¿probar un aminoácido se relaciona con la selección del néctar?

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Comunicaciones rápidas
¿PROBAR UN AMINOÁCIDO SE RELACIONA CON LA
SELECCIÓN DEL NÉCTAR? 1
Carlos De Gracia*, Instituto de Investigaciones tropicales Smithsonian† y Grupo
científico universitario Charles Darwin
Juan Martínez, Grupo científico universitario Charles Darwin
* Correspondencia a:
Carlos De Gracia
Grupo científico universitario Charles Darwin
Universidad de Panamá
Ciudad Univ. Dr. Octavio Méndez Pereira
El Cangrejo Panamá, Panamá
Teléfono: (00507) 6547-1065
Email: [email protected]
†
Instituto de investigaciones tropicales Smithsonian, Balboa, Ancón, Ciudad de Panamá, República de
Panamá
1
Manuscrito recibido: 07.Jul.2008; revisión aceptada: 07.Ene.2009.
__________
Las mariposas (Lepidóptera) son
insectos que se alimentan especialmente
del néctar de las plantas (Scoble 1992,
Jervis y Boggs 2005). Las plantas
ofrecen masa química y energía
mediante el néctar o por exceso de
polen a los visitantes (Watt et al. 1974).
Así, el polen es transportado a largas
distancias en periodos cortos por las
mariposas (Endress 1994). Esta relación
favorece la dispersión de gametos entre
poblaciones vegetales separadas (Watt
et al. 1974). Sin embargo, estas
interacciones no ocurren al azar, sino
que a medida que varían los
requerimientos nutricionales de cada
especie, la selección de los néctares se
hace más complicada (Jervis y Boggs
2005). Los néctares -sin embargo, están
dados de manera que se beneficien solo
los polinizadores más eficientes
(Endress 1994).
Se había creído que los néctares
eran una mezcla simple de azúcares en
agua como: sucrosa, glucosa y fructosa
(Heinrich 1975). Sin embargo, se han
identificado otros carbohidratos (Baker
y Baker 1981), ácidos orgánicos (Baker
y Baker 1975) y aminoácidos (Baker y
Baker 1973). Actualmente se conoce
que el segundo componente más
importante del néctar son los
aminoácidos (Gardener y Gillman
2001). Los cuales guardan relación
directa con la nutrición del polinizador
funcionando como atrayentes (Lanza y
Krauss 1984, Blüthgen y Fiedler 2004,
Carter et al. 2006).
De los 20 aminoácidos naturales,
los más abundantes en los néctares
florales son: alanina, arginina, serina,
prolina, glicina, isoleucina treonina y
valina (Baker y Baker 1973). Pero de
todos, la prolina es importante pues su
14
Acta Biologica Panamensis Vol.1, 14-21
costo de producción es alto (Carter et al.
2006). Pese a ello, en algunas flores se
han reportado niveles elevados de
prolina (Lanza 1998).
Debido a la gran variación de los
patrones de alimentación dentro de los
lepidópteros, se ha propuesto la idea de
que estos insectos, tienen la necesidad
de obtener compuestos con abundante
nitrógeno (como los aminoácidos) para
complementar su dieta (Baker y Baker
1973, Ray y Andrews 1980, Jervis y
Boggs 2005). La presencia de estos
complementos en los néctares florales,
puede significar un suministro directo
de nitrógeno y nutrientes limitantes para
las mariposas (Watt et al. 1974).
Sin embargo, no todas las
mariposas prefieren néctares ricos en
aminoácidos. En algunas especies las
hembras prefieren néctares con
aminoácidos y los machos simplemente
no se especializan en la selección.
