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Excelenciencia

La química de la relación entre plantas y animales, al descubierto

Xavier Pujol Gebellí

CIENCIA     |    ECOLOGÍA QUÍMICA    |    07/05/2014

El Laboratorio de Ecología Química de la Estación Biológica de Doñana acumula años de experiencia en la investigación de compuestos químicos que influyen sobre el comportamiento animal y median en las relaciones entre plantas y animales. Gracias a su identificación y análisis está siendo posible entender el valor de la pigmentación en aves, el mecanismo de acción de algunas toxinas vegetales o cómo influyen los microbios del néctar en la polinización. Estos conocimientos pueden ser de ayuda en el diseño de herramientas de gestión ambiental o incluso en biotecnología.

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En ecología resulta esencial entender las interacciones entre especies, por muy distantes que sean, como lo son una planta y un animal. El principal patrón, del que dependen la evolución y la adaptación a condiciones cambiantes, no es la uniformidad de los rasgos sino todo lo contrario, su variabilidad. La incorporación de disciplinas como la química, la genética o la fisiología, y sus nuevas técnicas de análisis, ayuda a medir con precisión la variabilidad existente y las interacciones ecológicas.

Este es el caso del Laboratorio de Ecología Química de la Estación Biológica de Doñana. Coordinado por Conchita Alonso y Julio Blas, suma años de una investigación que es lenta por definición. El objetivo, además de comprender mejor las relaciones que se establecen entre animales y plantas, es identificar los compuestos que participan en las mismas. Algunos de ellos, como explica Ricardo Pérez, científico titular del CSIC en el Instituto de Investigaciones Químicas del CIC-Cartuja de Sevilla, especialista en química de productos naturales y colaborador de Alonso, pueden llegar a ser de interés humano, bien sea en farmacología, bien sea en biotecnología o en otras áreas de desarrollo.

Al fin y al cabo, resumen ambos especialistas citando la literatura científica, se estima que hay al menos 270 000 especies vegetales. De ellas se extraen compuestos de interés humano de apenas un centenar. Queda un larguísimo recorrido en la identificación de moléculas, tarea en la que laboratorios como el de Doñana contribuyen de forma significativa.



El color de las aves

Los criadores de pájaros saben que al introducir cambios en su dieta se mejora su canto y se avivan los colores, y parecen más sanos. Que existe una relación entre la dieta y su calidad como individuos parece obvio. ¿Hasta qué punto, sin embargo, las aves seleccionan su alimentación?
«Las aves con colores más vivos y mejor sistema inmune son las que mejor compiten».
Estudios desarrollados en Doñana corroboran esta tesis. Los individuos que tienen mayor apetencia por los alimentos silvestres ricos en pigmentos, desde pequeñas aves a grandes rapaces, son los más realzan su coloración o aspectos concretos de la misma. Además, esta característica se corresponde con un sistema inmune mejor dotado.
Gracias a eso, tienen ventaja en el apareamiento, al tiempo que alertan a posibles competidores de la misma especie, o incluso a eventuales predadores, de sus cualidades, explica Alonso.


Defensa y recompensa

Si el color es una señalización que advierte a la competencia y a posibles parejas, las toxinas que produce la planta actúan como defensa, justo lo contrario que el néctar, que es un elemento de recompensa. Ambos conceptos son bien conocidos y forman parte del estudio clásico en ecología. Lo que ya no lo es tanto es la variabilidad en esta peculiar relación que se establece entre toxinas, recompensas y los visitantes de las plantas, sobre todo insectos.

Con respecto a las toxinas, se trata de defensas químicas contra ataques de insectos u otros patógenos, especialmente hongos y eventualmente virus. En el laboratorio de Doñana cuando se inició el estudio interesaba entender por qué algunas poblaciones de plantas son consumidas por determinados insectos herbívoros, así como la respuesta de distintos insectos frente a los compuestos naturales empleados como defensa.


 «Hay respuestas individualizadas y adaptaciones específicas para eludir la toxina».
"Hay casos en los que orugas de distintas especies de lepidóptero se alimentan de una misma planta y otros que no”, cuenta Alonso en relación con estudios desarrollados en Doñana. Las orugas estudiadas se consideran generalistas, lo cual significa que pueden alimentarse de plantas de especies diferentes con contenidos químicos y nutricionales muy variados. Sin embargo, y tras ensayos en laboratorio, se observó que "la misma oruga no come de todo”. Es decir, la especie se considera generalista, pero el individuo no lo es, lo cual implica que los individuos adaptan su metabolismo y su crecimiento a las características específicas de su entorno. "Hay respuestas individualizadas y adaptaciones específicas para eludir la toxina”, añade la especialista.

El mismo concepto de variabilidad se identifica cuando de lo que se trata es de obtener una recompensa de la planta. En estudios realizados en la Sierra de Cazorla, Yucatán y Sudáfrica en los que se han investigado las características del néctar de flores de muchas especies, se han detectado diferencias de composición y de concentración de azúcares tanto en individuos distintos de la misma especie, como en las flores de un mismo individuo. La variabilidad del néctar depende de la presencia de microrganismos, especialmente levaduras, que son transportados por insectos polinizadores. Las levaduras, además de transformar las propiedades del néctar, generan calor, de lo cual se benefician los insectos y la propia flor.

"A diferencia de lo que se creía”, puntualiza Alonso, "la composición instantánea del néctar no es un rasgo específico ni de la especie ni de un individuo”. La variabilidad se traduce en una recompensa heterogénea que obliga al insecto a desplazarse de flor en flor. Esta aparente desventaja para el polinizador aporta en realidad un beneficio mayúsculo: en su busca del mejor néctar el insecto transporta microorganismos y polen a otros individuos.



Estrategias de gestión

El conocimiento de las relaciones químicas entre especies se viene usando desde hace años como herramienta de gestión. Resulta de utilidad para mantener y mejorar la producción de cultivos con el uso de técnicas sostenibles desde el punto de vista ambiental, así como en planes específicos de gestión ambiental como podría ser la conservación de especies endémicas, la repoblación de especies en declive o el control de una especie introducida accidentalmente.
 
Por otro lado, y dado el escaso aprovechamiento de compuestos de origen vegetal en farmacología (dominada por la química y la biología sintéticas), el estudio ecológico aporta productos y subproductos de forma orientada mejorando su potencial biotecnológico. 
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Xavier Pujol Gebellí

Periodista

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Excelencia Severo Ochoa

Logos colaboradores julio 2014

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