vertebrados, particularmente mamíferos, hay numerosas especies que se alimentan de plantas, la mayoría son polífagos, y un gran número de ellos son frugívoros u omnívoros, aunque encontramos especialistas de ciertas partes de las plantas como los nectaríferos (néctar y polen) y gomíferos (exudados) (Schoonhoven, 2005; Walters, 2011).
El estudio de la co-adaptación entre organismos, abarca diversos niveles, uno de enorme importancia que nos permite entender, a un nivel más profundo, las respuestas adaptativas, es el bioquímico; estas respuestas se basan en la capacidad que tienen los organismos de sobrevivir en un medio condicionado por los productos bioquímicos de otros seres vivos. A medida que se hace más poderosa y sofisticada la tecnología para hacer investigación acerca de las relaciones químicas entre organismos, y de cómo se han adaptado unos a otros a través del tiempo evolutivo, el conocimiento sobre los aspectos ecológicos, químicos, fisiológicos, bioquímicos, celulares, y de comportamiento de los organismos que interactúan entre sí, a través de la intermediación de metabolitos secundarios, contribuye al crecimiento de la estructura y estabilidad de una de las vertientes de investigación íntimamente relacionada con la co-evolución biológica, la ecología química.
La ecología química es una ciencia que surge durante mediados del siglo XX y es, por definición, una ciencia integrativa que, como punto de partida, reconoce que todos los organismos utilizan señales químicas para interactuar entre si. A medida que ha avanzado en su camino, esta ciencia ha permitido el reconocimiento de que la comunicación química, que en cierta forma involucra células u organismos, es uno de los atributos fundamentales de la vida misma.
Como seres humanos, sabemos que, comparados con otros animales, percibimos el mundo, principalmente a través de la visión, el sonido y el tacto, pero tenemos, en general, un sentido del olfato muy poco desarrollado; por ello, no es de sorprender que fallamos en apreciar que importantes son las señales químicas en la vida de otros organismos (Cardé & Millar, 2004).
Los atributos y señales químicas son utilizadas por los insectos de múltiples formas incluyendo el reconocimiento sexual, la organización social, como defensa o ataque, y en la búsqueda y reconocimiento de recursos diversos y, en su caso, de hospederos. La ecología química de insectos busca caracterizar el tipo de metabolitos secundarios que intervienen en las múltiples relaciones que los insectos establecen entre si y con otros organismos, particularmente con las plantas.
Los atributos biológicos y químicos de cualquier especie son, en el más amplio sentido, una manifestación de su historia evolutiva completa y, de hecho, de la historia entera de la vida. Durante la investigación científica nos encontramos con muchos problemas al tratar de explicar, en su totalidad, la evolución de una particular estructura, característica, conducta o adaptación fisiológica, sin embargo, por medio de aquellos parámetros que podemos medir, tratamos de llegar a una explicación razonable y consistente de un fenómeno biológico en términos de su existencia presente, más un mínimo de suposiciones acerca de su historia pasada.
Los objetivos encaminados a descifrar la estructura química y el contenido de la información de las moléculas que intermedian las relaciones químicas entre organismos, así como las consecuencias evolutivas y ecológicas de éstas, han derivado en nuevas e importantes vertientes de investigación. Un buen ejemplo del éxito de los enfoques modernos en la ecología química y la biología molecular es el estudio de las relaciones químicas planta-insecto, insecto-insecto y aquellas que involucran, además de éstos, a varios niveles tróficos. La investigación de todas estas relaciones ha tenido un crecimiento acelerado los últimos años, debido a que los resultados pueden ser aplicados en un tiempo muy corto en los problemas de la agricultura o de la medicina y, por lo tanto, tienen un valor potencialmente muy alto, desde el punto de vista económico y social. Por otro lado, estas investigaciones contribuyen al crecimiento integral de todos los aspectos básicos del proceso de comunicación química y señalización organismo-organismo, desde los microorganismos hasta los humanos, y a los niveles desde el molecular hasta el ecosistémico.
En el presente libro, investigadores de reconocido prestigio nacional e internacional, nos ofrecen un amplio panorama de los diversos temas de su especialidad dentro de la ecología química de insectos. Se mencionan en general los principales métodos utilizados en la actualidad para caracterizar diferentes tipos de semioquímicos; los mecanismos de detección de metabolitos que son reconocidos a nivel del centro olfativo primario del cerebro de los insectos, y varias de las técnicas neuroetológicas para estudiar este proceso, así como el papel de las neuronas olfativas de los triatominos (transmisores de la enfermedad de Chagas); se explica de que manera ciertas feromonas específicas, algunas ya caracterizadas químicamente, determinan el comportamiento sexual de lepidópteros y las estrategias en el uso de feromonas para el manejo de lepidópteros plaga; los aspectos de la ecología química de los flebotominos, vectores de Leishmania spp.; los estudios más recientes sobre las señales químicas que intercambian los escarabajos rodadores de estiércol; el flujo de defensas químicas entre individuos, tanto horizontal (de macho a hembra durante la cópula) como vertical (de hembras a su progenie), así como la evolución de las defensas químicas de los insectos especialistas que secuestran metabolitos secundarios de sus plantas hospederas; el origen y mantenimiento de la diversidad de metabolitos secundarios defensivos en las plantas silvestres y su posible aplicación como bioplaguicidas vegetales; los efectos de la domesticación de las plantas en la diversidad fitoquímica; el impacto ecológico de la emisión de variados compuestos volátiles por las plantas que modulan las interacciones entre distintos niveles tróficos y que, además, afectan la química de la atmósfera; los avances en el estudio de las interacciones tritróficas; las investigaciones encaminadas a identificar la función y biosíntesis de semioquímicos que permitan la manipulación del entorno químico para el manejo de las moscas de la fruta y de curculiónidos, entre otras plagas, así como el desarrollo de los inhibidores de enzimas responsables del catabolismo de feromonas como otra alternativa para el manejo integrado de plagas de insectos.
Además del excelente trabajo conjunto que se realizó para editar el presente libro, cabe destacar que tiene el gran mérito de hacer una amplia y valiosa divulgación de la ecología química en español, una tarea que hay que multiplicar para satisfacer las crecientes necesidades de conocimiento científico que tienen estudiantes, maestros e investigadores, en todos los países de habla hispana.
Ana Luisa Anaya
Literatura consultada
Cardé, R.T. & Millar, J.G. 2004. Advances in Insect Chemical Ecology. Cambridge University Press, New York.
Schoonhoven, L.M., Van Loon, J.J.A., & Dicke, M. 2005. Insect-Plant Biology. Oxford University Press.
Walters, D.R. 2011. Plant Defense: Warding off Attack by Pathogens, Herbivores, and Parasitic Plants. Wiley, New York-Blackwell, Chichester.