(Erhardt y Rusterholz 1998). Por
ejemplo, en especies como Batus
philenor y Ornitophtera piranus
poseidon (Papilionidae) no hay
discriminación entre néctares con y sin
aminoácidos (Erhardt 1991, 1992). La
inconsistencia entre todos estos
resultados no permite ninguna
generalización acerca de la preferencia
de los néctares dentro de algún grupo de
mariposas. Adicionalmente, las
posiciones de los especialistas son
conservadoras: ellos argumentan que la
alimentación con néctar solo sirve para
reponer las reservas de energía (Howe
1975, Opler y Krizek 1984, Erhard
1992). Al contrario, las especies que
pueden probar los aminoácidos
muestran una necesidad adicional de
nitrógeno debido a que este es utilizado
para la producción del espermatóforo en
los machos (Boggs y Gilbert 1979,
Marshal 1982) y para transferir
nutrientes a la hembra durante el
apareamiento (Boggs y Gilbert 1979,
Alm et al. 1990).
La selección de los néctares
florales por las mariposas es un tema
poco estudiado actualmente. En el caso
de las Heliconiinae (Nymphalidae) no
se sabe aún, si los componentes del
néctar influyen su visita hacia las flores.
Por otra parte, las plantas pierden
mucha energía colocando aminoácidos
en el néctar y en el polen. Pero esto no
necesariamente es un desperdicio
porque el nitrógeno es necesario para
que las mariposas sobrevivan y
optimicen su reproducción. Pese a ello
existen pocos estudios que traten de
probar si esta hipótesis es cierta.
Con el fin de hallar una
respuesta a la hipótesis antedicha,
preparamos soluciones cuyo contendido
de azúcar es igual al néctar de Lantana
camara L. (Verbenaceae, fig.1a) con
base en Alm et al. (1990) y Erhard y
Rusterholz (1998). Las flores de L.
camara son muy preferidas por H. erato
(Corrêa et al. 2001). Usamos solo los
aminoácidos arginina, glicina y prolina
de la receta de Alm et al. (1990) como
complementos. Preparamos tres
néctares a los cuales solo variamos la
concentración de prolina.
15
Figura 1. Flores de Lantana camara L. (A) Flores reales, (B) flores artificiales (vista superior) y (C)
vista lateral.
Se obtuvieron 6 ejemplares de
H. erato petiverana previamente criados
en el mariposario de la estación
biológica del Instituto Smithsonian de
Investigaciones Tropicales en Gamboa,
Canal de Panamá (9° 7'10.99"N y
79°42'5.23"O). Allí colocamos los
ejemplares simultáneamente dentro de
una jaula de 1.5 m x 1.0 m x 1.0 m.
Se preparó una imitación del
néctar de L. camara que contenía 37.44
g de sucrosa, 11.4 g de fructosa, 11.16 g
de glucosa, 35.6 mg de glicina y 6.40
mg de arginina por cada 200 mL de
agua destilada (Alm et al. 1990; Erhard
y Rusterholz 1998). Esta solución se
tomó como control (solución sin
prolina). Se hizo una segunda solución
siguiendo el mismo procedimiento pero
agregando 51.2 mg de prolina. Así, la
segunda solución tenía una
concentración de prolina de
aproximadamente 2.66 mM). A partir
de estas dos diluciones se prepararon
100 mL de un tercer “néctar” con los
mismos aminoácidos, pero con una
concentración de 0.02 mM de prolina.
Usamos tres aminoácidos por las
siguientes razones: (1) la prolina es
abundante en la hemolinfa de muchos
insectos y es metabolizada para obtener
energía (Auerswald et al. 1998; Micheu
et al. 2000; Carter et al.
2006). También (2) la arginina y la
glicina son muy abundantes en el néctar
de L. camara (Alm et al. 1990; Erhardt
y Rusterholz 1998) y la proporción de
estos en muchas especies de plantas
puede sobrepasar el 90% (Baker et al.
1978).
Se construyeron seis flores
artificiales (dos para cada solución) con
vasos plásticos transparentes de 29.6
mL, a los cuales se les insertaron
popotes de colores rojo y amarillo
(cortados a la medida del borde de los
vasitos, fig. 1b-c). Se usaron vasitos
transparentes para que no interfirieran
con la coloración de los popotes.
