Develan una nueva fase en la relación entre las higueras y las avispas | AGÊNCIA FAPESP

Develan una nueva fase en la relación entre las higueras y las avispas Éste es el tema de uno de los cuatro artículos de científicos brasileños publicados en Acta Oecologica. En otro estudio se analizan las diferencias en los ovipositores de especies de avispas parasitoides (foto: Luís F. M. Coelho)

Develan una nueva fase en la relación entre las higueras y las avispas

30 de agosto de 2018

Por Peter Moon  |  Agência FAPESP – La relación de mutualismo existente entre la higuera y la avispa de los higos es una de las más fascinantes de la naturaleza. Ambas especies entrelazan sus vidas de modo tal que una no puede existir sin la otra. Allí donde no hay avispas de los higos, las higueras no se reproducen, y viceversa. 

El ciclo de reproducción de las avispas de los higos se concreta únicamente en el interior de los mismos. Y en el transcurso de decenas de millones de años de evolución, los higos terminaron modificándose tanto debido a la interacción con estos insectos que en la actualidad se los confunden con frutos. Pero los higos no son frutos, son inflorescencias invertidas. Son receptáculos que contienen en su interior centenas de minúsculas flores que producen semillas internamente, merced al trabajo de polinización que llevan a cabo estas avispas.

El ciclo de desarrollo de las flores de la higuera y de sus avispas se estudia como una forma de entender la evolución del mutualismo. A finales de la década de 1960, cuando comenzó a dilucidarse ese mutualismo existente entre estas plantas y los insectos, su ciclo de desarrollo quedó dividido en cinco fases distintas (A, B, C, D y E). Las mismas describen todo lo que sucede desde el momento en que la avispa madre penetra en el interior del higo para poner sus huevos hasta que una nueva generación de avispas hembras fertilizadas emerge del higo para renovar el ciclo.

Medio siglo después de la descripción inicial de este ciclo de desarrollo, el biólogo Luciano Palmieri Rocha plantea ahora la existencia de una nueva fase, a la que denominó F, referente a las interacciones ecológicas que ocurren luego de la salida de las avispas, y que se relaciona con los higos maduros que caen al suelo para pudrirse.

Este estudio salió publicado en la revista Acta Oecologica, en una edición especial precisamente con motivo de cumplirse 50 años del descubrimiento inicial del ciclo de las higueras y sus avispas. Y la investigación contó con el apoyo de la FAPESP.

La edición contiene 20 trabajos, y cuatro de ellos son de investigadores del Laboratorio de Interacción Insectos-Plantas, dependiente del Departamento de Biología de la Facultad de Filosofía, Ciencias y Letras de Ribeirão Preto (FFCLRP), de la Universidad de São Paulo, en Brasil. Dicho laboratorio está a cargo del profesor Rodrigo Augusto Santinelo Pereira.

“En la naturaleza observamos una gran competencia, por eso llama la atención la interacción entre la higuera y la avispa de los higos. Ambas están juntas para adaptarse mutuamente e intentar sobrevivir. Si una muriera, la otra también desaparecería”, declaró Palmieri Rocha a Agência FAPESP

Este mutualismo no se restringe a la interacción entre la higuera (Ficus carica) que produce los higos comestibles y sus polinizadoras específicas, las avispas de los higos de la especie Blastophaga psenes. Existen más de 750 especies del género Ficus, y para cada una de ellas existe una especie de avispa polinizadora de la familia de los agaónidos.

Es un mutualismo muy remoto, según explica Palmieri Rocha. Los fósiles más antiguos de avispas de los higos datan de hace 34 millones de años. Son muy similares a las especies actuales, lo cual indica que la relación simbiótica evolucionó tempranamente y no cambió demasiado desde entonces. Las evidencias moleculares indican que esta relación existía hace 65 millones de años, lo cual sugiere que podría ser más antigua aún, del tiempo de los dinosaurios. 

“Fue en ese entonces cuando los antepasados de las avispas de los higos empezaron a depositar sus huevos en las flores de las higueras ancestrales. Eran inflorescencias que, según se estima, aún aparecían abiertas y, por ende, se encontraban aptas para ser polinizadas por distintos insectos”, dijo el investigador.  

