Hay plantas como la menta, el cilantro, la albahaca o el orégano que inevitablemente asociamos con su olor. A través de sus hojas, flores, frutos y raíces las plantas liberan todo el tiempo una mezcla de compuestos orgánicos volátiles llamada ‘emisión constitutiva’.
Este olor puede cambiar por factores como la intensidad de la luz, la temperatura o incluso por el ataque de insectos herbívoros que tienen en su saliva moléculas que activan genes y rutas de síntesis en las plantas, lo que ocasiona un incremento en la emisión o la liberación de nuevos compuestos, fenómeno que se conoce como ‘emisión inducida’.
Los volátiles emitidos por las plantas constituyen señales químicas que controlan las relaciones entre organismos. Quizá el ejemplo más familiar es la atracción de insectos polinizadores hacia el aroma de las flores, sin embargo los compuestos volátiles participan en interacciones todavía más complejas que son el objeto de estudio de la Ecología Química.
Atracción de herbívoros
La emisión constitutiva sirve a los herbívoros para encontrar su fuente de alimento. En algunos casos la mezcla emitida por la planta hospedera puede ser muy compleja, por ejemplo en la atracción del pulgón negro de las habas Aphis fabae participan hasta 16 compuestos.
Los volátiles en la resina de las coníferas resultan atractivos para insectos descortezadores como el escarabajo Scolytus ventralis, el cual es capaz de distinguir el olor de su hospedero el abeto gigante (Abies grandis) del olor del abeto alpino (Abies lasiocarpa) (Figura 1). Posteriormente al ataque del escarabajo, los volátiles inducidos y las feromonas de agregación atraen a más insectos y ocurre un ataque masivo que suele matar al árbol.
Un fenómeno similar ocurre con las plantas de maíz dañadas por el gusano cogollero del maíz (Spodoptera frugiperda). Los volátiles inducidos, en particular el linalol, atraen a más orugas de esta misma especie.
Repelencia a los competidores
A su vez, la emisión inducida de volátiles puede desalentar el ataque de herbívoros de otra especie sobre la misma planta. Las plantas de maíz inducidas con la saliva de orugas emiten (E)-β farneseno, que repele el ataque de los áfidos.
Otro compuesto volátil producido después del daño por herbívoros es la cis-jasmona. Si se asperjan cultivos de trigo con esta sustancia, se vuelven menos atractivos para los áfidos de la especie Sitobion avenae, pero son más atractivos para dos enemigos naturales de los áfidos: la mariquita de siete puntos (Coccinella septempunctata) y la avispa parasitoide Aphidius ervi (Figura 2).
Las polillas de Heliothis virescens evitan depositar sus huevecillos en plantas de tabaco atacadas por su misma especie o en plantas próximas a éstas. De esta manera pueden evitar la competencia para su descendencia y a los posibles enemigos naturales que serían atraídos por los volátiles inducidos.
Atracción de depredadores y parasitoides
Los enemigos de los herbívoros son capaces de detectar las diferencias entre la emisión constitutiva e inducida de las plantas y utilizan estas señales para guiarse hacia sus víctimas. Los ácaros depredadores como Phytoseiulus persimilis, precisamente ubican a su presa, los ácaros araña roja (Tetranychus urticae), por la emisión de volátiles inducida en plantas de frijol Lima (Phaseolus lunatus).
Por su parte, las hembras de muchas especies de avispitas parasitoides son atraídas hacia los volátiles inducidos por la herbivoría y así encuentran una oruga en la cual depositar sus huevecillos. Algo sorprendente es que los parasitoides pueden aprender a detectar a su hospedero a pesar de que éste se alimente de distintas especies de plantas y, por lo tanto, induzca diferentes mezclas de volátiles.
