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De monarcas a humanos: Estudiando el efecto invernadero

Pellston, Michigan.- Gas de dióxido de carbono es bombeado en los 40 cubos de plástico en la colina de la estación biológica de Universidad de Michigan.

Una mariposa monarca.

En los cubos, las plantas de algodoncillo pronto serían utilizadas para alimentar a las mariposas monarca, para las cuales las plantas no sólo son la única fuente alimenticia sino también una fuente medicinal invaluable.

Es así como investigadores de la U-M intentan resolver una pregunta: ¿Cómo les irá a las mariposas en 100 años, de continuar la tendencia actual del calentamiento de la tierra debido al efecto invernadero?

La estudiante de doctorado Leslie Decker dijo que en una investigación previa del ecologista Mark Hunter, demostró que algunas especies de algodoncillo producen niveles más bajos de las toxinas de protección cuando se cultivan en condiciones elevadas de dióxido de carbono.  Llamadas cardenólidos, estas son las substancias que las monarcas ocupan como medicina.

“Cuando me enteré, realmente me provocó una alarma”, dijo Decker. “Si las toxinas que son muy activas contra los parásitos están disminuyendo bajo CO2 elevado ¿Qué significa eso para la susceptibilidad de los monarcas en el futuro?”

Con Hunter, Decker diseñó un estudio de seguimiento de varios años, llevado a cabo en la Estación Biológica, que es el foco de su tesis en el Departamento de Ecología y Biología Evolutiva.

La mayoría de las discusiones e investigaciones acerca de las monarcas se ha enfocado en la difícil situación que enfrentan las mariposas debido a la pérdida de hábitat: La tala de árboles en el bosque de México, donde las monarcas pasan el invierno, así como la pérdida de plantas de algodoncillo silvestre que las sostienen durante su migración anual a través de América del Norte.

Oruga de la mariposa monarca.

El estudio de la U-M examina una posible amenaza completamente distinta. Es uno de los primeros experimentos en evaluar los posibles impactos de los niveles de dióxido de carbono en la salud de las futuras poblaciones de mariposas monarca.

Para encontrar las respuestas Decker y Hunter diseñaron un sistema experimental que les permitiera manipular y medir todos los eslabones clave de la cadena: los niveles de dióxido de carbono, las concentraciones de toxinas en las hojas de algodoncillo, la infección por parásitos y la susceptibilidad de las monarca a esos parásitos.

“Es un pequeño truco que nos permite explorar qué tan bien funciona la medicina”, dijo Hunter, quien ha estado estudiando los monarcas en la Estación Biológica por nueve años. Durante ese tiempo, ha visto los números de las monarca en la estación disminuir considerablemente, como lo han hecho en el resto del medio oeste.

Por “medicina”, Hunter se refiere a las toxinas de cardenólidos en las hojas de algodoncillo. En la naturaleza, las mariposas monarcas femeninas infectadas por el parásito a veces buscan plantas de algodoncillo con niveles altos de toxinas y ponen sus huevos allí, un proceso conocido como la automedicación trans-generacional.

“Resulta que muchas clases de animales se automedican”, dijo Hunter, profesor en el Departamento de Ecología y Biología Evolutiva. “En otras palabras, utilizan productos químicos en el medio ambiente que les ayuden con sus propios parásitos y enfermedades. Y, por supuesto, los humanos han estado haciendo eso durante mucho tiempo. Todavía obtenemos cerca de la mitad de nuestros nuevos fármacos a partir de plantas.

“Así que este estudio de las mariposas monarca tiene implicaciones más amplias. Si el dióxido de carbono elevado reduce la concentración de medicamentos en las plantas que los monarcas usan, podría estar cambiando la concentración de medicamentos para todos los animales que se automedican, incluyendo a los seres humanos. Cuando jugamos a la ruleta rusa con la concentración de los gases en la atmósfera, estamos jugando a la ruleta rusa con nuestra capacidad de encontrar nuevos medicamentos en la naturaleza “.

Cuatro especies de algodoncillo se cultivaron este verano en esos mini-invernaderos hechos con marcos de PVC. La mitad de las plantas recibieron niveles normales de dióxido de carbono, alrededor de 400 partes por millón, y la otra mitad recibieron casi el doble de esa cantidad. Los investigadores midieron los niveles de cardenólidos en los diferentes tejidos de la plantas, para saber la dosis exacta de cada oruga recibió.

