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Capacidad de aprendizaje de los insectos

Asociación de organismos y control biológico

César Basso22/07/2003

"Los antecedentes de la práctica del control biológico se remontan a la historia milenaria, probablemente los citricultores chinos que compraban y colocaban nidos de una hormiga predatora en árboles de mandarinas a fin de reducir el número de insectos que se alimentaban de su follaje". Con esta frase comienza este artículo de C. Basso, docente de Entomología de la Facultad de Agronomía de Uruguay.

El libro "Enemigos naturales como
reguladores de poblaciones de
insectos", editado por César Basso y
Adela Ribeiro puede solicitarse en
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Los antecedentes de la práctica del control biológico se remontan a la historia milenaria, probablemente de los citricultores chinos que compraban y colocaban nidos de una hormiga predatora en árboles de mandarinas a fin de reducir el número de insectos que se alimentaban de su follaje. Sin embargo, las investigaciones y los análisis del tema no cesan de progresar bajo ópticas muy variadas, entre las que se encuentra un enfoque evolutivo de la asociación de los organismos.


1) Las asociaciones de la vida
Es posible calcular que 2 mil millones de especies han existido desde el origen de la vida en nuestro Planeta, aproximadamente 3.5 mil millones de años atrás. Ubicado en el marco de la evolución biológica, este conjunto de especies puede ser representado por un inmenso árbol, en el cual cada nudo corresponde a una especiación, es decir la separación de una especie madre en dos especies hijas. Este árbol puede ser interpretado en términos de información.

Cada ser viviente, desde el más primitivo hasta el más evolucionado, está construido sobre la base de una información, llamada genotipo, llevada por moléculas de ácido nucleico. Estos permiten, por su estructura, escribir el plan de un número casi infinito de proteínas que darán lugar, impulsado por cascadas de interacciones, a la síntesis de otras moléculas y finalmente a la construcción de un organismo, llamado fenotipo.

Cuando dos especies-hijas se diferencian a partir de una especie ancestral y cesan de ser ínterfecundas, la información correspondiente a cada una de esas dos especies se aísla una de la otra, tal como ramas de una árbol. Si bien esto es cierto para la mayoría de los casos, no lo es para todos, y pueden formarse asociaciones entre dos organismos que siguieron rutas separadas (a veces por mucho tiempo) en el curso de la evolución. Como regla general, uno de los dos organismos asociados utiliza al otro no solamente como hábitat sino también como fuente de alimentación. El organismo-habitante es el parásito -entendiendo por tal a los parásitos verdaderos (caso tenias), los parasitoides (que incluyen a los insectos) y los patógenos- y el organismo-habitado es el hospedero, en lo que constituye en general una relación asimétrica conocida como "parasitismo". No obstante esta situación, los estudios sobre asociaciones descubren cada vez más ejemplos en las cuales
existen diversos grados de reciprocidad en los intercambios de recursos, y dan lugar a relaciones que se denominan "mutualistas". En estos casos, el beneficio neto de cada asociado es un balance entre los "costos brutos" y "beneficios brutos" generados por la asociación.

Cualquiera sea el caso, parasitismo o mutualismo, la información genética de una y de otra especie pueden interactuar entre ellas de dos manera: 1) cada una participa en diversos grados a la realización del fenotipo de la otra, es decir extendiendo su expresión sobre el fenotipo de la especie asociada (cruzamiento de información) o 2) llevar la interacción más lejos intercambiando secuencias de ADN (intercambio de información). A nivel de los insectos se presenta la primera situación cuando, por ejemplo, se forman agallas en los vegetales (que no son más que una multiplicación de células en la especie hospedera provocada por la alimentación de la especie asociada), que proporcionan protección y alimento al organismo-habitante que consume la agalla por dentro.

2) La "carrera armamentística"
El estudio de las asociaciones de lo viviente debe ser ubicado bajo una perspectiva evolutiva moderna, es decir aquella del darwinismo tal como ha sido remodelada a lo largo del siglo XX y finalmente iluminada por los descubrimientos de la biología molecular. En estas condiciones es necesario recordar que la evolución está condicionada por el éxito reproductivo de los individuos (o de las poblaciones), generalmente conocido bajo la palabra inglesa "fitness". Bajo esta perspectiva, la selección natural es un proceso de optimización que tiende a maximizar la eficacia con la cual los genes son transmitidos a las generaciones futuras en su interacción con el ambiente.

