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¿Qué factores pueden afectar la elección del lugar de oviposición en las polillas nocturnas?

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Polilla de invierno (Operophtera brumata) es una pequeña polilla braquiptera (las hembras tienen alas aturdidas, incapaces de volar) que coloca huevos en ramas gruesas.

Me gustaría saber qué factores abióticos y bióticos pueden influir en la selección del lugar para la oviposición. Teniendo en cuenta que el nivel de humedad es probablemente el mismo en todo el árbol (y probablemente todo el bosque) y las ramas son tan gruesas que no se pueden distinguir del entorno circundante (y no hay calor acumulado para identificar su orientación (sur, norte, etc.)

¿Qué otros factores pueden influir?


Las plantas hospedadoras preferidas de la polilla de invierno son principalmente árboles de hoja caduca, siendo el roble la principal planta alimenticia y también muchos árboles frutales, abedules y avellanos. Las hembras generalmente depositan los huevos en las grietas de la corteza, debajo de las escamas de la corteza, en los desgarros de la corteza y debajo de los líquenes a lo largo de los troncos de los árboles de las especies hospedadoras. Los huevos son inicialmente pequeños y verdes, pero cambian gradualmente de color a naranja y luego a rojo antes de eclosionar (referencia 1 y referencia 2).

Aunque se prefiere el roble,

No parece haber mucha discriminación en la selección de la planta hospedera o el sitio de oviposición por parte de la hembra (Wint 1983), ya que la elección de la planta alimenticia para las larvas depende del sitio de pupación de la hembra y de la dirección que toma al emerger, ya que simplemente sube. el árbol más cercano. Por lo tanto, podría ser justo decir que las larvas contribuyen más a la elección de la planta huésped que los adultos, ya que las larvas pueden hincharse si la planta huésped no es adecuada. Sin embargo, existe la posibilidad de que año tras año cada generación de hembras trepe al mismo árbol que su madre, y los robles (una de las plantas hospedantes más comunes) pueden tener cientos de años, por lo que podría haber habido cientos de generaciones de polilla de invierno en el mismo árbol (referencia).

De modo que, en efecto, eso significa que el grosor de las ramas o el hecho de que no se puedan distinguir no debería ser un factor. En cuanto a la condición abiótica y biótica, las principales condiciones abióticas son la precipitación, la temperatura y el fotoperiodo.

Un aumento de temperatura conduce a una mayor actividad y un metabolismo más rápido (referencia) Dado que los brotes de las hojas se abren más rápido, existe la posibilidad de que los huevos se pongan más rápido debido a que la larva necesita excavar en los brotes antes de que se abra la hoja (brote) La eclosión depende de la temperatura, pero no creo que afecte mucho al número de huevos. Los factores bióticos como la presencia de depredadores parásitos reducen la población pero no parecen reducir el número de huevos… (referencia)


El rol de Desmodium intortum, Brachiaria sp. y Phaseolus vulgaris en el manejo del gusano cogollero Spodoptera frugiperda (J. E. Smith) en sistemas de cultivo de maíz en África

El gusano cogollero (FAW), Spodoptera frugiperda (J.E. Smith) es una plaga grave del maíz. Se ha informado que los sistemas de cultivo, como el cultivo intercalado de maíz y leguminosas, reducen significativamente las infestaciones de gusano cogollero. Sin embargo, los mecanismos exactos implicados en la gestión del gusano cogollero no se han dilucidado en la práctica. Por lo tanto, evaluamos la preferencia del hospedador larval, la alimentación y la tasa de supervivencia cuando se exponen a cuatro plantas hospedantes que se usan comúnmente en cultivos intercalados de leguminosas y push-pull. También comparamos la preferencia de oviposición de las polillas adultas entre el maíz y otras gramíneas utilizadas como cultivos trampa en push-pull.

RESULTADOS

El estudio de orientación y asentamiento de las larvas mostró que el maíz era la planta hospedante más preferida, seguida de frijol, desmodium y Brachiaria brizantha cv Mulato II. El experimento de detención y dispersión de larvas mostró que el número medio de larvas fue significativamente mayor en maíz que en Desmodium o B. brizantha cv Mulato II. Sin embargo, no se encontraron diferencias significativas entre maíz y frijol a las 24 h. El maíz fue la planta más consumida, seguida del frijol, el desmodium y finalmente la brachiaria. El porcentaje medio de supervivencia a la etapa de pupación fue significativamente mayor en el maíz. El estudio sobre la preferencia de oviposición del gusano cogollero no mostró diferencias significativas en los huevos depositados entre el maíz y otras gramíneas. Sin embargo, B. brizantha cv Xaraes, que recibió más huevos que maíz, podría ser una alternativa prometedora para B. brizantha cv Mulato II para el control del gusano cogollero.

CONCLUSIÓN

El estudio proporciona una mejor comprensión de los mecanismos involucrados en el control del gusano cogollero bajo el cultivo intercalado push-pull y de leguminosas de maíz. © 2021 Los Autores. Ciencia del manejo de plagas publicado por John Wiley & Sons Ltd en nombre de Society of Chemical Industry.


Introducción

La selección de la planta huésped por parte de insectos herbívoros hembra afecta fundamentalmente la supervivencia y reproducción de su descendencia, y es particularmente relevante para la descendencia recién nacida porque son especialmente susceptibles a las defensas de las plantas y deben hacer frente a una variedad de obstáculos para colonizar con éxito un huésped [1,2]. En el proceso de selección de plantas hospedantes, los insectos hembras deben discriminar entre hospederos al menos en dos niveles. Primero, deben discriminar entre plantas hospedantes y no hospedantes, y segundo, deben discriminar entre plantas hospedantes de diferentes calidades [2-4]. Discriminar entre plantas hospedantes y no hospedantes típicamente implica la discriminación entre un número discreto de especies de plantas, dependiendo de la complejidad del hábitat (por ejemplo, hábitats naturales o agrícolas) discriminar entre hospedadores implica discriminación entre plantas de calidad variable, que depende de la interacción entre un gran número de variables vegetales que interactúan frecuentemente (por ejemplo, genotipo, estado nutricional, etc.) y ambientales (por ejemplo, estrés por sequía, herbivoría, etc.). Por ejemplo, una variable relevante de la planta hospedante es el estado nutricional, que puede variar cuantitativa y cualitativamente con la edad y el tejido dentro de los individuos de la planta, y con el ambiente y el genotipo entre las poblaciones de plantas. Así, las plantas de algodón (Gossypium hirsutum L.) sometidos a fertilización mejorada con nitrógeno fueron preferidos por Spodoptera exigua (Hübner) hembras y larvas para oviposición y alimentación, respectivamente [5]. Una variable ambiental relevante para la selección del hospedador es la herbivoría, que puede ser de diferente importancia dependiendo de su momento, ya sea anterior, presente o futuro, y si induce respuestas defensivas en las plantas hospedantes. Por ejemplo, la herbivoría previa puede afectar la calidad del hospedador al mediar la cantidad de alimento disponible para la descendencia de una hembra, mientras que la herbivoría presente y futura puede hacerlo al mediar las respuestas químicas de la planta a la herbivoría. En consecuencia, estudios anteriores demostraron que las hembras que ovipositan pueden discriminar a las plantas hospedantes con biomasa reducida oa favor de las plantas con biomasa aumentada debido a la herbivoría previa [6, 7]. Otros estudios mostraron que la herbivoría presente y futura, como la de las larvas o los huevos de insectos, respectivamente, puede afectar la selección del hospedador al mediar el despliegue de defensas químicas directas e indirectas inducibles contra la descendencia de un herbívoro (p. Ej., [8-10]).

Es probable que la discriminación entre individuos de plantas hospedantes (en lugar de especies de plantas hospedantes) sea la situación predominante en los paisajes agrícolas. Allí, los cultivos individuales (es decir, las plantas hospedantes) pueden ser dominantes, aunque una variedad de cultivares puede coexistir en los paisajes. Tal es el contexto en el que los insectos herbívoros del maíz (Zea mays mays L.) puede buscar hospedadores en áreas de América subtropical y tropical y África subsahariana donde el cultivo es cultivado por pequeños agricultores tradicionales. En esas áreas, el maíz puede cultivarse en paisajes dominados por mosaicos de híbridos comerciales genéticamente estrechos o por una variedad de variedades locales genéticamente heterogéneas. Además, en algunas áreas de América subtropical, los teosintes (especies de Zea L. distintos del maíz), los parientes silvestres del maíz, pueden crecer en campos de cultivares de maíz híbridos o autóctonos.

