J A / C . B/QLoq!+J9 INFORME FINAL DEL SERVICIO SOCIAL

TITULO DEL PROYECTO: J

'' Estudio sobre el efecto de los herbivoros en la dinánica-

de poblaciones de plantas tropicales 'l.

ASESOR: Dr. Rodolfo Dirzo 14.

Verónica González Kladiano

Matricula: 78226350 Gabriela Gómez Rodriguez

Matricula: 78326904

.

AYITECEDENTES

Los ecosistemas tropicales tienen entre otras características particulares una gran cantidad de interacciones bióticas, por ejemplo entre

herbívoros y l a s plantas que les sirven de recurso alimenticio.

po de estudios con pocas excepciones [ Janzen,1966,1969,,1970,1971 ) han - recibido poca atención por parte de ecólogos y estudiantes de evolución;-

esto ha sido así,,a pesar del enorme potencial tanto académico como aplica do de este tipo de estudios. En Mkxico, practicamente no existen investi

gaciones. relevantes a este cmpo, aunque existen algunos intentos preeli-

minares ( Córdoba, 1979 , Estrada, en prep, Dirzo et al, 1981 ).

Este ti-

De esto se desprende la gran utilidad que tendría avocarse a in- vestigar alF.unos aspectos de la compleja interfase herblvoro-planta en eco

sistemas tropicales.

En una investigación previa ( Dirzo et al.en prep ) se han cum- ... . tificado los niveles de herbivorla en un número considerable de árboles - tropicales en l a Selva de los Tuxtlas, Ver, y e l presente proyecto intent2

detectar le presencia de los principales grupos de Xetabolitos Secundarios

en el follaje de dichas especies.

Dicho anhlisis bioquínico servirá para correlacionar los niveles

de hcrbivorfa con mecanismos de defen.sa qulnica.

1IIiROUUCCIO:I

Un enfoque muy importante ¿!e l a herbivorla es el referente a los

mecanismos de Uefensa aie han desarrollado las plantas para evitar ser co-

nidas por 20% herbívoros, una planta que posea tales mecanismos tendr5 una

cierta ventaja adaptativa ( Edwards & Watten, 1.SX ) . Este tj.po de defcn - sa han sido ciivi.didas por diversbs investigadores en Físicas y Qulmicas - ( iihittaker & Feeny,l971, Zdwnrds & Wr tten.1980 ) , 7 !..ns defensas Flsicas &eneral$er.te se encuentran en l a superficie c k 1 . a ~ pluritss :i rizncra ds aphndiccc. e:>irAGrx:cx [ Felts, escír.a:;, C C : ~ j ,

lo que representa un obsthilo para ciuc e l insecto se alimente de la plan- I

t a o sus tcj'.dos. j

:I

I

Los mecanismos de defensa quimica generalmente son compuestos

no directamente involucrados con el metabolismo primario de la planta, - aunque existen ciertas excepciones ( Siegler, 1977 ) . Whittaker & Fewy,

(1971) expresaron que la defensa quimica.en plantas originada como desper - dicio químico o como un accidente resultado de una mutación conduce a una

La función selecci6n que favorecerá a los individuos mejor protbgidos.

de muchos químicos secundarios en las plantas es la de repeler o inhibir-

herbivoros patógenos o competidores ( Swain , 1977 ) . Sin emhaPg0 PO - cos estudios han demostrado inequfvocamente el papel defensivo de estos - metabolitos ( Jones,1962, Dirzo & Harper,1982 ).

-

La investigación del papel defensivo de estos compuestos ha to - mado gran auge en los últimos años ( ver Rosenthal & Janzen, 1979 ).

