Cómo las mariposas tropicales adquirieron defensas químicas venenosas para sobrevivir en la naturaleza
De colores brillantes y fáciles de distinguir, las mariposas heliconias son venenosas porque contienen unos compuestos que liberan cianuro llamados glucósidos cianogénicos. Estos compuestos pueden biosintetizarse o conseguirse a partir de las plantas «Passiflora», el socio coevolutivo de estos insectos, durante la alimentación de las larvas (secuestro). El equipo del proyecto Cyanide Evolution, financiado por las Acciones Marie Skłodowska-Curie, investigó cómo las diferentes especies equilibran la biosíntesis y el secuestro del cianógeno y cuál es el coste fisiológico de su toxicidad. Además, la investigación reveló pistas sobre la base genética de la toxicidad de las mariposas heliconias y cómo esta varía en las distintas poblaciones. Los investigadores recopilaron datos relacionados con estos lepidópteros y las pasifloras de la mata atlántica, un punto caliente de biodiversidad a menudo pasado por alto.
Cómo la evolución permitió a las mariposas alimentarse de plantas tóxicas
«La relación entre las mariposas heliconias y las pasifloras se utilizó para ejemplificar la teoría coevolutiva (1964) que describe la carrera armamentística entre las plantas y los insectos herbívoros. Medio siglo después, seguimos sin entender cómo funciona la mediación química de la interacción entre las heliconias y las pasifloras», señala la coordinadora del proyecto, Érika Pinheiro De Castro. «Aclarar esta relación es importante porque, mientras que algunas de estas mariposas se han convertido en plagas agrícolas en los campos de maracuyá y en especies invasoras que amenazan la biodiversidad autóctona, hay ciertas especies monófagas vulnerables a la extinción. Intentamos comprender mejor cómo la toxicidad de las heliconias ha influido en la amplitud de su dieta», añade De Castro. En colaboración con el Instituto Smithsonian de Investigaciones Tropicales, los investigadores criaron larvas de «Heliconius melpomene» y «Heliconius cydno» en cuatro especies de «Passiflora», cada una con un perfil diferente de cianógeno, y realizaron análisis metabolómicos específicos.
Principales resultados de la investigación
Los investigadores descubrieron que las defensas químicas de la mariposa varían, es decir, demuestran plasticidad fenotípica, en función del entorno. Biosintetizan cianógenos cuando no su hospedador («Passiflora biflora») no puede adquirirlos, mientras que reducen la biosíntesis cuando los secuestran de otros hospedadores de pasiflora. Esta plasticidad bioquímica les permite mantener sus niveles de toxicidad independientemente del perfil tóxico de la planta hospedadora. «Sin embargo, esta plasticidad bioquímica tiene un coste fisiológico para las especies más especializadas, ya que su tamaño y peso adulto se correlacionan negativamente con los niveles de biosíntesis», explica De Castro. El equipo del proyecto también descubrió que la capacidad de las mariposas heliconias para mantener sus niveles de toxicidad depende de la alimentación con polen. «Por ejemplo, la privación de polen tiene un efecto diferente en “Heliconius erato” en función de su sexo y edad. Sin polen, las hembras más longevas (cuarenta y cinco días) reducen su fertilidad, su masa corporal y sus niveles de toxicidad. Los machos se ven menos afectados por la privación de polen», añade De Castro. Otro objetivo importante era descifrar la trayectoria evolutiva de la biosíntesis del cianógeno. Los investigadores concluyeron que las duplicaciones de genes hacen que las heliconias aumenten su toxicidad. «Investigaciones recientes han demostrado que las polillas “Zygaena” deben su capacidad de biosintetizar cianógenos a genes P450. También se encontraron genes homólogos en el genoma de “Heliconius melpomene”. Al buscar estos ortólogos en un conjunto de datos que contenía 58 genomas de heliconias, descubrimos que los citocromos CYP405As solo estaban duplicados en los géneros “Heliconius” y “Eueides”. Estos géneros son más tóxicos que otras heliconias que solo tienen el citocromo CYP405A4», explica De Castro. La investigación del proyecto todavía prosigue. «Comprender cómo la plasticidad bioquímica determina la amplitud de la dieta de los insectos herbívoros es eterno. Hay ciertas mariposas heliconias que son especies especializadas vulnerables a la extinción y que podrían no ser capaces de hacer frente al cambio climático. Por el contrario, las especies más generalistas se están convirtiendo en plagas e incluso podrían invadir otros ecosistemas, lo que amenazaría la biodiversidad local», concluye De Castro.
Palabras clave
Cyanide Evolution, heliconia, toxicidad, Heliconius, polen, plasticidad bioquímica, coste fisiológico, pasiflora, amplitud de la dieta, biosíntesis del cianógeno