En los trópicos y subtrópicos de América, el gusano cogollero [Spodoptera frugiperda (J. E. Smith)] es típicamente la plaga más importante del maíz, particularmente durante las primeras etapas de crecimiento vegetativo del cultivo [11-16]. Es importante destacar que recientemente se convirtió en una plaga invasora y devastadora del maíz en el África subsahariana [17,18]. El gusano cogollero es polífago y se conoce de & gt180 plantas hospedadoras de varias familias, aunque se prefieren las especies de Poaceae (p. Ej., Maíz, sorgo, arroz) [11,19-23]. En su etapa larvaria, puede deshojar completamente las plántulas y las plantas de maíz en etapa vegetativa temprana, atrofiar el crecimiento de las plantas o matar plántulas [11,12, 14,17,24]. Una cantidad modesta de investigación abordó la ecología de la oviposición y la dispersión de larvas en el maíz en el contexto de plantas en etapa vegetativa tardía a reproductiva, así como el movimiento de larvas dentro de la planta (por ejemplo, [25-31]). En contraste, sin embargo, comparativamente poca investigación abordó esas preguntas en el contexto del maíz en etapa de plántula y la dispersión de larvas entre plantas, a pesar de la susceptibilidad de las plántulas a la herbivoría y la relevancia de la oviposición y la dispersión de larvas para la ecología general del gusano cogollero en el campo (por ejemplo, [12,16,32,33]).

Un número considerable de estudios ha informado que las plántulas de maíz responden a la herbivoría, incluso por las larvas del gusano cogollero, alterando sus defensas inducidas directas e indirectas (por ejemplo, [34-39]). Las defensas directas inducidas afectan el comportamiento de los insectos, mientras que las defensas indirectas inducidas atraen a los enemigos naturales [38,40-42]. Estudios anteriores abordaron la selección de plantas hospedantes por el gusano cogollero en relación con el rendimiento de su descendencia en cultivares de maíz defendidos de forma variable, es decir, la hipótesis de preferencia de rendimiento [2,43], aunque proporcionaron resultados contradictorios. Por ejemplo, un estudio temprano mostró una clara discriminación de oviposición entre cultivares de maíz que se sabe que varían en su resistencia a las larvas del gusano cogollero [27], mientras que otros estudios mostraron una oviposición indiscriminada en plantas hospedadoras y no hospedadoras y objetos no vegetales, y sin correlación entre preferencia oviposicional y comportamiento larvario [19, 20, 32-44]. Aparte de la preferencia de oviposición basada en el rendimiento de la descendencia, algunos estudios abordaron si la herbivoría presente interviene en la selección del hospedador mediante la oviposición de las hembras. En el caso del gusano cogollero, un estudio mostró que las hembras se sentían menos atraídas por las plantas de maíz dañadas por larvas conespecíficas en comparación con las plantas ilesas [45], aunque no se evaluó si la oviposición real estaba mediada por la lesión de la planta. De manera similar, se sabe poco sobre la dispersión y las preferencias de alimentación (huésped) de las larvas jóvenes del gusano cogollero, que típicamente se dispersan del huésped natal poco después de la eclosión [11,20,24,30,46]. En general, se cree que las larvas recién nacidas se dispersan aleatoriamente de las plantas porque se hinchan, es decir, un medio de dispersión en el que las larvas recién nacidas son transportadas por corrientes de viento capturadas por hebras de seda producidas por glándulas de seda labiales [1,12]. Si bien estudios de laboratorio anteriores demostraron que las larvas del gusano cogollero se sienten atraídas de manera diferencial por los cultivares de maíz o las gramíneas que varían en sus niveles de defensa o cualidades nutricionales [44,47], los estudios disponibles no han abordado si las larvas recién nacidas se dispersan al azar, ni si las larvas que inicialmente colonizan un El host inadecuado se dispersará más, ya sea direccional o aleatoriamente.

Las plantas pueden responder tanto a la herbivoría presente, por ejemplo, debido a la alimentación por larvas de insectos, como a la herbivoría futura, por ejemplo, representada por huevos de insectos, a través de defensas inducidas directas o indirectas (por ejemplo, [10,48-50]). Es importante destacar que la oviposición de insectos puede suprimir algunas defensas de las plantas y preparar otras [51,52]. Por ejemplo, un estudio reciente informó que la oviposición en el maíz por el gusano cogollero suprimió tanto los volátiles constitutivos (linalol) como los inducidos de la planta hospedante (terpenos y compuestos aromáticos) relevantes para el hallazgo de hospedadores por parte de los parasitoides [53]. En general, los resultados de ese estudio sugirieron que la oviposición de las hembras del gusano cogollero hacía que las plantas fueran menos evidentes para los parasitoides larvarios y otras hembras, lo que potencialmente las hacía huéspedes más adecuadas al reducir los riesgos de parasitismo y la competencia intraespecífica [53]. Curiosamente, sin embargo, otros estudios mostraron que la oviposición por parte del barrenador del tallo Chilo partellus (Swinhoe) indujo a algunos cultivares de maíz, pero no a otros, a liberar los volátiles de las plantas atractivos para los parasitoides [54-56]. Aparentemente, las respuestas de las plantas de maíz a la oviposición de insectos dependen tanto de las especies de herbívoros como de la variedad de maíz. Sin embargo, hasta ahora se desconoce si la futura herbivoría, en forma de oviposición conespecífica previa, media en la selección del hospedador por parte de las hembras del gusano cogollero.

El objetivo de este estudio fue ampliar nuestro conocimiento de la ecología del gusano cogollero, en particular de: (i) la selección de hospedadores por parte de las hembras en relación con la calidad variable de la planta hospedante, y la herbivoría presente y futura, y (ii) la dispersión y las preferencias de hospedadores de los jóvenes y larvas más viejas. Centramos nuestro estudio en hembras adultas, larvas recién nacidas y larvas más viejas porque estas etapas de vida desempeñan funciones distintas en el ciclo de vida y la ecología del gusano cogollero. En particular, aquí abordamos si: (i) las hembras que ovipositan discriminan entre los genotipos de maíz que difieren en su idoneidad para las larvas (ii) cualquier discriminación entre los genotipos de maíz por parte de las hembras está mediada por la herbivoría y su momento, futuro (presencia de huevos conespecíficos) o presente (presencia de larvas conespecíficas), así como por la emisión de volátiles de hojas verdes inducidos por la herbivoría, y (iii) la dispersión de las larvas recién nacidas y de mayor edad se alimentan direccionalmente y discriminan entre los genotipos de maíz. Nuestros resultados son especialmente relevantes para el estado del gusano cogollero como plaga de plántulas y maíz en etapa vegetativa temprana, como suele ser el caso en América tropical y subtropical, y recientemente en África subsahariana [14-18]. Combinados con los resultados de estudios previos, nuestros resultados se utilizaron para (i) ensamblar un modelo hipotético de oviposición y ecología larvaria, y señalar las lagunas de conocimiento que se abordarán en investigaciones futuras, y (ii) discutir estrategias de gestión para contextos en los que El gusano cogollero es una plaga de las plántulas y del maíz en etapa vegetativa temprana.


RESULTADOS

Las hembras pusieron significativamente más huevos en las plantas no dañadas en comparación con las plantas dañadas por gusanos de alambre (PAG & lt 0,001, norte = 10) (Figura 1A). En promedio, el 81% de los huevos se depositaron en las plantas intactas. La diferencia en la distribución de huevos se manifestó tanto en el número de lotes de huevos depositados (Figura 1B) como en el número medio de huevos por lote depositados (Figura 1C). En promedio, las 2 plantas sin daños en una jaula recibieron 6.0 ± 1.7 lotes de huevos, mientras que 2.7 ± 1.4 lotes se depositaron en la planta dañada por el gusano de alambre (PAG & lt 0,001, norte = 10). En plantas intactas, las hembras depositaron un promedio de 424 ± 178 huevos / lote (norte = 60), mientras que en las plantas dañadas por el gusano de alambre, el número medio de huevos / lote (norte = 27) fue 213 ± 104 huevos (PAG & lt 0,001).