Al lado del campo con las cámaras de crecimiento, en el granero, se alimentó a las orugas monarca con el algodoncillo. Cada oruga tuvo una dieta constante de una sola especie de algodoncillo con exposición conocida a dióxido de carbono.

En otra habitación, las orugas de tres días de edad fueron expuestas a dosis de un parásito común de las monarca. El  “ophryocystis elektroscirrha” es un protozoo que acorta la vida útil de un adulto monarca de la mariposa, impide su capacidad de volar y reduce el número de descendencia que produce.

Bajo un microscopio estereoscópico, Decker utilizó un tubo de vidrio cónico para añadir 10 diminutas esporas del parásito en forma de fútbol a un disco de un cuarto de pulgada de hoja de algodoncillo que luego dio a una oruga.

“Sabemos exactamente cuántas esporas comió cada oruga, así como la dosis exacta de la toxina de algodoncillo que recibieron,” Hunter dijo mientras se quitaba los discos un cuarto de pulgada de hoja de algodoncillo utilizando una antigua perforadora de papel de mano.

En alrededor de dos semanas, las orugas crecieron a una longitud de alrededor de dos pulgadas, con el pulso de bandas amarillas, blancas y negras. Luego empupado dentro de una crisálida durante unos 10 días las mariposas emergieron, transformadas en las mariposas naranja y negro.

En Michigan, las mariposas monarca suelen vivir cerca de un mes. En su cumbre laboratorio de la Estación Biológica de este verano, Decker y Hunter plantaron 480 mariposas monarca adultas de huevos. La mayoría de ellas murieron a finales de agosto, y se registró el tiempo de vida de cada individuo.

En los próximos meses, de vuelta en Ann Arbor, Decker contará cuidadosamente el número de esporas en el exterior del cadáver de cada mariposa.

En conjunto, las diferentes piezas de datos permitirán a los investigadores determinar cómo los cambios en los niveles de dióxido de carbono atmosférico alteran las concentraciones de toxina en las cuatro especies de algodoncillo y, a su vez, cómo la exposición a esas plantas afectó la vida útil del monarca y su susceptibilidad a enfermedades.

“Esta es una manera de determinar cómo los niveles elevados de CO2 cambian la química de estas plantas y cómo esos cambios se abren camino en la cadena alimentaria”, dijo Decker. “Al mismo tiempo, hay una gran cantidad de personas que crían mariposas monarcas cuando niños y todavía tienen un apego sentimental a ellas. Así que nuestro trabajo puede motivar a algunas personas a preocuparse más por la manera en que el cambio global está alterando nuestro mundo”.

Este verano fue la segunda temporada de campo para el proyecto, con más dos más restantes. El estudio es financiado por una subvención del Departamento de Ecología y Biología Evolutiva de la U-M y una beca de la Estación Biológica de U-M.

Si el estudio revela que una determinada especie de algodoncillo podría ayudar a las futuras generaciones de monarcas defenders de parásitos, que podría ser posible dar forma a un plan de gestión que requiera la plantación de las especies de algodoncillo beneficiosos para ayudar a las poblaciones de monarca infectadas, dijo Decker.

La Estación Biológica de U-M se encuentra en el condado de Emmet, en la punta más septentrional de la Península Baja de Michigan. Emmet County es el hogar de cuatro de las 12 especies de algodoncillo que crecen en Michigan, y alguna vez tuvo la concentración más alta de América del Norte de esas plantas, de acuerdo con Hunter. Durante la Segunda Guerra Mundial, el área se convirtió en un centro de recolección y procesamiento de seda de algodoncillo, que fue utilizado en los chalecos salvavidas militares.

Hunter dijo que el número de los monarcas en la Estación Biológica ha disminuido en los nueve años que los ha estado estudiando. En 2013, ni un solo monarca se observó en la estación, a pesar de que han regresado durante los dos últimos veranos.

“Lo que estamos viendo aquí es parte de una declinación regional que parece estar ligado a la pérdida de plantas de algodoncillo alrededor de los bordes de los campos agrícolas”, dijo. “Cuando el algodoncillo desaparece, también lo hacen las monarcas.”

Mark Hunter

Leslie Decker