Si esa definición la referimos a la relación hospedero-parásito surge que los hospederos que trasmiten mejor sus genes a la generación siguiente son aquellos que mejor se defienden de los parásitos; al tiempo que los parásitos que transmiten mejor sus genes son los que explotan mejor a los hospederos. En consecuencia, aceptando que la realidad es menos simple, podremos mantener como esquema de base que bajo presiones selectivas recíprocas, los hospederos seleccionan las mejores parásitos y los parásitos seleccionan los mejores hospederos.

Desde el punto de vista evolutivo, entonces, cuatro procesos gobiernan la relación de organismos en este tipo de asociación que se expresa por medio de adaptaciones, las cuales son sensibles a la selección: 1) Encontrar: hay una selección de genes en el parásito que favorece el encuentro del hospedero potencial; 2) Evitar: hay una selección de genes en el hospedero que evita ese mismo encuentro; 3) Matar: hay una selección de genes en el hospedero para atacar al parásito instalado, 4) Vivir: hay una selección de genes en el parásito que le permite resistir a los ataques de los sistemas inmunitarios. De estos procesos surge lo que puede entenderse como una "carrera armamentística", expresión que evoca las presiones selectivas recíprocas que la especie-parásita y la especie-hospedera ejercen la una sobre la otra a lo largo de muy largos períodos de tiempo que pueden llegar a millones de años. En esta "carrera", cuanto mayor es el éxito del parásito en su conquista del hospedero, mayores son las presiones que el mismo ejerce sobre éste, y mayor, por consecuencia, será la selección de adaptaciones en el hospedero que permiten evitar la acción del parásito. Y, en la medida en que el hospedero se vuelve más eficaz para evitar al parásito, este último no sobrevive que si la renovación de su diversidad genética permite que sean seleccionadas nuevas armas para actuar sobre el hospedero.

3) El control biológico como "encuentro" entre especies
Si de algo no quedan dudas es que el ser humano ha modificado y modifica como ningún otro ser viviente la faz del Planeta y, como una de las consecuencias de esta acción, la variación de las relaciones de los organismos que co-evolucionaron a lo largo del tiempo. Este fenómeno se ha producido con el desarrollo de las civilizaciones, y más particularmente con la agricultura. Ocurre, por ejemplo, cuando se traslada voluntaria o involuntariamente organismos de un lugar a otro, introduciéndolos en un ambiente en el cual no estaban, y en especial cuando se utilizan algunos organismos (denominados enemigos naturales) para controlar a otros que causan efectos perjudiciales para el hombre (denominados plagas), en lo que se entiende como control biológico.

Probablemente, nadie sabe con exactitud cuando fue la primera vez que alguien se dio cuenta que existían insectos que se alimentaban de otros insectos, y parece razonable creer que el ser humano haya relacionado estos hábitos con una posible solución a sus problemas de plagas recién cuando la agricultura alcanzó un desarrollo relativamente avanzado. Ninguna de las numerosas definiciones que se han propuesto con relación al control biológico parece satisfactoria debido a que el término ha sido usado con significados diferentes. Algunas presentan un alcance fundamentalmente ecológico para describir los resultados de la acción de los enemigos naturales, otras para cubrir con este término actividades en las que el ser humano está involucrado. En el primero de los casos, control biológico sería una fase del control natural que incluiría la acción de parásitos, parasitoides, predatores o patógenos para mantener la densidad de población de otro organismo a un promedio más bajo que el que existiría en su ausencia, en el segundo, presentaría una perspectiva utilitaria. En este último caso es, entonces, un término antropocéntrico, que incluye como concepto subyacente la acción, generalmente de alimentación, de un organismo de un nivel trófico superior que puede reducir la población de otro organismo perteneciente a un nivel trófico inferior a un punto donde no cause daños económicos para el hombre.
En la aplicación del control biológico puede recurrirse a diferentes técnicas, las cuales afectarán de distinta manera la relación entre los organismos, y la propia estructura de sus poblaciones. Una de las posibles clasificaciones es la siguiente:

  • Conservación
    Cuando se supone que la asociación entre dos organismos existe naturalmente, pero que diversos factores han actuado para que la regulación de una sobre la otra no se produzca a los niveles deseados, la conservación incluye técnicas dirigidas a identificar y rectificar las influencias negativas que afectan al organismo-parásito (enemigo natural) para regular al organismo-hospedero (plaga). El control biológico a través de la conservación se dirige fundamentalmente a potenciar las asociaciones existentes entre los organismos, asumiendo que especies benéficas ya existen localmente y que tienen el potencial de regular a las especies plaga si se les brinda la oportunidad de hacerlo, fundamentalmente mejorando las condiciones que brindan los cultivos agrícolas (u otros sitios) como hábitat para los primeros. Esta afirmación es probablemente cierta para muchas pero no todas las plagas indígenas (nativas) donde las asociaciones entre los organismos pudo haberse generado con el tiempo, mientras que ello generalmente ocurre con plagas de origen exógeno (introducidas) solo si antes se ha realizado la introducción de los enemigos naturales apropiados.

  • Introducción de nuevos enemigos naturales
    En muchas áreas, las especies exóticas o introducidas comprenden una alta proporción de las plagas principales. Se trata de individuos que han invadido ecosistemas geográficos o ecológicamente aislados del ecosistema en el cual habían evolucionado. La mayor parte de estos casos incluyeron especies trasladadas inadvertidamente en el comercio, mientras que las malezas han a menudo sido introducidas intencionalmente en nuevas áreas como plantas ornamentales. Cuando tales organismos inmigrantes encontraron un ambiente climático o edáfico favorable en el cual había abundancia de alimento y espacio, comúnmente incrementaron su población hasta la capacidad de carga de dicho ambiente. Tales incrementos explosivos de los organismos invasores se explican como resultado de escapes de la regulación impuesta en los ecosistemas nativos por organismos asociados, altamente adaptados para utilizarlos como fuentes de recursos. Obviamente, tales organismos-parásitos especializados (enemigos naturales) no podían colonizar una nueva área hasta que sus organismos-hospederos alcanzaran un nivel de población crítica. En Estados Unidos, por ejemplo, los artrópodos inmigrantes significan solo al 2% del total de la fauna, pero representan el 35% de las 700 plagas principales. Para tales plagas no nativas, la conservación es probablemente inadecuada por la ausencia de especies de enemigos naturales efectivos contra ellas. El control biológico se propone, entonces, encontrar la especie de enemigo en aquellas áreas donde se ha desarrollado una asociación efectiva, y colonizar con ella las áreas invadidas.
    Se puede destacar que si bien algunas plagas nativas han sido controladas mediante introducciones de enemigos naturales, el número de éxitos ha sido reducido en comparación con los obtenidos contra especies plaga inmigrantes. Esto es cierto por la razón obvia de que las plagas nativas generalmente ya se encuentran atacadas por un complejo de enemigos naturales que han evolucionado con ellas. Algunas veces la regulación de una especie nativa es rota por alguna nueva práctica cultural o agrícola y esa especie, entonces, adquiere el rango de plaga. Es poco probable que el control biológico de tales plagas pueda restablecerse a través de la introducción de enemigos naturales exóticos, y es más razonable buscar una solución modificando la actividad agronómica.
    La principal ventaja de la introducción sobre otras formas de control biológico radica en su sustentabilidad y, en consecuencia, en su menor costo en el largo plazo. No obstante, para que perdure esta nueva asociación, y para que, como consecuencia de la misma, se elimine el carácter de plaga del organismo-hospedero, pueden requerirse medidas de conservación para que el enemigo natural sea plenamente efectivo.