Experimentos de oviposición de dos opciones donde Spodoptera littoralis las hembras pueden poner huevos en plantas de algodón intactas (barras llenas) o en plantas infestadas de gusanos de alambre, Agriotes lineatus (barras abiertas): (A) el porcentaje de huevos depositados (B) el número medio de lotes de huevos y (C) el número medio de huevos en cada lote de huevos. Emparejado t-prueba, norte = 10. Las barras indican la desviación estándar.

Experimentos de oviposición de dos opciones donde Spodoptera littoralis las hembras pueden poner huevos en plantas de algodón intactas (barras llenas) o en plantas infestadas de gusanos de alambre, Agriotes lineatus (barras abiertas): (A) el porcentaje de huevos depositados (B) el número medio de lotes de huevos y (C) el número medio de huevos en cada lote de huevos. Emparejado t-prueba, norte = 10. Las barras indican la desviación estándar.

Un porcentaje más alto (88%) de las larvas dejaron las plantas dañadas por gusanos de alambre en comparación con las plantas dañadas por S. littoralis larvas (31%) o movimiento entre plantas no dañadas (25%) (grados de libertad [gl] = 1, PAG & lt 0.01, norte = 16) (Figura 2). Las larvas no mostraron una mayor tendencia a salir. Spodoptera-plantas dañadas en comparación con el movimiento entre las 2 plantas no dañadas (gl = 1, PAG & gt 0,05, norte = 16). La mayoría de las larvas abandonaron las plantas dañadas por el gusano de alambre al principio del experimento. Ya a las 34 h del experimento, el 75% de las larvas habían dejado el gusano de alambre dañado, mientras que solo el 19% había abandonado el S. littoralis–Plantas dañadas o la planta no dañada en el experimento de control (gl = 1, PAG & lt 0.01, norte = 16). La proporción de alimentación en la planta de liberación en relación con la alimentación total también fue diferente entre los tratamientos (Figura 3). En el S. littoralis–Plantas dañadas, el 87% del material foliar se consumió en la planta dañada, en contraste con el 44% en el caso del gusano de alambre dañado (PAG & lt 0,05). Este patrón ya era evidente después de 24 h, con una proporción estimada del 93% de la alimentación en el S. littoralis–Planta de liberación dañada y 54% en plantas dañadas por gusano de alambre (PAG & lt 0,05). En el experimento de control, el porcentaje de consumo asignado a la planta de liberación fue 83% después de 24 hy 91% después de 72 h, lo que fue significativamente diferente del gusano de alambre dañado (PAG & lt 0.05) pero no del Spodoptera dañado (PAG & gt 0,05).

Se permitió que las larvas se movieran entre ellas y eligieran alimentarse de una planta de algodón dañada o no dañada. Las plantas fueron dañadas bajo tierra por gusanos de alambre (Agriotes lineatus) o sobre el suelo por Spodoptera littoralis larvas. En cada par de plantas probado, un solo tercer estadio S. littoralis La larva se colocó en la tercera hoja verdadera de la planta dañada. Además, se observó movimiento de larvas entre 2 plantas intactas. El gráfico muestra el número acumulado de pares de plantas experimentales en las que la larva dejó la primera planta y se trasladó a la otra planta en los diferentes momentos de observación. Las diferencias entre los 2 tratamientos de daño se probaron después de 34 (gl = 1, PAG & lt 0.01, norte = 16) y 72 h (gl = 1 PAG & lt 0.01, norte = 16) utilizando la prueba de chi-cuadrado.

Se permitió que las larvas se movieran entre ellas y eligieran alimentarse de una planta de algodón dañada o no dañada. Las plantas fueron dañadas bajo tierra por gusanos de alambre (Agriotes lineatus) o sobre el suelo por Spodoptera littoralis larvas. En cada par de plantas probado, un solo tercer estadio S. littoralis La larva se colocó en la tercera hoja verdadera de la planta dañada. Además, se observó movimiento de larvas entre 2 plantas no dañadas.El gráfico muestra el número acumulado de pares de plantas experimentales en las que la larva dejó la primera planta y se trasladó a la otra planta en los diferentes momentos de observación. Las diferencias entre los 2 tratamientos de daño se probaron después de 34 (gl = 1, PAG & lt 0.01, norte = 16) y 72 h (gl = 1 PAG & lt 0.01, norte = 16) utilizando la prueba de chi-cuadrado.

Porcentaje medio de material vegetal consumido en la planta de liberación por las larvas 24, 48 y 72 h después del inicio de la alimentación. En cada par de plantas probado, un solo tercer estadio Spodoptera littoralis La larva se colocó en la tercera hoja verdadera de una planta de liberación vecina a una planta intacta, lo que permitió el movimiento entre las plantas. La planta de liberación no resultó dañada, dañada bajo tierra por gusanos de alambre (Agriotes lineatus), o dañado en la superficie por S. littoralis larvas. Las barras representan errores estándar. Las letras indican diferencias significativas (Student's t-prueba, PAG & lt 0,05).

Porcentaje medio de material vegetal consumido en la planta de liberación por las larvas 24, 48 y 72 h después del inicio de la alimentación. En cada par de plantas probado, un solo tercer estadio Spodoptera littoralis La larva se colocó en la tercera hoja verdadera de una planta de liberación vecina a una planta intacta, lo que permitió el movimiento entre las plantas. La planta de liberación no resultó dañada, dañada bajo tierra por gusanos de alambre (Agriotes lineatus), o dañado en la superficie por S. littoralis larvas. Las barras representan errores estándar. Las letras indican diferencias significativas (Student's t-prueba, PAG & lt 0,05).


La elección del lugar de oviposición bajo riesgos conflictivos demuestra que los depredadores acuáticos impulsan la puesta de huevos terrestre

Poner huevos fuera del agua fue crucial para la transición a la tierra y ha evolucionado repetidamente en múltiples filos de animales. Sin embargo, probar hipótesis sobre esta transición ha sido difícil porque las especies existentes solo se reproducen en un entorno. La rana arborícola sin pantalones, Dendropsophus ebraccatus, hace posibles estas pruebas porque ponen huevos tanto acuáticos como arbóreos. Aquí, probamos las opciones de sitios de oviposición de D. ebraccatus bajo riesgos conflictivos de desecación de huevos arbóreos y depredación de huevos acuáticos, estimando así la importancia relativa de cada agente selectivo en la reproducción. También medimos la discriminación entre hábitats con y sin depredadores y el desarrollo de huevos acuáticos y arbóreos depositados de forma natural. Los embriones acuáticos en la naturaleza se desarrollaron más rápido que los embriones arbóreos, lo que implica que no hay costo para la puesta de huevos acuáticos. En las pruebas de elección, D. ebraccatus evitó hábitats con peces, lo que demuestra que pueden detectar depredadores acuáticos de huevos. Más importante, D. ebraccatus pusieron la mayoría de los huevos en el agua cuando se enfrentaron únicamente al riesgo de desecación, pero pasaron a poner huevos de forma arbórea cuando el riesgo de desecación y los depredadores acuáticos estaban presentes. Esto proporciona la primera evidencia experimental a nuestro conocimiento de que el riesgo de depredación acuática influye en la oviposición no acuática y apoya firmemente la hipótesis de que fue un impulsor de la evolución de la reproducción terrestre.

1. Introducción

Sin lugar a dudas, la transición del medio acuático al terrestre es uno de los eventos evolutivos más importantes en la historia de la vida. Para los animales, el éxito de esta transición no solo se debió a la capacidad de los adultos para sobrevivir en la tierra, sino también para reproducirse y poner huevos lejos del agua. La capacidad de poner huevos fuera del agua ha evolucionado por separado y repetidamente en múltiples filos, incluidos gasterópodos, artrópodos y vertebrados [1-3]. De hecho, la puesta de huevos fuera del agua puede haber precedido incluso al movimiento de los vertebrados hacia la tierra [4].

La hipótesis principal para la evolución de la reproducción no acuática es la evitación de los depredadores acuáticos, aunque también se han considerado otras hipótesis, como el escape de parásitos acuáticos y el bajo nivel de oxígeno en estanques tropicales [5-8]. Sin embargo, el entorno terrestre no es una panacea y viene con su propio conjunto de depredadores (por ejemplo, [9-11]), así como nuevos factores de riesgo, como la posibilidad de que los huevos se desequen (por ejemplo, [12-14]). La importancia relativa de estos diversos agentes selectivos en la reproducción ha resultado difícil de estudiar porque los comportamientos reproductivos existentes y el desarrollo embrionario generalmente están fijos para un ambiente u otro, lo que impide una comparación directa entre hábitats acuáticos y terrestres. Por ejemplo, los huevos de anfibios terrestres suelen ser mucho más grandes que los acuáticos [15], lo que limita su capacidad para obtener oxígeno en el agua. Del mismo modo, los huevos acuáticos se secan rápidamente si se sacan del agua [16]. Por lo tanto, el hecho de que los embriones existentes estén adaptados a su entorno normal prohíbe un experimento que pueda comparar directamente la supervivencia de cada tipo de huevo en cada entorno.