Al cabo de al menos 65 millones de años de evolución, las inflorescencias de las higueras se convirtieron en envolturas cerradas con respecto al mundo exterior, en las cuales únicamente las avispas de los higos logran penetrar.

“Inicialmente, las avispas empezaron a parasitar a las higueras. Mediante algún mecanismo evolutivo desconocido, estas plantas terminaron cooptando el parasitismo de las avispas en su ciclo reproductivo”, dijo Palmieri Rocha. 

El ciclo de desarrollo de las flores de la higuera y de sus avispas comienza con la entrada de la avispa madre al interior del higo. “El higo es una urna que preserva y protege centenas de pequeñas flores. Y como las flores que conforman el higo se abren internamente, requieren de un proceso especial de polinización. No pueden depender del viento ni de las abejas para transportar su polen. Allí es cuando interviene la avispa de los higos”, dijo. 

En el interior del higo hay flores femeninas y masculinas que se desarrollan en momentos distintos. La fase A ocurre cuando las flores femeninas aún no están maduras. Poco tiempo después, esas flores femeninas maduran y quedan listas para ser fertilizadas. Es entonces cuando los higos se vuelven receptivos para albergar a las avispas y empiezan a exhalar una cantidad enorme de compuestos volátiles que ponen en marcha la fase B. 

“Son señales químicas que sirven para atraer únicamente a las avispas específicas que polinizan a las flores de esa especie de higuera. Todo está sincronizado”, dijo Palmieri Rocha.

El higo no está completamente cerrado. Existe en él un pequeño orificio, el ostiolo, que la avispa madre debe atravesar para tener acceso al interior del fruto. Al hacerlo, el insecto pierde sus alas y sus antenas se quiebran, de modo tal que una vez dentro, ya no podrá salir. Tras poner sus huevos, la avispa morirá. “La avispa de forzar su entrada a través del ostiolo. Y una vez que ingresado se vuelve más difícil que otras lo hagan, pero eso no es algo inusual”, añadió.

Acciones sincronizadas 

Una vez dentro del higo, la avispa madre depositará huevos en innumerables flores internas, pero no en todas. Al hacerlo, la misma fertiliza al mismo tiempo a las flores, con el polen que carga depositado en bolsas polínicas situadas debajo de las alas. Las flores en donde quedaron depositados los huevos se modifican para convertirse en estructuras endurecidas llamadas agallas. 

Empieza entonces la fase C, que se extenderá durante los siguientes dos o tres meses. Las flores polinizadas que no alojen huevos de avispas se transforman en semillas. En tanto, las flores que recibieron huevos y se modificaron en forma de agallas albergan en su interior larvas de avispas. 

La fase D se concreta al final del período de incubación de las larvas. Éste es también el momento en el cual las flores masculinas empiezan a ponerse maduras: entonces se abren y exponen las estructuras denominadas anteras en las cuales se ubica el polen. 

“La apertura de las flores masculinas se sincroniza con la conclusión del desarrollo de las avispas. Primero salen de las agallas las avispas machos, que no tienen alas y que tienen ojos pequeños, pero mandíbulas grandes y fuertes. Los machos se arrastran sobre las flores femeninas hasta localizar las agallas en donde se encuentran las avispas hembras, sus hermanas, que se encuentran listas para emerger. En ese momento los machos hacen uso de un pene telescópico que penetra y así fecundan a las hembras dentro de la agallas. Una vez hecho esto, los machos empiezan a usar sus mandíbulas para abrir agujeros en las paredes de los higos. Una vez que están abiertos esos orificios, los machos caen al suelo y se mueren”, dijo Palmieri Rocha.

La fase D culmina con la emergencia de las avispas hembras del interior de las agallas. “Al arrastrarse en dirección al agujero, pasan sobre las flores masculinas y recolectan en bolsas el polen con el cual polinizarán a otras higueras”, añadió el investigador. 

Una vez que han atravesado los orificios que cavaron sus hermanos fecundadores, las hembras se encuentran listas para volar en busca de otras higueras y recomenzar el ciclo. La fase E está relacionada con la dispersión de las semillas de las higueras. 

