Un nuevo estudio realizado en la Universidad de Michigan revela una amenaza no reconocida previamente para las mariposas monarca: los niveles crecientes de dióxido de carbono atmosférico reducen las propiedades medicinales de las plantas de algodoncillo que protegen a los insectos icónicos de las enfermedades.
Las hojas de algodoncillo contienen toxinas amargas que ayudan a las monarcas a evitar a los depredadores y parásitos, y la planta es el único alimento de las orugas monarca. En un experimento de varios años en la Estación Biológica de la UM, los investigadores cultivaron cuatro especies de algodoncillo con diferentes niveles de proteccióncompuestos, que se llaman cardenólidos.
La mitad de las plantas se cultivaron bajo niveles normales de dióxido de carbono, y la otra mitad se bañó, desde el amanecer hasta el anochecer, en casi el doble de esa cantidad. Luego, las plantas se alimentaron a cientos de orugas monarca.
El estudio mostró que la más protectora de las cuatro especies de algodoncillo perdió sus propiedades medicinales cuando creció bajo un nivel elevado de CO 2 , lo que resulta en una fuerte disminución en la capacidad del monarca para tolerar un parásito común, así como una reducción de la vida útil de una semana.
El estudio analizó únicamente cómo los niveles elevados de dióxido de carbono alteran la química de las plantas y cómo esos cambios, a su vez, afectan las interacciones entre las monarcas y sus parásitos. No examinó los efectos que alteran el clima del gas atrapador de calor emitido cuando los combustibles fósilesse queman
"Descubrimos un mecanismo indirecto previamente no reconocido por el cual el cambio ambiental en curso, en este caso, niveles crecientes de CO atmosférico 2 - puede actuar sobre la enfermedad en las mariposas monarca ", dijo Leslie Decker, primer autor del estudio, cuya publicación está programada para el 10 de julio en la revista cartas de ecología .
"Nuestros resultados enfatizan que el cambio ambiental global puede influir en las interacciones parásito-huésped a través de cambios en las propiedades medicinales de las plantas", dijo Decker, quien realizó la investigación para su disertación doctoral en el Departamento de Ecología y Biología Evolutiva de la UM. Ahora estáinvestigador postdoctoral en la Universidad de Stanford.
ecólogo de la UM Mark Hunter, asesor de tesis de Decker y coautor de la cartas de ecología documento, dichos hallazgos del estudio monarca tienen amplias implicaciones. Muchos animales, incluidos los humanos, usan productos químicos en el medio ambiente para ayudarlos a controlar parásitos y enfermedades. La aspirina, la digital, el taxol y muchas otras drogas originalmente provenían de las plantas.
"Si el dióxido de carbono elevado reduce la concentración de medicamentos en las plantas que usan las monarcas, podría estar cambiando la concentración de drogas para todos los animales que se automedican, incluidos los humanos", dijo Hunter, quien estudió monarcas en la Estación Biológica de la UM, en el extremo norte de la Península Inferior de Michigan, durante más de una década.
"Cuando jugamos a la ruleta rusa con la concentración de gases atmosféricos, estamos jugando a la ruleta rusa con nuestra capacidad de encontrar nuevos medicamentos en la naturaleza", dijo.
El trabajo anterior en el laboratorio de Hunter había demostrado que algunas especies de algodoncillo producen niveles más bajos de cardenólidos cuando se cultivan con dióxido de carbono elevado. Ese hallazgo llamó la atención de Decker, quien con Hunter diseñó un estudio de seguimiento para observar el impacto potencial del aumentoCO 2 sobre la susceptibilidad a la enfermedad de las monarcas en el futuro.
Crearon un sistema experimental que les permitió manipular y medir todos los eslabones clave de la cadena: niveles de dióxido de carbono, concentraciones de toxinas en las hojas de algodoncillo, infección por parásitos y susceptibilidad de las monarcas a esos parásitos. El trabajo de campo se realizó en 2014 y2015.