Los anfibios fueron los primeros vertebrados en hacer una transición exitosa a la vida en la tierra y los anuros poseen la gama más diversa de modos de reproducción en los vertebrados tetrápodos, con casi 40 formas diferentes de reproducción documentadas [17]. Aunque la puesta de huevos acuáticos se considera ancestral en los anfibios, varias formas de oviposición no acuática han evolucionado más de 50 veces de forma independiente solo en las ranas [18]. Además, las formas terrestres de reproducción parecen haber estimulado varias radiaciones importantes de especies de ranas [19-21]. Por lo tanto, la diversidad de formas reproductivas hace que los anuros sean particularmente interesantes y útiles para estudiar la evolución de la reproducción. Estudios filogenéticos recientes han demostrado una asociación entre las formas terrestres de reproducción de los anfibios y las áreas de alta precipitación [18] y la cubierta forestal [22]. Sin embargo, estos estudios no proporcionan pruebas de diferentes agentes selectivos sobre la reproducción, por lo que solo nos permiten inferir las condiciones que podrían permitir la evolución de la reproducción terrestre, pero no los agentes selectivos responsables de impulsar tales eventos.

Una forma potencial de evaluar la importancia relativa de estos diferentes factores selectivos es a través de la elección del lugar de oviposición de los adultos reproductores. Los animales suelen elegir entre los sitios potenciales para sus huevos en un esfuerzo por aumentar la supervivencia de las crías, entre otras hipótesis [23]. Este comportamiento está muy extendido y se da en mosquitos [24,25], caballitos del diablo [26], polillas y mariposas [27], escarabajos [28], anfibios [29-31] y reptiles [32], entre otros. Estas elecciones del sitio de oviposición son importantes para la aptitud, ya que la elección de hábitats de mala calidad o incorrectos puede provocar la mortalidad total de la descendencia o un rendimiento reducido más adelante en la vida [33,34]. Además, evaluar las decisiones de comportamiento en los animales existentes proporciona una forma manejable de evaluar la importancia de los agentes selectivos en la evolución de la reproducción, ya que los comportamientos y los tejidos blandos (como los embriones) no se fosilizan.

Los animales que toman decisiones sobre dónde colocar a sus crías se enfrentan a muchos ejes diferentes de la calidad del hábitat. Las madres pueden elegir un sitio de oviposición particular para evitar depredadores [26,29,35] o competidores [28,31,35] o debido a las ventajosas características físicas del sitio [30,36,37]. Sin embargo, la elección del sitio de oviposición puede implicar decisiones complejas que requieren incorporar múltiples tipos de amenazas y beneficios potencialmente conflictivos. Por ejemplo, los grillos de campo de Texas (Gryllus texensis) prefieren ovipositar en madrigueras más cálidas, pero cambiarán a utilizar otras más frías cuando los sitios preferidos incurran en riesgo de depredación [38]. De manera similar, las ranas arborícolas ardilla (Hyla squirella) generalmente evitan la puesta de huevos en estanques con peces depredadores, pero lo harán cuando la actividad de reproducción sea alta para disminuir la competencia con sus congéneres [39]. Por lo tanto, la elección del lugar de oviposición no es tan simple como puede parecer a primera vista y proporciona una manera excelente de evaluar cómo los organismos perciben y clasifican varios riesgos.

La rana arborícola sin pantalones, Dendropsophus ebraccatus [40], brinda una oportunidad única de utilizar la elección del sitio de oviposición para evaluar la importancia de varios agentes selectivos en la reproducción terrestre porque esta especie tiene plasticidad en su modo reproductivo, y pone huevos acuáticos o arbóreos de manera flexible en diferentes contextos ambientales [41,42] . Nos referimos a los huevos no acuáticos de D. ebraccatus como "arbóreos" para evitar la confusión con los huevos de anuros de desarrollo directo, que a menudo se denominan "terrestres". Para D. ebraccatus, poner huevos fuera del agua conlleva un alto riesgo de desecación, que se mejora con la sombra y la lluvia en hábitats sin sombra, el 98% de los huevos arbóreos mueren durante los primeros dos días después de la oviposición si no llueve [14]. Los huevos que reciben más de aproximadamente 10 mm de lluvia durante el primer día después de la oviposición esencialmente no tienen mortalidad y aproximadamente el 50% de los días durante la temporada de lluvias reciben lluvia [42]. La oviposición de huevos directamente en el estanque elimina la amenaza de que se sequen, pero potencialmente los expone a la depredación acuática, que presenta, en promedio, un mayor riesgo de mortalidad que la desecación de los huevos fuera del agua [42]. El agua de los estanques contiene inevitablemente menos oxígeno que el aire y, por lo tanto, los embriones también pueden enfrentar costos de desarrollo cuando se depositan en el agua [42]. Por último, las lluvias en el futuro no son predecibles y el cambio climático lo está haciendo aún menos [42]. Dendropsophus ebraccatus por lo tanto, es probable que las hembras se enfrenten a riesgos conflictivos de depredación acuática, falta de oxígeno en el agua y riesgo de desecación en el aire al elegir dónde poner sus huevos. Entendiendo las formas en que D. ebraccatus evalúa estos riesgos informará nuestra comprensión de la influencia relativa de cada uno en la evolución de la reproducción acuática frente a la no acuática en esta especie.

Aquí, investigamos el conflicto entre la oviposición acuática y arbórea en D. ebraccatus. Primero cuantificamos el desarrollo de huevos acuáticos y arbóreos en el campo para estimar los costos potenciales de desarrollo asociados con la oviposición acuática. Luego medimos la capacidad de D. ebraccatus para discriminar entre pequeños hábitats de reproducción con y sin peces, un huevo acuático conocido y un depredador de renacuajos. Por último, medimos experimentalmente las opciones de modo de reproducción (puesta de huevos acuáticos o arbóreos) en entornos propensos a la desecación (mesocosmos sin sombra) con y sin depredadores de peces. Planteamos la hipótesis de que (i) los huevos puestos naturalmente en el agua se desarrollarían más lentamente que los que se ponen en las hojas por encima del agua, (ii) cuando se les da la opción, D. ebraccatus evitaría la reproducción en presencia de peces, (iii) en mesocosmos sin sombra que carecen de peces, las ranas pondrían la mayoría de los huevos directamente en el agua y (iv) en mesocosmos sin sombra que contienen peces, las ranas pondrían la mayoría de los huevos en forma arbórea, fuera del agua.

2. Material y métodos

(a) Sistema de estudio

Dendropsophus ebraccatus es una rana arbórea neotropical, que se encuentra comúnmente desde el sur de México hasta la costa de Ecuador [43]. La reproducción se lleva a cabo durante la temporada de lluvias, aproximadamente de mayo a noviembre en nuestro sitio de estudio en el centro de Panamá. Los siguientes experimentos se llevaron a cabo en la estación de campo Gamboa del Instituto Smithsonian de Investigaciones Tropicales entre junio de 2007 y agosto de 2008. Los machos llaman por la noche desde la vegetación para atraer a las hembras [44,45]. Las hembras ponen 243 ± 60 huevos en una sola noche, divididos en una a ocho masas de huevos separadas (media ± 1 DE, aquí y debajo norte = 67 parejas de ranas, J.T. 2006, datos no publicados). Los huevos se depositan en una sola capa en la cara superior de las plantas emergentes o directamente en el agua adheridos a la vegetación flotante u otro sustrato, que es necesario para mantenerlos cerca de la superficie del agua ya que no flotan [41].