  • Aumento
    Cuando los enemigos naturales no existen, por ejemplo en invernáculos, o llegan tarde en plantaciones nuevas, como es el caso de los cultivos anuales que generan ecosistemas inestables donde resulta por ello muy difícil establecer un sistema biológico complejo con continuidad, o cuando se ha producido un descenso drástico de los enemigos naturales por razones catastróficas (ambientales o mala aplicación de pesticidas), resulta conveniente aumentar el número de enemigos naturales. Esta propuesta incluye varias alternativas: por un lado, introducir un reducido número de enemigos naturales al inicio del ciclo de cultivo con la expectativa de que ellos se reproduzcan en el transcurso del mismo, y que sus descendientes sean capaces de continuar controlando las plagas por el período deseado de tiempo (inoculativo). Por otro lado, introducir un número elevado de organismos asumiendo que ocurrirá una reproducción insuficiente de éstos, y que el control de la plaga será alcanzado exclusivamente con los propios enemigos naturales liberados (liberación masiva o inundativa). La técnica en ese caso implica que los numerosos organismos benéficos liberados actuarán como un factor de mortalidad inmediata sobre los insectos plaga, pero sin los efectos perjudiciales de los insecticidas químicos. Este método presenta una alta eficacia, con la condición de su reaplicación cada vez que sea necesario. En el desarrollo de estos "productos" llamados bioinsecticidas se han superado obstáculos biológicos (propios de una actividad que manipula seres vivos) y tecnológicos (procesos de producción de enemigos naturales adaptados a las condiciones donde se aplica) gracias a los avances registrados en ciencia y tecnología en los últimos años, dando lugar a la instalación de biofrábricas a nivel industrial o semi-industrial. De este modo, se ha aumentado significativamente las situaciones en las cuales se puede utilizar el control biológico y, al mismo tiempo, se ha podido alcanzar niveles de sanidad en los cultivos comparables con otros métodos de control (en especial el químico).
    En la actualidad, la industria de bioinsecticidas representa aún una fracción muy pequeña del mercado mundial de pesticidas. Para poner un ejemplo, las ventas de pesticidas en 1995 fueron de 29 billones de dólares, mientras las de biopesticidas solo de 380 millones de dólares. No obstante, se espera que en las próximas décadas el crecimiento de productos químicos será del 2% en contra de un 10-15% de biopesticidas. Las principales firmas que controlan el mercado mundial son Abbot, Sandoz y Termo Trilogy. Se estima que Abbot comercializa de un 30-40% del total de los biopesticidas, Sandoz un 20%, Termo Trilogy de 15-20%, y Ecogen y Mycogen un 10%.
    En Europa hay varias empresas que producen y comercializan biopesticidas. A modo de ejemplo Biotop en Francia produce una larga lista de enemigos naturales entre los que se destacan los Trichogramma (producto estrella, cuyas técnicas de producción y utilización se pusieron a punto en colaboración con el INRA de Francia). Cerca de 80 000 hectáreas de maíz pudieron ser protegidas en 2002 gracias a este método en más de 4.000 agricultores en Francia y otros países europeos. También se comercializan otros productos tales como Harmonia y Adalia (coccinélidos contra los pulgones), Feromonas (difusores utilizados en la confusión sexual contra la carpocapsa de las manzana), Anthocoris (predator utilizadas contra la psyla del peral), Macrolophus, Orius y otros auxilaires utilizadas en cultivos de hortalizas y ornamentales bajo abrigo. Por su parte Koppert en Holanda produce y comercializa enemigos naturales para el control de las moscas blancas (Encarsia formosa, Eretmocerus eremicus....), ácaros (Phytoseiulus persimilis.....), trips (Amblyseius cucumeris .....), pulgones (Aphidius colemani......), y varios insectos plaga más.
    La asociación de los organismos (hospedero y enemigo natural) con carácter más o menos transitoria establece una complejidad que no puede ser soslayada. La liberación masiva supone una multiplicación en un laboratorio de una población genéticamente adaptada, dado que su acción debe ser inmediata, pero también suficientemente polimorfa y, en consecuencia, adaptable, pues deberá hacer frente a diversas condiciones que reinarán en el medio. Significa el contacto de dos poblaciones que no han evolucionado juntas, y que, por lo tanto, presentarán una mayor o menor dificultad para establecer una asociación más o menos estable.