Inyestigadores recientes ( Roades , 1979, McKey,1979, Feeny,1976 ) incluso han propuesto,una teorla de defensa óptima en base a los hletabolitos Secyp darios. Dicha teoria ofrece algunas predicciones interesantes, por ejem-

plo, que plantas 'I Aparentes " ( de larga vida, perenes, de comunidad cli- max, etc son menos susceptibles al ataque por herbívoros ya que invierten

un Eran gasto de recursos hacia la producción de defensas que las plantas-

" No Aparentes " ( efheras, anuales, de ambientes inestables, etc ) que - hacen una inversión menor en la producción de defensas ( Feeny,l97G, Roades

& Cates,l976, Cates & Orians,1974 ) .

-

-

Varios autores ( Cates & Roades,1977, Roades.1979, Cwain,lY77 ) - han sugerido una división de los Compuestos Secundarios en base a la respues

ta que provocan en los herbívoros: i) La defensa Cualitativa, representada por las toxtnas. Es la

pcrcih del sistena defensivo antiherbívoro de l a planta que afecta prina .-

riancnte los procesos metabólicos. Incluyen alcaloides, giucósidos ciano - xénicos, aninoacidos no protéicos, g,lucósidos cardiacos y muchos otros.

Estos conpuestos se encuentran en bajas concentraciones, son altanente ac - tivoc contra sistemas fisiológicos de aninales y usualmente son caracterís - ticos de tejidos efineros de plantas herbficeas y perenes.

ii') La Defensa Cuantitativa, reduce..la di-estibilidod. Son protei :I:??, -.!?ricrdI ii..ad:ir, y Carb

( -ins del 6OY del peso seco de tejido 1 son caracterfstices de tejidos n3dU

ros de p l n n t a s le?ioris Frrenes.

corideiis::ido?.

~.

cr>r:~li?ji,s , , ~ ~ ? s ~ I - , C < : ~ P.P. y,;'a?:!es c:.n,i< .~

- I r i este f:rii?o se enciinntrari los tzninos

Lo que se requiere actualmente es obtener infornación de campo De ah€ la importancia de que sirva para confrontar tales predicciones.

realizar un Servicio Social de esta naturaleza.

OBJETIVOS GEIJERALES

El objetivo primordial de este Servicio Social fuk el de incor- porarse a un grupo de investigaciones con un proyecto planeado en este Ea so particular dentro del campo de l a t?cología y nás especificamente en el

estudio de interacciones entre herbívoros y plantas en ecosistemas tropi-

cales, dicha participación cubrió el objetivo de entrenarnos en investiga

ciÓn bhsica tanto en el trabajo de campo directo como en su complementa - ción con trabajo de laboratorio. Tara lograr esto, se plantearon los - si guientes objetivos particulares.

OBJETIVOS PARTICULARES

1) Fmiliarizarnoc con la literatura inhs relevante en este campo.

2) Conocimiento de la Flora más representativa de la Estación de Biología

Tropical de los Tuxtlas, Ver, donde dicho proyecto se llevó a cabo.

I d 3) Obtener un conocimiento bósico ( mediante la participación en e l

trabajo de campo ) de los niveles :y patrones de herbivorla presentes

en esta flora.

4 ) AnRlisis Dioqiiínico del follaje a ,fin de detectar mediante reacciones la presencia Ó ausencia de los Netabolitos Secundarios que se han re-

po:tado coil« principales mediadores de l a interación entre herbfvoros

y plantar,.

.'

METODOLOGIA DE TRABAJO

I) Se revisó la literatura relevante al tema, que se encuentra-

archivada en el Laboratorio de Ecolo& del Instituto de Biz logia de la U.N.A.X. y por otro lado se participó en los Se-

minarios de discusión de dicha literatura que se realizaron

de Octubre de 1982 a la fecha ( aprox. 2Seminarios cada se-

mana ) .

2) Se efectuaron dos sesiones de: colecta de follaje de campo en l a estación de BiologSa Tropical de los Tuxtlas en Ver., en-

donde el proyecto se llevó a cabo. La primera colecta se

realizó del 17 de Febrero al 2 de Marzo de 1983 y la segunda del 23 de Marzo al 2 de Abril. del mismo año.