(b) Estudio de campo: tasa de desarrollo en el aire y el agua

Para estimar los efectos de diferentes sitios de oviposición en D. ebraccatus desarrollo embrionario, conservamos una serie de tiempo de embriones de masas de huevos depositados naturalmente sobre y en la superficie del agua en dos estanques cerca de nuestro sitio de estudio. Las masas de huevos se pusieron la noche del 21 de junio de 2007 y se localizaron y marcaron a la mañana siguiente. En Bridge Pond (9 ° 6′50.26 ″ N, 79 ° 41′48.13 ″ W), solo se encontraron masas de huevos arbóreos (norte = 8), mientras que en Quarry Pond (9 ° 7′22.71 ″ N, 79 ° 41′36.37 ″ W), encontramos masas de huevos acuáticos y arbóreos (norte = 10 cada uno). Quarry Pond es un estanque permanente relativamente profundo con relativamente poco dosel, mientras que Bridge Pond es un estanque estacional poco profundo que se llena al comienzo de la temporada de lluvias y generalmente retiene agua hasta la estación seca y tiene un dosel moderado por encima. Se colocaron masas de huevos acuáticos justo debajo de la superficie del agua en Salvinia plantas. Usamos la medianoche como el tiempo estimado de oviposición para los cálculos de la edad del embrión. La mayoría de las nidadas se ponen entre las 23:00 y la 01:00 (J.T. 2006, observación personal). Retiramos un huevo a la vez de cada masa de huevo aproximadamente a las 16, 32 y 40 h después de la oviposición, los embriones se conservaron inmediatamente después de la extracción de la masa de huevo en formalina tamponada neutra al 10% y las etapas de Gosner [46] se estimaron más tarde utilizando un microscopio de disección. (Aumento de 8 ×). Después de aproximadamente 40 h, los embriones acuáticos son capaces de eclosionar [11], lo que dificulta las observaciones del desarrollo. Debido al tiempo necesario para viajar dentro y entre estanques, los embriones en Quarry Pond se conservaron aproximadamente 30 minutos antes que los de Bridge Pond en cada intervalo de tiempo.

Todos los análisis estadísticos aquí y en otros lugares se realizaron en R v. 3.1.1 [47]. La etapa de desarrollo del embrión se analizó utilizando un modelo lineal mixto (LMM [48]) para evaluar los efectos del tiempo y el estanque de huevos / medio ambiente (Quarry Pond acuático, Quarry Pond arbóreo, Bridge Pond arbóreo) y su interacción, con el tiempo también como una pendiente aleatoria. (para tener en cuenta múltiples observaciones por período de tiempo) y la masa de huevos como una intersección aleatoria (para tener en cuenta el hecho de que los embriones múltiples observados a lo largo del tiempo provienen de una sola masa de huevos). Realizamos post hoc análisis para comparar entre las tres combinaciones de estanque de huevos / medio ambiente en cada momento utilizando una prueba de Tukey [49]. Como post hoc Las pruebas se realizaron dentro de cada punto de tiempo por separado, no fue necesario incluir efectos aleatorios y, como tal, el modelo base se simplificó a un modelo lineal. Aquí y a continuación, la significación de los predictores en modelos mixtos se evaluó mediante pruebas de razón de verosimilitud y el ajuste del modelo se verificó visualmente examinando gráficas de cuantiles-cuantiles.

(c) Experimento 1: prueba de discriminación del sitio de oviposición

Para probar la capacidad de D. ebraccatus adultos para discriminar entre sitios de oviposición con y sin depredadores, llevamos a cabo ensayos de elección de sitios de oviposición en mesocosmos ubicados cerca de la Laguna Experimental (9 ° 7′14.88 ″ N, 79 ° 42′14.11 ″ W) en Gamboa, Panamá. Construimos seis jaulas de malla de 1.3 m 3, cada una conteniendo dos tinas de plástico de 60 l (40 cm de profundidad x 44 cm de diámetro) llenas de agua corriente envejecida y vegetación emergente común a D. ebraccatus En los estanques de reproducción en nuestro sitio de estudio, no proporcionamos a las ranas una opción para la oviposición acuática (aunque sería factible que las ranas pusieran huevos acuáticos adheridos a la pared de la tina de plástico). Además, colocamos mesocosmos bajo un espeso dosel de bosque para promover la oviposición arbórea [41]. Asignamos dos Astyanax ruberrimus pescado a una de las dos tinas dentro de cada mesocosmo (la tina del "depredador") y la otra tina era un control libre de depredadores. Astyanax ruberrimus se encuentra a menudo en estanques donde D. ebraccatus se reproduce en nuestro sitio de estudio (J.T.2004, observación personal) pero normalmente no ocurre en Experimental Pond. Colocamos 10 recién nacidos D. ebraccatus renacuajos en cada tina de depredador 24 h antes de las pruebas de elección del sitio de oviposición para crear señales químicas de depredación.

Probamos 21 pares de apareamiento de D. ebraccatus capturados en el estanque Experimental entre el 15 y el 21 de junio de 2008. Recolectamos parejas que estaban en amplexus pero que aún no habían comenzado a poner huevos y las colocamos en mesocosmos entre las 22.30 y las 23.00 horas. Comenzamos las pruebas colocando parejas al azar en la vegetación sobre el depredador o la tina libre de depredadores. Por lo tanto, las parejas estaban listas para reproducirse en el estanque y no tenían experiencia con los depredadores en nuestro experimento hasta que fueron trasplantadas a una jaula determinada. Dejamos parejas para reproducirse durante la noche y las soltamos en el estanque a la mañana siguiente. Solo se colocó un par de ranas en una jaula a la vez. Contamos y registramos la ubicación de todos los huevos puestos en tinas de depredadores y libres de depredadores. Después de cada prueba, sacamos los huevos de cada tina, los dejamos eclosionar en el laboratorio y los devolvimos al estanque como renacuajos.

La discriminación del sitio de oviposición se analizó mediante una prueba LMM para determinar el efecto del tipo de tina (depredador o control) sobre el número de huevos puestos encima, con efectos de intercepción aleatoria controlando la fecha del ensayo (ya que se realizaron múltiples ensayos por noche y el clima en diferentes noches podría influir en las opciones de oviposición) y la jaula en la que se realizó la prueba (ya que las jaulas pueden haber sido ligeramente diferentes entre sí y se usaron varias veces durante el transcurso del experimento). Además, debido a que los huevos puestos en cada tina se consideraron por separado a pesar de haber sido puestos por un solo par de ranas, "par" se incluyó como un efecto de pendiente aleatorio. Este modelo es equivalente a un par t-prueba, pero permite el control de efectos aleatorios [50].

(d) Experimento 2: elección del modo de reproducción bajo riesgo conflictivo de desecación de huevos y depredación

Medir las opciones de puesta de huevos acuáticos / arbóreos por D. ebraccatus parejas que enfrentan riesgos conflictivos de depredación de huevos y bajo nivel de oxígeno en el agua y desecación de huevos por encima del agua, realizamos ensayos de elección del sitio de oviposición en mesocosmos sin sombra (donde los huevos enfrentan un alto riesgo de desecación) con y sin peces depredadores. Construimos seis mesocosmos de 1,3 m 3, cada uno con una única piscina (25 cm de profundidad × 130 cm de diámetro) llena de agua corriente envejecida y que contiene tanto vegetación emergente como una capa de vegetación acuática flotante (Salvinia), similar a [41]. Cuatro A. ruberrimus se colocaron en cada uno de los tres mesocosmos (mesocosmos "depredadores"), mientras que los otros tres se dejaron como controles libres de depredadores. Para iniciar señales químicas en mesocosmos depredadores, colocamos 25 recién nacidos D. ebraccatus renacuajos en mesocosmos depredadores 24 h antes de comenzar las pruebas de elección del sitio de oviposición. Para mantener las señales de depredación durante el curso del experimento, colocamos aproximadamente 50 D. ebraccatus huevos en el agua de los mesocosmos depredadores cada 2-3 días. Todos los huevos fueron consumidos por depredadores en cada alimentación.

Entre el 26 de julio y el 16 de agosto, probamos las opciones de sitio de oviposición de 18 D. ebraccatus parejas capturadas en Experimental Pond.Recolectamos parejas que estaban en amplexo pero que aún no habían comenzado a poner huevos y las colocamos en mesocosmos entre las 22.30 y las 23.00 horas. Asignamos al azar parejas a los mesocosmos depredadores o de control. Como se mencionó anteriormente, las parejas no tenían experiencia con los depredadores ni con el entorno del mesocosmo hasta que fueron trasplantadas al experimento y solo se colocó un par de ranas en una jaula a la vez. Dejamos las parejas tranquilas durante la noche para que se reproduzcan y las soltamos en el estanque a la mañana siguiente. Registramos el número de huevos dentro de cada masa de huevos y clasificamos la ubicación de todas las masas de huevos como acuáticos, arbóreos o en la superficie del agua (con algunos huevos tanto dentro como fuera del agua [41]). Además, registramos la ubicación de todos los huevos individuales como acuáticos (en contacto con la superficie del agua o debajo) o arbóreos (sin contacto con el agua). Después de contar, todos los huevos se retiraron de los mesocosmos y, con la excepción de los huevos alimentados a los depredadores para crear señales químicas, se dejaron eclosionar en el laboratorio antes de devolverlos al estanque.