“Una higuera grande es capaz de producir más de un millón de higos en una florada. Los higos les sirven de alimento a monos, roedores, murciélagos, pecaríes y muchos otros animales. Casi todos los vertebrados de los bosques tienen higos en sus dietas. Al comerse los higos maduros que aún penden en las ramas o que ya han caído al suelo, los animales dispersarán las semillas en el medio ambiente a través de sus excrementos”, explicó Palmieri Rocha. 

La fase F

Aparte de las cinco fases del ciclo clásico de desarrollo de las higueras y las avispas tal como se lo ha venido estudiando desde hace 50 años, Palmieri Rocha propone una nueva fase. 

“La fase F es ecológica: no está relacionada directamente con el desarrollo de la higuera sino con su rol dentro del ciclo de desarrollo de otras decenas de especies de insectos, no con las avispas de los higos”, dijo el investigador.

“Hay una serie de organismos –insectos, ácaros y nematodos– que también logran parasitar a los higos. La mayor parte de estos parásitos son otras avispas de grupos hermanos de las avispas de los higos. Éstas logran insertar sus huevos dentro de los frutos sin cumplir el papel biológico de la polinización”, dijo Palmieri Rocha.

Las evidencias de la nueva fase F empezaron a surgir en el transcurso de años de observación. “Durante el estudio de la interacción entre las higueras y las avispas era común hallar larvas de otros bichos que no participaban en el ciclo de desarrollo. Esos higos quedaban al margen de la investigación y se los desechaba. En ciertos casos, había larvas casi del tamaño del higo que comían todo dentro de éste. Por eso decidimos investigar qué sucedía allí”, declaró Palmieri Rocha a Agência FAPESP

“Cuando esas larvas llegaban a la fase adulta, empezaban a salir de los higos podridos unos bichos que nadie conocía. En el artículo que ha salido publicado ahora describo 129 insectos de cinco órdenes y 24 familias diferentes, que no son avispas de los higos y que también interactúan con las higueras realizando funciones distintas”, dijo el investigador. 

Palmieri Rocha identificó 10 tipos de avispas (Hymenoptera), 39 tipos de moscas (Diptera), 46 tipos de escarabajos (Coleoptera), 17 de cigarras, chinches, pulgones y cochinillas (Hemiptera) y 18 de mariposas y polillas (Lepidoptera). 

Estos insectos pueden colonizar los higos en distintas fases del ciclo de desarrollo de las higueras, y algunos grupos dependen de los higos caídos para culminar sus ciclos de vida. De acuerdo con su rol en la ecología de la higuera y su potencial impacto en la reproducción de la misma, Palmieri Rocha dividió a estos insectos en dos categorías: intrusos precoces del higo y fauna de los higos caídos. 

Todos los tipos de insectos identificados tienen representantes en ambas categorías. La excepción está constituida por las 10 especies de avispas de tres familias hermanas de la familia de las avispas de los higos. Todas son intrusas precoces que depositan dentro de los higos sus huevos, de los cuales emergen larvas que compiten directamente con las larvas de las avispas de los higos por el alimento y por el espacio, o sencillamente se alimentan de éstas. Cuando concluyen su desarrollo y llegan a la fase adulta, salen de los higos.

En el artículo publicado, Palmieri Rocha describe distintas formas de intrusión precoz en los higos. Una de ellas es la de las moscas del género Lissocephala, que ponen sus huevos en el ostiolo en el momento en que entra en éste la avispa madre. Las larvas de la mosca migrarán hacia dentro del higo y se alimentarán de hongos y bacterias que la avispa introduce. Estas moscas culminan su desarrollo dentro de los higos y vuelan hacia los agujeros que cavaron las avispas machos.

Las mariposas y las polillas constituyen el grupo más agresivo entre los insectos en lo concerniente a los daños que provocan a los higos. Estas especies depositan sus huevos en su cáscara. Durante la fase C, sus larvas perforan la pared del higo y se alimentan indiscriminadamente de la pulpa, de las avispas y de las semillas. Las larvas de polillas y mariposas destruyen los higos y emergen para poder pupar en capullos en las ramas de la higuera.