3) En cada una de las salidas de campo, se colectaron, procesa-

ron e identificaron 30 spp. aproximadamente. Las especies

colectadas se identificaron por medio de ejemplares de Herb5

rio y gracias a la ayuda del Biol. Guillermo Ibarra ( Técnico

Académico de la Estación encargado del Herbario ).

4) Para realizar la detección de los lletabolitos Secundarios se - siguieron las siguientes etapas.

a) Se reunió el material necesario tanto de Cristalería como

de Substancias Oufmicas, obtenido de diversas fuentes ( Casas

comerciales, Laboratorio de IScologfa, Almaccn del Instituto,etc).

b) Preparación de los Reactivos y dilución de las substancias - en sus concentraciones a<?ecu.idas ( I!CL 274, :!etano1 al 60::,etc).

I

i

HATERIAL

Los Metabolitos Secundarios analizados fueron los siguientes:

- Alcaloides - Taninos - Taninos Condensados - Leucoantocyanidinas - Flavonoides - Capacidad cianogénica. estos incluyen para su análisis un gran número de substancias y reacti-

vos, además de el material de cristalerfa adecuado.

MATERIAL DE CRISTALERIA

Tubos de ensaye

Gradillas

Pigetas ( de 1, 5, 10 ni.)

Goteras

Papel filtro

removedores

Guantes

Probetus ( de 25.100.1000ml.)

!:orteros

I'arrilla

rspatuia-,

:l:~!:raz Erlnrneyes con tapa.

Vasos d e Precipitado ( de 100.250,500nl )

TANINOS

Metano1 al 83% NaCl ( 10%

Gelatina 1%

Gelatina al 1% + NaCl al 10% Solución prueba de Cloruro Ferrico.

LEUCOANTOCYAr~IDIIIAS

HCL 2N Propanol I?

FLAVONOIDES

Eter de Petroleo Metano1 al 8052

Magnesia

HCL concentrado.

GLUCOSIDOS CIA!iOGEElICOS

Cloroformo

Acido Picric0

ilETODO DE AIIALISIS

Procedimiento para Alcaloides 1

a) Hacer una incisión en la parte apropiada de la planta y poner l a - miuestrz en el papel filtro y dejar secar. Con una micropipeta, - aplicar el reactivo Dragendorf'c.

b) Alternativamente empapar el papel filtro en la solución Dragendorf's

y dejar secar. Poner la muestra en el papel filtro especial y 05-

servar el desarrollo de color dentro de los primeros 30 se,:.

Una reacción positiva desarrolla un color que va de naranja a amarillo. , ~~

!'rocediiiirr,to p w i i A: ~ 3 1 0 ; rl:>s 7 ( Cu?ver:ci :-it,-,- L.,,c..13? -. )

a) Ze muelen de 2 a 3 ems. de material veicetal fresco en un riortero y

se reviielve con cloroiorino y arena. Se le agrcza Cloroforrio arioni-

ca l y se ag i ta durante 1 min. Se pone en un tubo y se l e agrega

.5ml de Ac. Sulfúrico 2N, se agi ta. Se retkra l a c ap zde ácido-

con una pipeta y se coloca en o t ro tubo. Se l e agregan unas go-

tas de l reactivode l4ayer's. Se observa l a formación de un preci-

pitado en ambos tubos para una reacción' posi t iva.

. Procedimiento para Taninos

a) Evaporar 10 ems. de extracto de planta con Netano1 a l 80% a secado.

Agregar 25 nl. de agua ca l i en te destilada a l residuo.

con un agitador y dejar enfr iar a l a temperatura ambiental. Agre-

gar de 3 a 4 gotas de Hac1 a l 10%. F i l t r a r .

Poner 3 mls. del extracto f i l t r a d o en 4 tubos de ensaye. Agregar a

l o s 3 primeros:

TUBO 1: 4-5 gotas de solución de ge lat ina a l 1%

TUBO 2: 4-5 gotas de solución sal ina allO% + ge lat ina a l 1%

TUBO 3: 3-4 gotas de Cloruro f e r r i c0 y observar e l co lo r de l preci-

blezclar bien '

, '

pitado.