4) El aprendizaje asociativo
El organismo-parásito (nativo, introducido o liberado masivamente) para reproducirse debe encontrar a su organismo-hospedero y luego seleccionarlo. En estos procesos el insecto recurre a señales que guían sus decisiones, algunas que provienen del propio hospedero, otras que surgen del resto del ambiente, entre ellas del vegetal donde éste se encuentra. En un ejemplo de aprendizaje asociativo, las hembras asocian el olor de una planta a la presencia del olor de su hospedero, el cual es detectable solo a corta distancia. Es que en el curso de la localización de los hospederos, los vegetales no son pasivos: una planta comida por un fitófago libera compuestos volátiles a partir de sus tejidos lesionados y de aquellos intactos que atraen al enemigo natural que ha aprendido a asociar esta señal a la presencia de su hospedero. De este modo, las hembras ven facilitada la localización de sus hospederos ocultos en la vegetación si han realizado previamente la experiencia de asociar señales provenientes de los primeros que son perceptibles solo a corta distancia con otras detectables a algunos metros provenientes de las plantas.

Asimismo, una hembra podrá aprender a partir de una experiencia a distinguir un hospedero parasitado de aquel que no lo está, asociando el olor de una feromona interna (que es específica y que solo puede ser percibida luego del "picar" con su ovipositor al hospedero) al olor de una feromona externa que es individual y que, inicialmente, no produce reacciones. Después de algunos ensayos de "picado", la hembra descubre que un hospedero está parasitado únicamente gracias a ese nuevo estímulo que puede ser captado por el contacto de éste con sus antenas. Este reconocimiento es 20 veces más rápido que un reconocimiento por "picado" sin postura. En consecuencia, el aprendizaje hace ganar tiempo precioso a las hembras en la búsqueda de hospederos sanos para sus huevos. 

Estos mecanismos de aprendizaje están íntimamente ligados a los procesos asociativos, surgidos de relaciones de coevolución más o menos prolongadas en el tiempo. En las actividades de control biológico, cuando se provoca la interacción entre dos organismos (bajo la forma de poblaciones hospederas y parásitas) se está propendiendo a generar y potenciar los mecanismos ligados al aprendizaje, de modo de favorecer el encuentro y la interacción de las mismas. La situación más compleja es aquella en la cual la población parásita (enemigos naturales) no sólo se traslada de un ecosistema a otro, sino que es criada masivamente en condiciones artificiales de laboratorio previo a su liberación. En estas circunstancias se corre el riesgo de provocar el aprendizaje de los enemigos naturales ligado a un ambiente creado por el hombre y, muchas veces, multiplicando estos insectos durante reiteradas generaciones sobre un hospedero que no será luego el objetivo en el campo. Este aprendizaje puede dificultar que el enemigo natural encuentre y actué sobre la población a la cual luego va dirigida como herramienta de control biológico.

Manejar la capacidad de aprendizaje de los insectos benéficos significa un objetivo importante a alcanzar si se quiere mejorar la acción de éstos como agentes de protección de las plantas. Implica haber comprendido la importancia y los mecanismos que gobiernan la asociación entre los organismos y, en especial, la de los hospederos y sus parásitos. En las prácticas de control biológico deberán neutralizarse los efectos no deseados, y promoverse un pre-aprendizaje de los enemigos naturales en condiciones de laboratorio dirigido a potenciar la utilización de estos insectos en los cultivos. Para ello será necesario generar los estímulos que reproduzcan correctamente aquellos presentes en la naturaleza, lo cual no deja de ser un desafío dado las diferencias que existen entre ambas situaciones.

5) Referencias bibliográficas

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  • Tamez Guerra P., Galán Wong L.J., Medrano Roldan H., García Gutiérrez C., Rodríguez Padilla C., Gómez Flores R.A. & Tamez Guerra R.S. 2001. Bioinsecticidas: su empleo, producción y comercialización en México. Ciencia UANL 4, 143-152.
  • Van Driesche R. & Bellows JR. T.S. 1996. Biological control. Chapman & Hall. New York.
  • Wajnberg E. & Hassan S.A. (eds.) 1994. Biological control with egg parasitoids. CAB International. Wallingford.


Para saber más: cbasso@movinet.com.uy

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