Dentro de las 40 cámaras de crecimiento en la cima de una colina en la Estación Biológica, expusieron las plantas de algodoncillo a dos niveles diferentes de dióxido de carbono. Se mantuvieron veinte cámaras en el CO global actual 2 concentraciones de alrededor de 400 partes por millón, y 20 cámaras recibieron 760 ppm de CO 2 , un nivel que podría alcanzarse mucho antes de finales de siglo si la quema de combustibles fósiles continúa sin disminuir.
Las cuatro especies de algodoncillo diferían en sus niveles de compuestos protectores de cardenólidos. La especie más protectora era Asclepias curassavica , comúnmente conocido como algodoncillo tropical. Las plantas criadas en cámara se alimentaron a las orugas monarca, y cada oruga obtuvo una dieta constante de una sola especie de algodoncillo con exposición conocida al dióxido de carbono.
Las orugas de tres días de edad también se infectaron con dosis cuidadosamente controladas de un parásito monarca común que está relacionado de forma distante con el patógeno de la malaria. Ophryocystis elektroscirrha es un protozoo que acorta la vida útil de la monarca adulta, impide su capacidad de volar y reduce el número de crías que produce.
Durante aproximadamente dos semanas, las orugas infectadas crecieron a una longitud de aproximadamente 2 pulgadas, con bandas amarillas, blancas y negras llamativas. Luego se hincharon dentro de una crisálida de caparazón duro durante aproximadamente 10 días antes de emerger como naranja y-mariposas negras.
En su laboratorio de la Estación Biológica, Decker y Hunter criaron a cientos de monarcas adultas. Se registró la vida útil de cada individuo, en Michigan, las mariposas monarcas viven típicamente alrededor de un mes, y se registró la cantidad de esporas parásitas en cada canal.contado
Al juntar todos estos datos, los investigadores pudieron determinar cómo los cambios en los niveles de dióxido de carbono atmosférico alteraron las concentraciones de toxinas en las cuatro especies de algodoncillo y, a su vez, cómo la exposición a esas plantas afectó la vida útil del monarca y la susceptibilidad a la enfermedad.
La mayor disminución en la tolerancia a los parásitos y la vida útil de las mariposas se produjo en las monarcas que se alimentaron A. Curassavica , una especie de algodoncillo en la que la producción de cardenólidos disminuyó en casi un 25 por ciento cuando se cultiva bajo CO elevado 2 .
en orugas que se alimentaron A. Curassavica algodoncillo cultivado bajo CO elevado 2 , la tolerancia al parásito disminuyó un 77 por ciento en comparación con las orugas que se alimentaron A. Curassavica cultivado bajo CO a nivel ambiente 2 .
Monarcas que se alimentaron A. Curassavica crecido bajo CO elevado 2 sufrió una reducción en la vida útil de siete días debido a una infección parasitaria. Los parásitos redujeron la vida útil media en solo dos días para las monarcas que comieron A. Curassavica crecido bajo CO ambiental 2 niveles
"Hemos podido demostrar que una especie de algodoncillo medicinal pierde sus capacidades protectoras bajo el dióxido de carbono elevado", dijo Decker. "Nuestros resultados sugieren que el aumento de CO 2 reducirá la tolerancia de las mariposas monarca a su parásito común y aumentará la virulencia del parásito "
En los últimos años, las poblaciones de monarca han disminuido rápidamente. La mayoría de las discusiones sobre la difícil situación de la mariposa monarca se centran en la pérdida de hábitat: la tala de árboles en el bosque mexicano donde los monarcas pasan el invierno, así como la pérdida de plantas silvestres de algodoncillo que los sostienendurante su migración anual a través de América del Norte.
"La pérdida de hábitat, los problemas durante la migración y el cambio climático contribuyen a la disminución de las monarcas", dijo Hunter. "Desafortunadamente, nuestros resultados se suman a esa lista y sugieren que las monarcas infectadas por parásitos se enfermarán constantemente si las concentraciones atmosféricas de CO 2 continuar subiendo ".
El trabajo fue apoyado por la National Science Foundation.
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Materiales proporcionado por Universidad de Michigan . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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