Una reacción pos i t i va en 1 y 2 es l a formación de un precipitado.

Procedimiento para Flavonoides

a) Se evaporan 3 zms. del extracto vegetal con Alcohol a sequedad. Se en f r ia a l a Temperatura del cuarto.. Se lava e l residuo con e t e r de s Petro leo hasta decolorarlo. Se disuelve e l residuo en 30 ml. de - Alcohol E t í l i c o y se f i l t r a , :;e colocsn 2 r.11. en 3 tubos de ensaye

Tubo 3: control ( recibe Alcohol et57ico guro ) .

b ) A l tubo 1 se añade .5nl. de H:X conc. y 3 Ó 4 l i s tones de ¡,I.<. Se - observo cambio de color dentro de los siI!uientes 1:: nin.. S i e l - cnnhio ocurre se en f r ia y Ui lyre con 1 vo l i i xn i::ual de agua y se

aliade 1 nil. (le alcohol Oc t í l i c o , se ag i ta y sc d e j a enfr iar .

Se reEi t ra e l co lor en cada ca?a. I I

Procecliniento para Leucoantocyanid'nas

a) t n e l tubo 2 d e l procedimiento k.teriop, se añaden .5ml Ce !!CL conc.

y L->c' cal ienta a bs Io :Tari::, p r 5 a;.r,iito:;. SE o'.>scrva r a c t ~ i o de - color . Color ro;o oscuro es una

1

k g i s t r x cn l a s icuienl? h o r a .

rrxc:ór. pos i t iva . ,' j

FLAV . ALC. TAN. TAN.C. LEUCO CXP.CIA. L I S T A DC ESPECIES

lirera caracasana

U,m>ciora rcpejilote

Ochroma lagopus

i:j.riocarpa longipes

Heliocarpus apendiculatus

Dendropanax arboreum

Sactrix s p . Desmoncus SF . Guarea chiclibn

Guarea Elabra

Brosimun al icastruin

Rhedia edulis Salacka negictofila

Onfalea olcifers.

Reinhartia si . Neurolaena sh

Acal'fiha diversifolia Siparuna nicaragüensis

Cecropia ob Lusifolia Poycotria chiapensis

Zritrlna ss . Faramca occidental is

Croton sil..

Stcmadcnia donelli-snithi

3iuritrci sirnüruba

?i-,ci n f f . nnd:?o

Cynbopctiilur; hiloni

!hara.-i'~ea funehris

Cn:?er:ura ohlonf:ata í.'j c',s < . C

Cordia r,f . .io:ii: ' ?i r n - m o c a

?nut er. i i, z-r,<i t a

::ortoni o !.?i.xaroii s?p.

. " .

- . .

..

LISTA DE ESPECIES

Aegephylla spp.

Spondias nonbin

Pseudo1med:a oxiphyllaria

Passiflora cy . Poulsenia arnata

Oreopanax SP . ilectandra ambigens

Anfitecna tuxtlensis Anonácea I1

Fliconia sp.

honacea I

Caparidacea

Vioiacea ( ? )

Trichilliu sy . Aneli~a sl: . ürticacea ( ? 1 Piper hispidurn Cupania cientata

Tren?, nricantha

Stroblecnnthus spp.

1ng:i SD . S i ; ~ : a n k c m ( ? )

Eupatorium s? . Ard: si?a s; .

TAN.

+ + + - + T

T

T

+ T

- T - T

T

T + T - - + T +

FLA'J. - Flavonoides, ALC. - Albaloides, TAN. -'laninos , TA;l.C. - Taninos con-

densatios, LXJCO. - Lcucoantocyanidinas. AP.CIA. - Capacidad Cianogénica. r : c y .P,C I !.>.I t. 7: pr.,scnte

- 2- :w:;cnte . .