Analizamos las opciones de modo reproductivo de dos formas separadas pero complementarias. Primero, usamos un modelo mixto lineal generalizado (GLMM) asumiendo una distribución de error binomial subyacente y una función de enlace logit. El modelo probó los efectos del tratamiento sobre la proporción de huevos puestos de forma arbórea o acuática e incluyó la fecha del ensayo (ya que se realizaron varios ensayos por noche) como un efecto de intercepción aleatorio. También se incluyó un efecto aleatorio a nivel de observación (par de ranas) para tener en cuenta la sobredispersión en el modelo. En segundo lugar, utilizamos una regresión logística multinomial para probar los efectos de la presencia de depredadores en la probabilidad de que las ranas pongan diferentes tipos de masas de huevos (acuáticos, superficiales o arbóreos), similar a [41]. El modelo multinomial no incluyó efectos aleatorios, sino que incluyó tanto la fecha como la jaula como efectos fijos en el modelo.

3. Resultados

(a) Estudio de campo: tasa de desarrollo en el aire y el agua

La etapa de desarrollo de Gosner [46] de los embriones depositados en las tres combinaciones de estanque de huevos / ambiente difirió significativamente, con huevos en el agua en Quarry Pond desarrollándose más rápidamente que los que están en el aire en cualquiera de los estanques (figura 1: estanque / ambiente, χ 2 = 37.5, pag & lt 0,00001). La etapa de desarrollo aumentó con el tiempo, como era de esperar, y no hubo interacción entre la posición acuática o arbórea y el tiempo, lo que indica que el efecto de estar en el aire o en el agua fue constante en las tres veces que conservamos los embriones (tiempo, χ 2 = 99.1, pag & lt 0.00001 tiempo × estanque / ambiente, χ 2 = 1.0, pag = 0,59). Una comparación de Tukey de las tres combinaciones de estanque / ambiente reveló que, en cada punto de tiempo, la etapa de desarrollo siempre fue significativamente mayor para los huevos en el agua en Quarry Pond que los huevos en el aire en Bridge o Quarry Ponds (todos pag & lt 0,02). El desarrollo no fue diferente entre los huevos arbóreos en los estanques Bridge y Quarry a las 16 o 40 h (ambos pag & gt 0,71), pero fue ligeramente diferente a las 30 h (pag = 0.052).

Figura 1. La etapa de desarrollo [46] de D. ebraccatus embriones conservados de masas de huevos acuáticos o arbóreos depositados naturalmente en dos estanques cerca de Gamboa, Panamá. Los embriones que se desarrollan en el agua en Quarry Pond tenían un desarrollo avanzado en comparación con los embriones en el aire, tanto en el mismo estanque como en otro estanque. Las barras son medias ± s.e. norte = 8 masas arbóreas en Bridge Pond, norte = 10 masas arbóreas en Quarry Pond, norte = 10 masas acuáticas en Quarry Pond. (Versión online en color).

(b) Experimento 1: prueba de discriminación del sitio de oviposición

Mujer D. ebraccatus utilizó vegetación emergente para la puesta de huevos arbóreos y discriminó fuertemente contra la oviposición en tinas que contenían pescado (χ 2 = 8.4, pag = 0,004). Las hembras pusieron aproximadamente dos tercios de sus huevos (197 ± 93 huevos) en tinas sin pescado y un tercio en tinas con pescado (112 ± 93 huevos). Seis de las 21 parejas analizadas pusieron todos los huevos en la bañera sin depredadores, mientras que solo una hembra puso todos sus huevos con depredadores. La cantidad de huevos puestos por una hembra determinada no se vio influenciada por la proporción de huevos que puso con los depredadores, lo que indica que los peces no consumieron huevos y alteraron nuestros resultados (χ 2 = 0.24, pag = 0.63).

(c) Experimento 2: elección del modo de reproducción bajo riesgo conflictivo de desecación de huevos y depredación

La presencia de peces en mesocosmos sin sombra tuvo un efecto dramático en las elecciones del modo reproductivo, haciendo que las hembras D. ebraccatus es mucho más probable que pongan huevos arbóreos (figura 2a: χ 2 = 18.1, pag = 0,00002). Cuando no había depredadores en el agua, las hembras ponían el 88% de sus huevos en el agua, mientras que las hembras solo ponían el 13% de sus huevos en el agua con los depredadores. El número de huevos puestos por las hembras no difirió para los mesocosmos de depredadores o de control, lo que indica que los peces no alteraron nuestros resultados al consumir huevos antes de que llegáramos a retirarlos ni las hembras retuvieron los huevos en presencia de peces (232 ± 48 huevos, 254 ± 32 huevos, t-prueba: t13.8 = −1.17, pag = 0,26). Al observar los tipos de masas de huevos puestos, las hembras eran más propensas a poner masas de huevos arbóreos cuando había peces, pero era más probable que depositaran masas de huevos ya sea de forma totalmente acuática o en la superficie del agua en ausencia de peces (figura 2).B: regresión logística multinomial, χ 2 = 17.9, pag = 0,0001). Los tipos relativos de masas de huevos puestos también variaron según las fechas, probablemente debido a la influencia del clima en diferentes noches (χ 2 = 26.5, pag = 0.0009).

Figura 2. Las proporciones de (a) huevos acuáticos o arbóreos y (B) masas de huevos acuáticos, de la superficie del agua o arbóreas puestas por D. ebraccatus en mesocosmos sin sombra con y sin peces depredadores. En ausencia de depredadores, las ranas pusieron la mayoría de los huevos y masas de huevos en el agua, mientras que la presencia de depredadores hizo que las ranas pusieran más huevos y masas de huevos de forma arbórea. norte = 18 parejas de ranas. (Versión online en color).

4. Discusión

La capacidad de poner huevos lejos del agua probablemente fue crucial para el éxito de la transición de los vertebrados a la tierra [1, 3]. Sin embargo, dado que este evento (o más probablemente, estos eventos) ocurrió hace mucho tiempo, y debido a que los comportamientos y los tejidos blandos como los embriones no se fosilizan, ha sido difícil cuantificar la fuerza relativa de las presiones de selección que pueden haber empujado a los organismos ancestrales a desaparecer. dejar el agua y depositar los huevos en tierra. Aquí, presentamos evidencia de que el riesgo de que los huevos de rana sean depredados en el agua supera con creces el riesgo de que esos huevos se desequen fuera del agua, al menos desde la perspectiva del padre que oviposita. Suponemos que las elecciones del sitio de oviposición reflejan la misma selección que ha dado forma a la evolución de la reproducción en general y, por lo tanto, nuestros resultados proporcionan el primer apoyo experimental verdadero para la hipótesis de que el riesgo de depredación acuática fue un factor impulsor importante detrás de la evolución de los huevos no acuáticos. tendido. Sin embargo, es importante reconocer que nuestro experimento no recrea las condiciones ambientales que llevaron a la evolución de la oviposición no acuática. per se.

Para los vertebrados ovíparos, la elección de dónde depositar los huevos es la opción final y más importante para mejorar la supervivencia de la descendencia y, por lo tanto, la aptitud, ya que la mayoría de los peces, anfibios y reptiles carecen del cuidado de sus padres después de la oviposición [51]. Cada vez se entiende más que tales opciones son bastante sofisticadas, por ejemplo, los mosquitos no solo pueden discriminar la presencia de depredadores sino también cuantificar diversos grados de riesgo [25] y las tortugas parecen elegir sitios de oviposición para equilibrar la proporción de sexos de las crías [52]. Sin embargo, las formas en que las hembras toman decisiones cuando se enfrentan a indicadores conflictivos de supervivencia y desarrollo de la descendencia no se conocen bien (pero consulte [38,39]).

