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ANN ARBOR, Michigan.— Cuando escasea el agua los árboles de laurel en Ecuador aumentan su inversión en una golosina azucarada que estimula a las hormigas residentes y defensoras que protegen a los árboles de la desfoliación causada por las pestes que devoran las hojas.
Los árboles tropicales estresados por la falta de agua sustentan la producción de más savia dulce, una excreción azucarada consumida por las hormigas Azteca que hacen sus nidos en las cavidades del tallo de los laureles. A cambio, las colonias de hormigas multiplican su población y defienden con más vigor el follaje que sustenta la vida.
La interacción mutuamente benéfica entre los laureles y las hormigas, que también incluye pequeños insectos comedores de savia llamados coccoideos que hacen la savia dulce, es un ejemplo bien conocido de lo que los ecólogos llaman mutualismo. Los estudios teóricos predicen que los mutualismos deberían ser más fuertes en condiciones donde escasean los recursos, pero hasta ahora ha habido pocas pruebas que sustenten esa teoría.
En una artículo que se publicará por internet el 5 de noviembre en PLoS Biology, la ecóloga de la Universidad de Michigan, Elizabeth G. Pringle, y sus colegas identifican un caso bien claro de mutualismo entre hormigas y árboles fortalecido por el estrés, y sugieren un posible mecanismo subyacente que se sustenta en el intercambio de carbono entre las especies. Sus resultados sugieren que los árboles en sitios más secos compran seguro para sus hojas en la forma de una protección aumentada de hormigas y que pagan por ello con carbono, la moneda del reino.
Todos los mutualismos de planta y animal pueden emplear un “modelo de seguro” similar, según Pringle, fellow posgraudada en la Sociedad de Fellows de Michigan, y profesora asistente en el Departamento de Ecología y Biología Evolucionaria y en la Escuela de Recursos Naturales y Ambiente. Y, dijo Pringle, el tipo de respuesta al estrés mediada por el agua y observado en el estudio podría ser más común en el futuro qi las sequías se hacen más graves con el cambio climático.
“Mostramos que los árboles y sus hormigas defensoras invierten más mutuamente en condiciones más secas y estresantes”, dijo Pringle. “Vimos que esto ocurría en toda la región costera desde México a Costa Rica, y luego nos dimos cuenta de que el intercambio de carbono podría explicarlo”.
Para probar si las limitaciones del agua fortalecen el mutualismo defensivo entre los árboles de laurel de Ecuador (Cordia alliodora) y las hormigas Azteca (Azteca pittieri) Pringle y sus colegas estudiaron la interacción en veintiséis sitios de forestas tropicales secas durante temporadas del año a lo largo de la costa pacífica del sur de México y América Central.
Los sitios abarcan 2.295 kilómetros con precipitación pluvial que se incrementa hasta cuatro veces desde el sitio ubicado más al norte hasta el sitio ubicado más al sur. Las conclusiones de las cuales se da cuenta en el artículo de PLoS Biology se sustentan en las observaciones como, asimismo, en experimentos de campo, datos fisiológicos y un modelo evolucionario.
Los laureles Ecuador son deciduos, pierden sus hojas durante la temporada seca y crecen nuevas hojas en la temporada de lluvias. Pringle y sus colegas encontraron que la fortaleza del mutualismo árbol-hormita -medida por la inversión de los árboles en el azúcar para las hormigas, y en la defensa de las hojas por parte de las hormigas- fue mayor en los sitios con las temporadas de seca más prolongada.
Los árboles de laurel no alimentan el azúcar directamente a las hormigas. En cambio albergan insectos coccoideos, quelos jardineros conocen como pestes, y que producen la savia dulce. Los coccoideos son intermediarios en este arreglo de protección mutua: mediante los coccoideos los árboles pagan indirectamente una cuota en carbono, en forma de savia rica en azúcar y destilada en una melaza, a las hormigas a cambio de su tarea de vigilancia.
Pringle y sus colegas determinaron que en los sitios de estudio más secos, los árboles de laurel sustentaban más insectos coccoideos los cuales, a su vez, producían más savia dulce. Las colonias de hormigas que se nutren de esta abundancia son, a su vez, más grandes y defienden a los árboles con más eficacia respondiente más rápidamente a los disturbios.
“Cuando las hormigas que patrullan la superficie del árbol encuentran un insecto devorador de hojas lo muerden hasta que el insecto cae del árbol”, dijo Pringle. “Observamos que en los sitios más secos las colonias más grandes de hormigas eran mucho más propensas a encontrar tales intrusos, y las colonias enviaban más hormigas a atacar a los devoradores de hojas y a ahuyentarlos”.
En el proceso de la fotosíntesis las hojas atrapan la energía de la luz del Sol y a usan para convertir el dióxido de carbono y el agua en carbohidratos con base de carbono, los cuales sirven de alimento a los árboles, los coccoideos y las hormigas. La defoliación es una amenaza más grave en los sitios más secos porque los laureles allí tienen menos reservas de carbono y una temporada lluviosa más corta significa que los árboles tienen menos tiempo para reemplazar las hojas perdidas.
El hecho de que los árboles de laurel en los sitios más secos paguen a sus hormigas protectoras “salarios” más altos indica que el costo potencial de la defoliación supera el precio relativamente modesto de sustentar más hormigas. Pringle y sus colegas usaron un modelo matemático para probar esta idea, considerando los costos y beneficios relativos del trasiego de carbono entre árboles y hormigas durante temporadas lluviosas de duración variable.
Su modelo de seguro, en el cual las hormigas protegen a los árboles de los episodios raros, pero potencialmente letales, de defoliación se ajusta mejor a las observaciones hechas en los veintiséis sitios. Como los agricultores que pagan por un seguro de cosechas, los árboles en los sitios más secos aparentemente toman precauciones: pagan por adelantado una tarifa modesta para evitar la pérdida de todas sus hojas por el ataque de pestes en el futuro.
“La restricción del agua junto con el riesgo de los herbívoros aumenta la fuerza del mutualismo basado en el carbono”, señalaron los autores.
El modelo de seguro indica que los ataques, poco frecuentes pero potencialmente letales, de los insectos podría dar el ímpetu a la evolución de estrategias mutualistas de árboles y hormigas bajo diferentes regímenes de precipitación pluvial. Las diferencias observadas entre los sitios secos y más húmedos pueden reflejar, por lo tanto, adaptaciones genéticas a las condiciones sociales, apuntaron los investigadores.
“Es importante que el factor ambiental clave en este sistema sea la lluvia, la cual probablemente cambiará en gran medida en los años próximos con el cambio climático”, dijo Pringle. “A medida que cambie el clima la frecuencia incrementada de episodios meteorológicos extremos, como las sequías, podría actuar junto con acontecimientos biológicos raros, como los brotes de pestes de insectos, alterando profundamente la ecología y la evolución de las interacciones de plantas y animales”.
Los coautores de Pringle en el artículo de PLoS Biology son Erol Akçay de la Universidad de Pennsylvania; Ted K. Raab del Instituto Carnegie para la Ciencia; y Rodolfo Dirzo y Deborha M. Gordon de la Universidad de Stanford.
El trabajo tuvo el apoyo del Instituto Santa Fé, el Programa de Estudios de Campo de Stanford, una donación del vice decano de educación de posgrado en Stanford, una Beca Hubet Shaw y Sandra Lui Sanford para Posgrado, la Sociedad Michigan de Fellows y la Fundación Nacional de Ciencia.