Inducción de plantas vecinas
Los volátiles inducidos que libera una planta dañada pueden ser percibidos por las plantas sanas circundantes que, como respuesta, activan sus mecanismos de defensa y responden más rápidamente al ser atacadas por herbívoros. Esto ocurre en árboles como el sauce (Salix sitchensis) o los alisos (Alnus sp.) pero también en plantas herbáceas como el jitomate o el tabaco (Figura 3).
La inducción puede ocurrir entre plantas de la misma especie o incluso entre especies diferentes. Las plantas inducidas suelen defenderse de los herbívoros a través de la emisión de volátiles repelentes, la acumulación de inhibidores de enzimas digestivas, y la activación de genes relacionados con la defensa.
Comunicación bajo tierra
Un aspecto notable es que las raíces dañadas emiten volátiles que pueden desplazarse a través del suelo. Las plantas de maíz atacadas por el gusano de la raíz del maíz (Diabrotica virgifera) liberan el compuesto beta-Cariofileno, el cual funciona como una señal que atrae a más larvas de esta plaga. Sin embargo, ese mismo compuesto es también altamente atractivo para nemátodos que matan a Diabrotica (Figura 4).
Perspectivas de aplicación
La comunicación química de las plantas es un área que ofrece la oportunidad de desarrollar herramientas útiles en el control de plagas. Por una parte se pueden desarrollar trampas que simulen el olor de las plantas hospederas y atraigan a los herbívoros. Otra opción consiste en instalar dispensadores de volátiles repelentes para plagas particulares. Una alternativa que no requiere del desarrollo de tecnología es el sistema Push-Pull, que consiste en sembrar plantas químicamente repelentes dentro de los cultivos y plantas con olores atractivos fuera de los cultivos. Este sistema ha tenido éxito en cultivos de maíz y sorgo en África.
En algunas plantas cultivadas, la selección aplicada durante su domesticación ha generado variedades cuya emisión de volátiles es pobre o nula. Afortunadamente, las herramientas actuales de modificación genética podrían reestablecer esta característica e incluso permitirían desarrollar variedades que atraigan a los enemigos de los herbívoros de manera más eficiente.
Saber Más
Bautista-Lozada, A., Bravo-Monzón, A.E. y Espinosa-García, FJ. 2012. Importancia ecologica de la emisión de compuestos volatiles vegetales, En: Rojas, J.C., Malo, E.A. (Eds.), Temas selectos en ecología química de insectos. El Colegio de la Frontera Sur, México, pp. 268-286.
https://www.researchgate.net/publication/233408403_Importancia_Ecologica_de_la_Emision_de_Compuestos_Volatiles_Vegetales
Rodríguez-Saona, C., 2012. La ecología química de interacciones tri-tróficas, En: Rojas, J.C., Malo, E.A. (Eds.), Temas selectos en ecología química de insectos. El Colegio de la Frontera Sur, México, pp. 315-341.
http://pemaruccicenter.rutgers.edu/assets/PDF/publications/13-La_Ecolog%C3%ADa_Qu%C3%ADmica_de_Interacciones_Tri-Tr%C3%B3ficas.pdf
Dr. Ángel Eliezer Bravo-Monzón, Doctor en Ciencias Biológicas y profesor en la Escuela Nacional de Estudios Superiores Unidad Morelia de la UNAM. Estudio la variación en los compuestos químicos secundarios producidos por plantas y su papel en la interacción con insectos herbívoros. El propósito es comprender la distribución geográfica de la diversidad química y genética para determinar áreas donde podamos encontrar plantas resistentes a plagas, y enemigos naturales con potencial para ser agentes de control biológico.
Dr. Juan Cibrián Tovar, Entomólogo del Colegio de Postgraduados (Campus Montecillo), con especialidad en Ecología Química de Insectos. Es Biólogo por la Facultad de Ciencias de la Universidad Nacional Autónoma de México, Maestro en Ciencias en Entomología y Acarología por el Colegio de Postgraduados y Doctor en Ciencias en Entomología por la Universidad de Florida (EEUU).