Palmieri Rocha explica que en el caso de la fauna de los higos caídos, esta categoría comprende a una variedad de organismos que se alimentan de restos carnosos o de semillas de higos maduros no consumidos por los vertebrados frugíferos. Aprovechan así la ventana de oportunidad que crean los higos que se caen del árbol durante la fase F.

La fauna de los higos caídos, de la cual forman parte algunas hormigas, mariposas y chinches, está compuesta fundamentalmente por escarabajos que se alimentan de los restos de las frutas. Existen diversas formas a través de las cuales estos coleópteros se aprovechan del desarrollo de los higos. Algunos los colonizan aún en el árbol, durante el comienzo de la fase C. Sus larvas se desarrollan dentro de los higos y allí permanecen cuando los frutos maduros caen al piso. Recién entonces las larvas migran hacia el suelo, en donde excavan agujeros y pupan en el interior de capullos.

“Estos ejemplos suministran tan sólo un reflejo de una complejidad mucho mayor de interacciones. Además de las implicaciones evolutivas del mutualismo de la polinización, un factor adicional relacionado con el éxito de las alrededor de 750 especies de higueras es probablemente la fauna extremadamente diversificada de insectos asociados a los higos, tales como las especies de avispas no polinizadoras. La presión de dichas avispas parásitas habría constituido un importante factor de impulso de la diversificación de las diversas especies de higueras. Y sigue siéndolo actualmente”, dijo Palmieri Rocha. 

El artículo intitulado The role of non-fig-wasp insects on fig tree biology, with a proposal of the F phase (Fallen figs) (https://doi.org/10.1016/j.actao.2017.10.006), de Luciano Palmieri Rocha y Rodrigo Augusto Santinelo Pereira, se encuentra publicado en siguiente enlace: sciencedirect.com/science/article/pii/S1146609X17300395.  

Las diferencias en el ovipositor

Existen alrededor de 650 especies descritas de avispas de los higos, que pertenecen a su vez a diversas familias. Pero esta cantidad corresponde a menos de la mitad del número estimado de especies si se incluye a las avispas polinizadoras y a las parásitas no polinizadoras.

“Son avispas oportunistas que ponen sus huevos desde el lado de afuera del higo. Para ello se valen de una estructura denominada ovipositor, con la cual atraviesan la cáscara del higo e insertan el huevo dentro de una flor o de una agalla”, dijo Larissa Galante Elias, investigadora del Laboratorio de Interacción Insectos-Plantas de la FFCLRP.

En otro artículo publicado en la edición especial de Acta Oecologica, Galante Elias analiza las diferencias morfológicas de los ovipositores de distintas especies de avispas polinizadoras y no polinizadoras. Este estudio, dirigido por el profesor Santinelo Pereira, cuenta con el apoyo de la FAPESP

“En el transcurso de millones de años de evolución, el ovipositor fue se modificando para ir adquiriendo otras funciones. Lo mío es entender de qué manera las avispas logran cumplir tareas tan complejas y diferenciadas con el ovipositor, tales como poner huevos desde afuera de los higos y acertarle exactamente al interior de las flores, o poner los huevos dentro de las agallas, o incluso en la cáscara de los higos. En las avispas actuales vemos que el ovipositor cumple todas esas funciones”, dijo la investigadora. 

Galante Elias es la primera autora del artículo en donde analiza junto a otros investigadores de Brasil, Francia y China la variación morfológica de los ovipositores en 24 especies de avispas de los higos pertenecientes a nueve géneros distintos.

“El ovipositor es una estructura común a todas las especies de avispas, pero que es ligeramente distinta en cada una de ellas. Es sumamente delgado y muy largo, y puede ser hasta tres veces más grande que el cuerpo de la avispa”, dijo Galante Elias. 

Las avispas de los higos polinizadoras ponen sus huevos cuando las flores son jóvenes. Las flores de la higuera son todas aquéllas centenas de filamentos existentes en el interior de los higos que tienen en la base una estructura redonda. Cada flor que contiene una larva se transformará en una agalla. 

Las avispas parásitas ponen sus huevos al mismo tiempo que las polinizadoras, o algo más tarde, cuando las larvas se encuentran en pleno desarrollo dentro de las agallas. “Pueden parasitar centenas de agallas, pero depositarán un solo huevo en cada agalla. Sus larvas se alimentarán de las otras larvas preexistentes”, explicó Galante Elias.