Cuando se terminaron de construir se
reconoció un círculo central (de color
amarillo) rodeado por otro de mayor
tamaño (de color rojo).
Se colocaron las dentro de la
jaula. Las 6 flores artificiales fueron
rotuladas con etiquetas (0.3 x 7.0 cm)
de colores: rojo, verde y azul que nos
sirvieron como guía sin descuidar
nuestras observaciones de cada
mariposa, especialmente porque la
distancia entre cada observador y la
jaula era de aproximadamente dos
metros. Cada color indicó una solución
de “néctar” diferente. Las etiquetas
16
fueron colocadas en la base de los vasos
para evitar que interfirieran con los
colores de los popotes. Para “engañar” a
las mariposas evitando que
seleccionaran a cada “flor” por el color
su etiqueta, estas fueron cambiadas
diariamente de vasito de manera
aleatoria durante los tres días que duró
el experimento. Se hizo otra
aleatorización para agrupar los tres
pares de flores y casi nunca hubo dos
“flores” con una misma concentración
de prolina en el mismo par. Para evitar
que las mariposas memorizaran la
posición de las “flores”, cada soporte
que sostenía a los pares de estas fue
cambiado diariamente de posición
dentro de la jaula. Tales cambios de
fueron falsamente aleatorizados al
definir arbitrariamente cada nuevo
posicionamiento dentro de alturas entre
0.7 y 1.0 m.. Cada día se tomaron los
datos dos veces: un primer intervalo que
fue de 2 horas y 30 minutos iniciando a
las 10:00 am, y un segundo intervalo de
1 hora y 30 minutos iniciando a las 2:00
pmdurante tres días consecutivos.
Para el análisis estadístico
usamos como variable de respuesta al
tiempo (segundos) que duró cada visita
a cualquiera de las dos flores artificiales
de cada solución. El tiempo fue medido
desde que el insecto introdujo su
proboscis a la solución hasta el
momento en que la retiró. Los datos que
sobrepasaron los 100 segundos no
fueron usados, suponiendo que estos se
debían a que el insecto se encontraba
hambriento. La prueba estadística
utilizada fue un análisis de varianza
simple (ANOVA) para datos
desbalanceados. Posteriormente para
determinar cual “néctar” fue el preferido
por H. erato ptetiverana se realizó un
test de Duncan. Juntas, las dos flores
artificiales control (sin prolina) fueron
visitadas 20 veces durante los tres días
que duró el experimento. Las dos flores
con prolina 2.66mM fueron visitadas 14
veces. Por último, las dos flores con
prolina 0.02mM juntas fueron visitadas
19 veces todo lo cual suma 53 visitas.
Las visitas a las flores sin
prolina duraron en promedio 34.18s (EE
= 0.10) y esto fue significativamente
más que lo que duraron las visitas a las
flores con prolina al 2.66mM (promedio
= 2.15s, EE= 0.07) y al 0.02mM
(promedio = 2.10s, EE= 0.09; ANOVA,
F5,.52 = 7.05, P < 0.003, Fig. 2).
Figura 2. Tiempo de duración de las visitas
de seis mariposas a flores artificiales de
Lantana camara L. con concentraciones
diferentes de prolina (dos flores artificiales por
cada concentración). Número de visitas: sin
prolina n= 20, prolina al 2.66mM n= 14; prolina
al 0.02mM n= 19. ANOVA de una vía, F5,52 =
7.05, P < 0.003.
17
Se podría pensar que los colores
de las etiquetas pudieron afectar
nuestros resultados. Consideramos que
esto es muy improbable porque el vaso
de color transparente toma el color de
los popotes rojos, por lo que pensamos
que las etiquetas no ejerce ningún
efecto. También la redistribución
aleatoria de las etiquetas y las flores
artificiales en la jaula se hizo
precisamente para impedir los sesgos
potenciales debidos al color de las
etiquetas, forzando a que las mariposas
probaran primero el contenido de cada
flor artificial antes de decidir si
continuaban consumiéndolo.