Expusimos a las hembras a los depredadores en dos escenarios diferentes. En primer lugar, las hembras discriminaron contra la puesta de huevos arbóreos en hábitats con peces cuando se les dio la opción de elegir un hábitat sin peces. A pesar de que este comportamiento es conocido por muchos taxones (por ejemplo, [25,26,31]), todavía parece notable que D. ebraccatus discernieron con éxito a los depredadores en contenedores relativamente pequeños en lugares cerrados y sin experiencia previa, incluida la falta de peces en el estanque donde se recolectaron las ranas para los experimentos. En segundo lugar, presentamos a las hembras con riesgos contradictorios para sus huevos: riesgo de desecación por falta de sombra sobre el hábitat versus depredadores de peces en el agua. Como se esperaba en base a trabajos anteriores [41], el ambiente propenso a la desecación hizo que las hembras pusieran la mayoría de sus huevos directamente en contacto con o debajo de la superficie del agua cuando no había depredadores presentes (figura 2). Sin embargo, cuando los peces estaban en la piscina, las hembras ignoraron el riesgo de desecación y pasaron a poner la mayoría de los huevos fuera del agua. Nuestro estudio de campo sugiere poco o ningún costo de desarrollo de la puesta de huevos acuáticos (figura 1), eliminándolo como un factor de riesgo importante que influye en la elección del lugar de oviposición, al menos en el escenario actual. Por lo tanto, podemos concluir que las hembras vieron a los depredadores acuáticos como un mayor riesgo para sus huevos que la desecación.

Nuestro experimento se llevó a cabo en mesocosmos artificiales y no intentó verosimilitud, solo siendo una versión simplificada de un estanque que podría ocurrir en la naturaleza. De manera similar, nuestros experimentos no intentaron recrear las condiciones que podrían haber impulsado la evolución de la reproducción no acuática en primer lugar. En realidad, probar la evolución del modo reproductivo parece imposible con animales vertebrados en el momento actual, pero puede ser factible con un invertebrado inteligentemente elegido con un tiempo de generación rápido. Dendropsophus ebraccatus Probablemente la plasticidad del modo reproductivo evolucionó hace mucho tiempo y nunca sabremos las condiciones exactas que llevaron a tal cambio de comportamiento. Dado que los comportamientos no se fosilizan, medir las decisiones de las especies existentes sigue siendo la mejor manera de evaluar el papel de varios agentes selectivos en la evolución de la puesta de huevos. Además, realizar experimentos como el nuestro en condiciones más naturales (por ejemplo, en estanques reales) es inviable dada la necesidad de encontrar cada embrión que una hembra pone durante el transcurso de una noche (cada una de las hembras puso 250-300 huevos en los experimentos aquí).

Los embriones de rana acuática son rápidamente consumidos por los depredadores (por ejemplo, [53]) y los resultados anteriores muestran que los depredadores acuáticos son la principal fuente de mortalidad para D. ebraccatus huevos [42]. Por lo tanto, la presencia de peces representa un indicador confiable de riesgo. Por otro lado, la oviposición arbórea representa una posibilidad desconocida. Los hábitats sin sombra conllevan un alto riesgo de desecación, y la lluvia que seguirá en los días posteriores a la reproducción es desconocida [14,42]. La lluvia cae aproximadamente en el 50% de los días durante la temporada de reproducción de D. ebraccatus [42] y si llueve, los riesgos asociados con la oviposición arbórea se anulan en gran medida [14]. Sin embargo, las lluvias están disminuyendo con regularidad, al menos en el centro de Panamá [42]. Por lo tanto, las hembras parecen tomar decisiones basadas en la información concreta que obtienen durante el evento de oviposición real. Esto está respaldado por el hecho de que las ranas que están a punto de reproducirse pueden trasplantarse de estanques con mucha sombra a mesocosmos sin sombra durante la noche y seguirán ovipositando en el agua [41]. El hecho de que los depredadores estén presentes parece representar un riesgo suficiente para hacer que las madres apuesten por lluvias futuras desconocidas y la posibilidad de que los huevos no mueran por desecación.

Touchon & amp Warkentin [41] demostraron por primera vez que la oviposición acuática ocurre en D. ebraccatus, pero aquí mostramos que es una estrategia viable y potencialmente ventajosa para D. ebraccatus en ausencia de depredadores. Los huevos acuáticos justo debajo de la superficie del agua y expuestos al sol durante el día se desarrollaron más rápidamente que las masas de huevos arbóreos (figura 1). La depredación acuática puede ser muy alta [42], pero si los adultos se encuentran en hábitats libres de depredadores o con bajo riesgo de depredación, la puesta de huevos en el agua puede ser ventajosa para el desarrollo. Incluso en presencia de peces, puede ser posible poner huevos en la superficie del agua de una manera que los proteja de la depredación desde abajo, como en la parte superior de una hoja flotante o sumergida. Hemos encontrado peces en Quarry Pond, donde encontramos huevos acuáticos depositados de forma natural. De manera similar, algunas de las hembras de nuestro experimento pusieron huevos acuáticos incluso en presencia de peces (figura 2). Por lo tanto, poner huevos en el agua es una decisión de alto riesgo / alta recompensa para D. ebraccatus. Existe una alta probabilidad de que se coman los huevos si los pone en el agua, pero si no es así, se desarrollarán rápidamente y sin riesgo de desecación. Además, el hecho de que algunas hembras todavía pongan huevos acuáticos en presencia de peces implica que existe una variación entre los individuos en la forma en que evalúan el riesgo o perciben las señales de la calidad del hábitat. El pequeño tamaño de la muestra de nuestro estudio de campo no niega su importancia como prueba del concepto de que la oviposición acuática en esta especie no es necesariamente perjudicial. Previamente se estudiaron otros dos estanques y también se encontraron casi ningún costo para el desarrollo acuático de D. ebraccatus embriones [42]. Nuestro objetivo no era proporcionar una estimación global de los efectos del desarrollo en el agua, sino simplemente mostrar que la oviposición acuática es factible y no necesariamente retrasa el desarrollo. Si los huevos se hunden en el estanque, por ejemplo, es probable que haya costos de desarrollo. De manera similar, los costos de desarrollo se pueden ver en estanques con diferentes condiciones abióticas a las que se estudian aquí.

Müller et al. [22] encontró recientemente una fuerte asociación entre la reproducción de los anfibios terrestres y el hábitat forestal en los anfibios del este de África. Del mismo modo, Gomez-Mestre et al. [18] encontró una relación entre la reproducción terrestre en ranas y climas con alta precipitación y humedad. Con base en nuestros resultados aquí, proponemos un proceso de dos pasos a través del cual podría evolucionar la reproducción no acuática, que debería aplicarse tanto a los anfibios como a otros taxones. Primero, las especies deben persistir en ambientes con grandes cantidades de lluvia y alta humedad ambiental, lo que elimina la constante y fuerte presión de selección de la desecación. Solo en estos hábitats se puede abrir el nicho terrestre y ponerlo a disposición para su explotación. En segundo lugar, la presencia de depredadores acuáticos que consumen huevos impulsa la evolución de la elección de sitios de oviposición fuera del agua. Una vez que las hembras comiencen a ovipositar fuera del agua y se haya abierto el nicho terrestre, los diversos embriones terrestres existentes y las formas de reproducción terrestre que vemos hoy pueden evolucionar.

5. Conclusión

Dado que el cambio de la puesta de huevos acuáticos a no acuáticos ha ocurrido muchas veces en taxones muy diferentes, no es probable que haya una sola fuerza impulsora detrás de todos estos eventos evolutivos. Nuestros resultados no descartan roles potencialmente importantes para los parásitos transmitidos por el agua, bajos niveles de oxígeno en estanques tropicales o un mayor desarrollo fuera del agua (aunque en nuestro estudio de campo el desarrollo fue mayor en el agua) [5-8]. Todos son potencialmente importantes para determinar el éxito de la transición a la reproducción terrestre. Sin embargo, nuestros resultados apoyan firmemente un papel, y potencialmente el papel más importante, de los depredadores acuáticos en el cambio hacia la reproducción fuera del agua. Los adultos reproductores no solo discriminaban contra la oviposición por encima de los hábitats con peces, sino que cuando se enfrentaban al riesgo de desecación de los huevos frente al riesgo de depredación, las ranas optaban por poner la mayoría de sus huevos fuera del agua. No se sabe que los parásitos acuáticos sean un problema en este sistema, pero el trabajo futuro debería investigar el papel potencial de los niveles de oxígeno en la plasticidad del modo reproductivo. En los años transcurridos desde Touchon & amp Warkentin [41] documentaron por primera vez esta plasticidad en D. ebraccatus, se ha descubierto que otras especies de ranas también tienen modos de reproducción flexibles [54,55], y estas especies pueden proporcionar información adicional independiente sobre los factores que influyen en el cambio a la puesta de huevos en tierra. De manera similar, es posible que las radiaciones de las ranas reproductoras no acuáticas en Asia y África contengan especies con una flexibilidad similar que proporcionarían valiosas medidas independientes de selección en la reproducción.