T = 'Lrn?.'!:; :' = no s.' ;,u10 realizar I n prueba

( '? ) i :;<lo ::*: i<icintifico ki;.:;t.n f z n i l ; n .

1

,' 1

i -

-

F'

i

. - . . . .. . .. , . . . ... . . . .. .

DISCUSIOTJ

’, En base a los resultados obtenidos podemos afirmar como predice

l a teorC,a ( Edwards & iilratten,l980 ), que en ambientes tropicales donde - las plantas permanecen con follaje todo el año, deben escapar al daño por

herbfvoros con defensas altanente efectivas. La exuberante vegetación- del Bosque Tropical lluvioso comunmente muestra pequerias evidencias de - ataque por insectos pero la cantidad de follaje concumidoes generalmente

menor al 10% ( Dirzo et al en prep 1. promedio las especies poseen al menos, un compuesto secundario que las pro-

tege del efecto de los herbfvoroct:-,? ? :

Los resultados indican que ea -

La gran proporción de espec:ies con taninos en este estudio, con-

cuerda con Cates & Roades (1977 ) , que dicen que I~letabolitos Secundarios

que reducen la digestibilidad ( defensas cuantitativas como taninos, se

encuentran en aproximadamente un 805: de las especies árboreas perenesM5 2,’

En este estudio se analizaron una gran cantidad de especies arbóreas pere-

nes por lo que es lógico el resultado encontrado.

do de toxinas ( Defensas Cualitativas, es bajo debido a que frecuente - mente se les encuentra en tejisos efineros de plantas herbáceas y perenes.

Así mismo, el conteni

Se ha visto que la concentración de químicos secundarios decre- ce rapidamente entre los tejidos mas maduros de todas las formas de creci- miento ( Swain, 1977 1. Lo anteriormente dicqo explica la baja represef!

tación de toxinas en nuestras muestras, debido a que la colecta de folla-

je se concentró en hojas madur:as de &-boles usualmente adultos.

Con respecto a los G1ucósiP.os cianogénicos, :a prueba no es con

tundente en cuanto a 1a.presencia o ausencia de este Glucósido, sino lo - que se intento f u é n e d i r la ca?acic?ad; cianogEnica ( capacidad de liberar

lic:i 1. Esta prueba no descarta la posibilidad de qce 1u planta posea - el Gl.ucósiclo Cianoyánico pero cf indica la ausencia de la enzina ( liidro-

xilnsa que se encarga dc l i .berar el i:CN del Glucósido ) . Lsta podría - ser una de l a s causas por las cuales el porcentaje cie Glucósido Cianogéci

co fiié G?; en nuestras muestras.

-

!>e este estudio de puede ver l a importancia de trabajos inter - d i J: ’ p l i n n r i o:; [ n ~ - i i ?oC.?r :!hor‘!?ir - l v ’ i . ? l n e n + ~ u11 p r o b l e m ‘ci.olÓi;ico tan - conplejri como l a interaccih herbívoio-u;anta. Janzen ( 1373 enfatiza Is noccsi,i3d clc coo?ernción entre qc:iiicos y ecó1of:os para generor hip6 -

1

tesis acertadas en cuanto al papel eCol6gico que juegan los compuestos

Secundarios en la Naturaleza

-

RESWIEN

I) Una serie de colectas fueron hechas para analizar presencia o ausencia de Metabolitos Secundarios ( Alcaloides, Flavonoides, Leucoantocyanidi-

nas, Glucósidos cianonénicos, Taninos y Taninos Condensados ) en 60 - especies de árboles tropicales en la región de Los Tuxtlas., Ver.

11) De los Metabolitos Secundarios analizados, los Taninos arrojan un alto porcentaje de representación en esta flora, mientras que para los demás

los porcentajes son bajos.

