La pelea a muerte entre plantas y herbívoros

Durante millones de años de evolución, las plantas han sostenido una “carrera armamentista” contra sus depredadores. En una serie de respuestas evolutivas alternadas, las plantas desarrollan defensas contra sus consumidores, y los herbívoros, mecanismos para lidiar con dichas defensas.

Enraizadas, y como no pueden “salir huyendo”, para esconderse de sus depredadores, en esa perenne batalla en las plantas han evolucionado diversos tipos de defensas para reducir o mitigar el daño que los herbívoros causan a sus hojas, frutos y flores.

La doctora Karina Boege, del laboratorio de Ecología Evolutiva de las Interacciones Bióticas del Instituto de Ecología, identifica una primera estrategia llamada escape. Por ejemplo, algunas especies de plantas de las selvas tropicales secas, tiran sus hojas en temporada de lluvia, cuando hay muchos herbívoros. Luego las producen en épocas de secas, cuando los herbívoros no se encuentran en grandes cantidades.

La Jacquinia pungens, nativa de las selvas secas de México, es un caso de esta fenología invertida. Para sobrevivir con el estrés hídrico durante la temporada seca, dicha planta produce hojas particularmente duras y gruesas.

Tolerancia y resistencia

Así como el ser humano tiene un sistema inmune, dice la investigadora de la UNAM, las plantas cuentan también con una batería de atributos de tolerancia y resistencia para reducir o aguantar el daño a sus órganos causado por herbívoros.
Las estrategias de tolerancia se refieren a aquellos ajustes, como un incremento en la fotosíntesis o la reasignación recursos de unos tejidos a otros, que son las que les permiten a las plantas recuperarse del daño una vez que éste ha ocurrido.

Las estrategias de resistencia, en cambio, son aquellas que reducen la cantidad de daño por herbívoros y se clasifican en defensas físicas y químicas, así como en bióticas (o indirectas).

Las defensas físicas son, por ejemplo, las vellosidades de las hojas o las espinas en los tallos. El tamaño y eficiencia de estas estructuras depende del herbívoro o depredador, pues no es lo mismo una vaca o una jirafa, que un escarabajo o una oruga. Para un gusano de mariposa, por ejemplo, una pequeña vellosidad puede representar el reto a “morder algo equivalente a una alfombra”, mientras que un herbívoro vertebrado la consumiría sin problema.

Las defensas químicas son una variedad inmensa de metabolitos secundarios, llamados así porque no son esenciales para las funciones básicas de una planta, como la respiración o la fotosíntesis. Sin embargo, muchos de ellos son tóxicos para los animales. Por ejemplo, algunas plantas contienen cianuro que mata a los herbívoros. Contienen también otros compuestos no tóxicos, pero pueden encapsular a las proteínas, para que su digestión sea más lenta y los herbívoros “no puedan comer tanto”.

Defensas indirectas

El tercer grupo de defensas que estudia Boege y colaboradores, son las defensas indirectas o aquellos atributos que atraen a los depredadores de los herbívoros que se comen a las plantas.
Algunas plantas, por ejemplo, emiten señales químicas cuando un herbívoro se las está comiendo. Ese “volátil orgánico” que liberan es detectado por parasitoides o pájaros como indicador de que hay una presa.

Otra defensa indirecta es el néctar que algunas producen, no en las flores, sino en unas pequeñas estructuras ubicadas en la base de las hojas, llamadas nectarios extraflorales. Con estos nectarios atraen colonias de hormigas que consumen el azúcar y patrullan para defender a la planta de los herbívoros y retirar enredaderas que pudieran afectarlas.

El contraataque

Dentro de la “carrera armamentista”, los herbívoros también evolucionan constantemente adaptaciones para lidiar con las defensas de las plantas. Un caso: algunos insectos logran desarrollar mecanismos bioquímicos que les permiten digerir tejido vegetal aunque tengan compuestos extremadamente tóxicos.
La planta Turnera velutina, una especie que el grupo de la doctora Boege ha estudiado en los últimos 12 años, los compuestos cianogénicos que contiene como defensa química no parecen ser muy eficientes, ya que su herbívoro especialista, Eutoiepta hegesia (perteneciente a la familia de mariposas Nymphalidae), prefiere comerse plantas con más cianuro.

Resulta que Eutoiepta hegesia tiene la capacidad de secuestrar compuestos cianogénicos, que ya no pasan por su sistema digestivo y hasta le sirven como defensas propias en contra de sus depredadores. Gracias a este mecanismo, considera Boege, el herbívoro le “está ganando la carrera armamentista”, al menos por ahora.

Defensas y desarrollo

A pesar de que las plantas de la Turnera velutina tienen defensas físicas, químicas e indirectas, su expresión cambian durante el desarrollo de cada individuo.
Sofía Ochoa, estudiante de doctorado en el laboratorio de la doctora Boege, ha demostrado que cuando son muy chiquitas producen mucho cianuro, y conforme crecen van disminuyendo su producción para finalmente dejar de producirlo su etapa reproductiva.

En contraste, las pequeñas plántulas no producen nectarios extraflorales y sólo hasta que alcanzan cierto tamaño inicia la producción de azúcar en el néctar, que aumenta considerablemente durante el desarrollo de esta planta, lo que resulta en una mayor defensa biótica gracias al patrullaje de las hormigas.

Turnera distractora

Distintos experimentos de Nora Villamil, alumna del grupo de trabajo de Boege, han demostrado que los nectarios extraflorales en Turnera velutina también funcionan como distractor. Tener voraces hormigas patrullando sobre las plantas puede afectar negativamente la visita de polinizadores.
En este contexto, los experimentos de Villamil han demostrado que producir azúcar lejos de las flores reduce el margen de afectación que las hormigas pueden tener sobre los polinizadores, con importantes consecuencias para la reproducción de la planta.

Sin embargo, demostró también que las plantas que tienen hormigas asociadas, intercambian más polen con otras plantas, porque el polinizador no se queda mucho tiempo en una flor por el ataque de las hormigas. Esto, puntualiza la doctora Karina Boege, favorece la diversidad genética de las plantas.