Nuestros resultados indican que
las mariposas detectaron la presencia de
prolina en los néctares artificiales. Se ha
propuesto que la prolina es el único
aminoácido que los insectos son
capaces de paladear (Shiraishi y
Kuwabara 1970, Hansen et al. 1998,
Wacht et al. 2000). Sin embargo,
ninguno de nuestros néctares con
prolina fue el preferido, sino el néctar
control (sin prolina). La prolina es un
aminoácido con un costo de producción
muy alto para las plantas (Carter et al.
2006). Es un sustrato muy importante
utilizado para generar energía durante
las etapas iniciales del vuelo de las
mariposas (Auerwald et al. 1998,
Micheu et al. 2000, Carter et al. 2006),
además de que abunda en la hemolinfa
de insectos como abejas y escarabajos
(Pachnoda sinuata) (Auerswald et al.
1998, Carter et al. 2006). Pero en este
estudio, H. erato ptetiverana no
seleccionó el néctar con prolina
2.66mM. Esta concentración,
paradójicamente se encuentra entre las
preferidas por abejas mieleras (Carter et
al. 2006). Por eso es sorprendente
que nuestras mariposas no hayan
preferido a la prolina.
Los efectos de distintos
aminoácidos sobre otros insectos
pueden explicar nuestros resultados.
Los aminoácidos han sido clasificados
en tres categorías por Shiraishi y
Kuwabra (1970) según el efecto que
tienen sobre las células
quimiocensoriales de las moscas
Boettcherisca peregrina y Phormia
regina. Según la clasificación, la prolina
es clase III (estimulante de las células
quimioreceptoras de la sal).
Adicionalmente el complemento
arginina es clase II (inhibidor general de
las células quimiosensoriales) y la
glicina clase I (no tiene efecto).
Así, la “no selección” de la
prolina en nuestras mariposas puede
acreditarse a las siguientes alternativas:
(1) las mariposas seleccionaron solo
azúcares, (2) la prolina no es de sabor
agradable por el efecto categoría III, ó
bien (3) les gusta el sabor de la glicina,
la arginina que agregamos a nuestras
soluciones o de ambos. De todas
formas, no podemos asegurar que los
aminoácidos tengan en las mariposas, el
mismo efecto quimiorreceptor que en
las moscas.
Por otra parte es probable que la
prolina no ejerza ninguna función
metabólica para H. erato petiverana,
contrario a lo que ocurre en escarabajos
(Auerwald et al. 1998) y abejas mieleras
(Carter et al. 2006); o que el polen sea
su principal fuente de prolina (De Vries
1987). Esta idea se acredita al hecho de
que entre las mariposas, las
Heliconiinae son las únicas que
colectan polen de manera voluntaria
18
para su dieta (Penz y Krenn 2000). El
polen contiene hasta un 70% de prolina
libre (Zhang et al. 1982). Por último no
esta claro si la “no selección” de prolina
en este experimento guarda relación con
algún mecanismo para reducir la
competencia entre abejas y mariposas.
Faltarán muchos estudios adicionales
sobre adaptaciones florales a los
polinizadores para encontrar estas
respuestas.
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Félix Rodríguez y Moisés Flores
(Instituto Smithsonian de Investigaciones
Tropicales) nos facilitaron la mayor parte
de los azúcares, aminoácidos, especímenes
y ayuda con las flores artificiales. Los
profesores Adolfo Sauri del Departamento
de Bioquímica de la Universidad de
Panamá y Franklin Vergara (Laboratorio de
Genética de la Universidad de Panamá) nos
suministraron fructosa y la prolina. Anyuri
Gonzalez (estudiante de biología) por su
apoyo en la toma de datos.
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¿probar un aminoácido se relaciona con la selección del néctar?

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