111) En base a los resultados obtenidos, podemos afirmar que la mayoría - de las especies presentan por lo rienos un Compuesto presente que le sir

ve de Defensa. I

COI~CLUSIOMES

En base a los objetivos planteados se obtuvo un conociniento bási-

co tanto de la literatura relevante como de la f lor2 más reprentativa del - Así nisno se realizó unsanálisi bio l u p r y sus patrones de her,Sívoria. -

quínico del follaje, lo que nos perxitió detectar al&unos lktabolitos Se - cundarios c

Este tipo de trabajo, nos permitió ponernos en contacto con una - :,!etodolo[:ía moderna utilizada cctualmente en Ecolozia de poblaciones de

plUr, tns.

LITERATURA CITADA

+ Cates R.G. & Orians ti. 1975. Succesionnl status and the Pa l a t ab i l i t y o f

plants to General ist Herbivores. Ecoloey 56 pp 410-418.

+ Cates.R.G.& Roades D.F. 1977. Patterns i n the production of antiherbivore

Chemical defenses i n Plant Communities. Biochemical Syst.-

and E C O ~ O G ~ . V o l 5 pp. 185-193.

+ Cordoba B. 1979. Efectos de l a densidad, distancia a l árbol progenitor y

l a depreckción en e l c-ec iniento y sohrevivencia de plántu-

l a s de Nectandra ambig= Tesis Profesional. Facultad de

Ciencias. U.II.A.11.

+ Edwards P.J. & Wratten S.D. 1980. 2:ology of Insect-Plant Interact ions

+ Feeny P. 1976. Plant apparency and Chemistry Defences. In : \Jallace J.&

Kansel l , R. ed. Recent Advances i n Phytochemistry. 10. 1-40.

+ Janzen D.H. 1966. Coevolution of mutualisn between ant and Acacias i n - Central PmérIca Evolution 23. pp. 21-27.

+ Janzen D.H. 1969. Seed eaters vs seed size+:mumber, t o x i c i t y and dispersa:.

Evolution 20 pp. 249-2'75.

+ Janzen C.H. 1970. Herbivores and the number o f t r e e species i n Tropical

Forest . American Natura l is t Vol 104. pp501-528. I

+ Jan2en.D.H. 1971. Seed predation by animals . Annual review o f Ecology

and Systerintics.

+ Janeen D.H.1973. Connunity i t r x t u r ! ? o f Secodary Conpounds i n Plants.

? i r e applied Cheaistry. 34. pp. 529-538.

+ Jones D.A. 1952. Se l ec t i ve critinE of acyanogenic form of the plants Lotus

1 curiiiciilai-us. 1iat.ure 1!?3 pp. 1109-110.

+ :Ic::ey J. 1979. The d is t r ibut ion of Secondary Conpounds within plant-,.

ED b:; G.A. Rosenthnl & D.11. Janzen Academic Press. I1.Y.

+ Rondes D.T. 1973. Secon?!?rv Con;>oi;ni!s as Qnfen-ive mechznisr i n p lants

I n : Rocenthal Janzen eds fLcadcmic Press. K.Y. + Rondes 3.F. & Cates R.G. 1976. Toward a geccral theory of p lant antiher-

bivore ci:ri?istry. Recent Advances i n Phytochenistry.

'Jol 10 7:> 2S.3-20?.

+ I:oscnthnl U.A. L Jaiizen D.i!. 1979.

S~?co,ndnr:,-nl.n x,ljt2,?. ::D. C.A. Eosenth;il & Janzen

Acodc?riic precs. Cap:; :!. y 2 .

,

+ Siegler D. 1977. Prinary Soles for Secondary Conpounds. Biochemical Syst.

and Ecoloey. Vol 5 pp. 194-200.

e Siegler D. & Price P.W. Secondary Cornnounds in Plants: Primary Functions

American Naturalist 100 pp. 101-105.

+ Swain T. 1977. Secondary Compounds. as protective a-ents.Annua1 Review

of plant physioloey. Vol 28 pp. 479-501.

+ Whittaker R . H . PI Feeny P. 1071. Allelochemics, Chemical interactions - - between species. Science 171. pp 757-770.