En su trabajo, la investigadora realizó un análisis que comprendió la reconstrucción de estados ancestrales. Dicho análisis permite la interpretación de la evolución de diversos caracteres morfológicos, ecológicos y conductuales en la evolución de un determinado grupo de organismos.

“El ovipositor tiene en su extremo estructuras análogas a dientes. Me di cuenta de que la morfología de esos dientes variaba mucho. Decidí entonces investigar si esas estructuras varían entre las diversas avispas, dependiendo de la fase del ciclo de desarrollo del higo en la cual los insectos ponen su huevos: si es cuando los higos son jóvenes o cuando ya se han formado las agallas, por ejemplo”, dijo. 

Se tomaron muestras de 24 especies pertenecientes a los principales clados (agrupamientos con un antepasado común) de agaónidos, con representantes de todos los géneros descritos de avispas no polinizadoras de la familia. Había especies de Brasil, Australia, China, Laos, Senegal, Indonesia, Camerún, la India y de las Islas Salomón, algunas recolectadas en campo, otras obtenidas en la colección de Jean Yves Rasplus, del Centre de Biologie pour la Gestion des Populations del Institut National de la Recherche Agronomique (INRA), en Francia.  

En un estereomicroscopio, Galante Elias realizó una serie de mediciones del cuerpo y de los ovipositores de entre 10 y 20 ejemplares de cada especie. Se analizaron caracteres relacionados con los dientes de los ovipositores con respecto a su potencial rol en la perforación y en el anclaje de los mismos para permitir su movimiento por el sustrato de los higos.

“Me di cuenta de que la distancia entre los dientes del ovipositor se relaciona con lo que la avispa está haciendo. Los dientes pueden estar más espaciados o más cerca unos de otros”, dijo. 

Los insectos que Galante Elias estudió pertenecen a grupos ecológicos distintos. A las avispas que insertan sus huevos perforando la cáscara de los higos con sus ovipositores cuando los higos son jóvenes –y que depositarán huevos dentro de las flores– se las denomina agalladoras, pues la inserción de los huevos estimulará el desarrollo de las agallas. “Descubrimos que en el caso de las avispas agalladoras, los dientes de los ovipositores se encuentran más cerca”, dijo la investigadora. 

En otro grupo se ubican las avispas que desde la cáscara de los higos se valen de sus ovipositores para insertar los huevos dentro de las agallas. Son las avispas parasitoides, que parasitan las agallas. “En estos casos, los dientes tienen formas irregulares y se encuentran más espaciados”, añadió. 

“El resultado del análisis de reconstrucción de estados ancestrales sugiere que la avispa ancestral de las avispas agaónidas tenía el ovipositor adaptado para poner huevos en las flores jóvenes”, dijo Galante Elias. En otras palabras, el ovipositor se fue adaptando para insertar huevos en la fase de la agalla posteriormente, en el transcurso de millones de años, para erigirse en una herramienta de la diversificación del grupo. 

“Es interesante contar con este nuevo método de identificación del tipo de avispa de los higos mediante el análisis de los ovipositores, pues deja de existir la necesidad de realizar un seguimiento del ciclo completo de desarrollo del higo para saber cuál avispa está realizando una determinada acción en un determinado contexto de interacciones”, dijo Galante Elias. 

El artículo intitulado Ovipositor morphology correlates with life history evolution in agaonid fig wasps (doi: https://doi.org/10.1016/j.actao.2017.10.007), de Larissa Galante Elias, Finn Kjellberg, Fernando Henrique Antoniolli Farache, Eduardo A.B. Almeida, Jean-Yves Rasplus, Astrid Cruaud, Yan-Qiong Peng, Da-Rong Yang y Rodrigo Augusto Santinelo Pereira, se encuentra publicado en el siguiente enlace: sciencedirect.com/science/article/pii/S1146609X17300358.  

Y la edición especial con los cuatro artículos de científicos brasileños está disponible en: sciencedirect.com/journal/acta-oecologica/vol/90/suppl/C

 

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