Declaración de Ética

Esta investigación se realizó bajo el protocolo IACUC de la Universidad de Boston no. 05–022 y también fue aprobado por STRI IACUC.


Abstracto

El área plantada con cultivos transgénicos resistentes a insectos que expresan bacilo turingiensico (Bt) genes ha aumentado considerablemente en muchas áreas del mundo. Dada la presencia cercana deBt cultivos (incluidos los plantados como refugios) y hábitats no agrícolas, plagas a las que se dirige la Bt rasgo tiene una elección entre Bt y noBt cultivos o malezas, y su preferencia de hospedante puede afectar en gran medida el manejo de insectos y el manejo de la resistencia de plagas a Bt proteínas. En este estudio, examinamos la preferencia de oviposición de la plaga objetivo de Bt arroz, Chilo suppressalis, por Bt versus noBt plantas de arroz influenciadas por daños previos causados ​​por C. suppressalis larvas. Los resultados mostraron que C. suppressalis las hembras no tenían preferencia de oviposición por Bt o noBt plantas pero fueron repelidos por plantas conespecíficas dañadas si Bt o noBt. Como consecuencia, C. suppressalis las masas de huevos eran más numerosas en Bt plantas que en las vecinas noBt plantas tanto en invernadero como en experimentos de campo debido al daño significativamente mayor de las orugas enBt plantas. También encontramos evidencia de un peor desempeño de C. suppressalis larvas en plantas de arroz dañadas por congéneres en comparación con plantas no dañadas. Los análisis de GC-MS mostraron que el daño de las larvas inducía la liberación de volátiles que repelían al apareado C. suppressalis hembras en experimentos de túnel de viento. Estos hallazgos sugieren que Bt El arroz podría actuar como un cultivo trampa sin salida para C. suppressalis y por lo tanto proteger adyacentes noBt plantas de arroz. Los resultados también indican que el comportamiento de oviposición de las hembras de la plaga objetivo debe considerarse en el desarrollo de Bt estrategias de manejo de la resistencia.

1. Introducción

Durante los últimos 20 años, plantas modificadas genéticamente resistentes a insectos que expresan proteínas Cry de la bacteria bacilo turingiensico (Bt) se han adoptado rápida y ampliamente en todo el mundo. Introducidos en 1996, cubrieron una superficie total de unos 100 millones de hectáreas en 2016 [1]. En general, la adopción de Bt cultivos ha proporcionado un control eficaz de la plaga o plagas objetivo, ha reducido la aplicación de plaguicidas y ha aumentado los rendimientos [2]. Estas ventajas han motivado a los investigadores en China a desarrollar decenas de Bt líneas para el control de plagas de lepidópteros del arroz (Oryza sativa L.), incluido Chilo suppressalis (Crambidae), Incertulas Scirpophaga (Crambidae), Sesamia inferens (Noctuidae) y Cnaphalocrocis medinalis (Crambidae) [3,4]. Entre estos, C. suppressalis se considera la plaga del arroz más grave en China porque ataca al arroz en todas las etapas de crecimiento y provoca una pérdida de rendimiento anual del 3,1% [3,5].

Aunque muchos estudios han confirmado que Bt Las líneas de arroz brindan una protección sustancial contra las plagas objetivo [6], pocos estudios han considerado los efectos de Bt arroz (o Bt maíz o algodón) sobre el comportamiento de oviposición de las hembras de la plaga objetivo [7-10]. Entender los efectos de Bt cultivos en la oviposición de la plaga objetivo es importante porque Bt Los cultivos generalmente se plantan conBt plantas. Estos últimos sirven como refugio en el sentido de que apoyan la reproducción de plagas y por lo tanto reducen la selección de genotipos con resistencia a Bt [11-13]. En el enfoque de "refugio en una bolsa", Bt y noBt Las semillas de un cultivo se mezclan y se siembran juntas para que las hembras de la plaga tengan que viajar solo una corta distancia para seleccionar un Bt o noBt planta para oviposición [14]. Si el noBt plantas están en un campo adyacente o están en el mismo campo que el Bt plantas, las hembras de las plagas objetivo móviles tendrán la oportunidad de seleccionar entre Bt y noBt plantas para oviposición.

La mayoría de los modelos relacionados con el desarrollo de Bt resistencia en una plaga objetivo suponga que la oviposición entre Bt y noBt las plantas de refugio serán aleatorias [15,16]. Dos puntos de vista diferentes sobre el comportamiento de los insectos sugieren que la oviposición puede no ser aleatoria. Según un punto de vista, las hembras tienden a poner huevos en plantas en las que sus crías pueden tener un buen desempeño. Con base en este punto de vista, los investigadores han sospechado que, dada la fuerte presión de selección causada por Bt plantas, las polillas hembras (la mayoría de las plagas objetivo son lepidópteros) pueden desarrollar una preferencia de oviposición controlada genéticamente por alternativas noBt plantas [7]. Un punto de vista diferente se basa en la observación de que las polillas hembras a menudo prefieren poner huevos en plantas hospedadoras intactas en lugar de dañadas por insectos para reducir la competencia potencial y mejorar el rendimiento de sus crías [17]. Este fenómeno ha sido reportado para varias especies de lepidópteros de diferentes familias, incluyendo Heliothis virescens (Noctuidae) y Manduca quinquemaculata (Sphingidae) en tabaco [18,19], Ostrinia nubilalis, Ostrinia furnacalis (ambos Crambidae) y Spodoptera frugiperda (Noctuidae) en maíz [20-22], Chilo partellus (Crambidae) en pastos forrajeros africanos [23], Spodoptera littoralis (Noctuidae) sobre algodón [24] y Manduca sexta (Sphingidae) en tomate [25].

Varios estudios sobre la preferencia de oviposición de lepidópteros han demostrado que las hembras no pueden discriminar entre Bt y el correspondiente noBt cultivares [10,26-29], lo que sugiere que la plantación de Bt los cultivos no alterarán el comportamiento de oviposición de los adultos. En estos casos, sin embargo, los experimentos solo evaluaron la preferencia de oviposición por no dañados Bt y noBt plantas. Por tanto, los experimentos ignoraron los efectos potenciales del daño diferencial de las larvas en Bt y noBt plantas.

En el estudio actual, realizamos experimentos de laboratorio, invernadero y de campo para probar la hipótesis de que las hembras del barrenador rayado del tallo C. suppressalis (SSB) prefieren poner huevos en Bt plantas de arroz sobre dañadas noBt plantas de arroz. Si esta hipótesis es correcta, Bt Las plantas servirían como un cultivo trampa sin salida para las plantas adyacentes noBt plantas. También comparamos el desempeño de SSB en estadio temprano en plantas de arroz sanas o plantas que habían sido dañadas por conespecíficos para determinar si la aptitud del neonato difiere en plantas de arroz no dañadas o dañadas. Por último, identificamos los compuestos orgánicos volátiles que liberan las plantas de arroz no dañadas o dañadas por las orugas, lo que podría explicar la respuesta de oviposición de SBB.

2. Material y métodos

(a) Plantas e insectos

El transgénico Bt En todos los experimentos se utilizaron la línea de arroz T1C-19 y la correspondiente isolina cercana no transformada Minghui 63 (MH63). T1C-19 expresa un sintetizado llorar1C * gen impulsado por el promotor de ubiquitina de maíz el gen codifica la proteína Cry1C que se dirige a las plagas de arroz lepidópteros [30]. MH63 es una élite indica línea restauradora para la esterilidad masculina citoplasmática en China. Todas las semillas de arroz fueron proporcionadas por el Prof. Yongjun Lin (Universidad Agrícola de Huazhong, Wuhan, China).

Especímenes de C. suppressalis utilizados en los experimentos se recuperaron de una colonia de laboratorio mantenida con una dieta artificial [31] durante más de 60 generaciones con introducciones anuales de individuos recolectados en el campo. La colonia se mantuvo en una cámara de clima controlado (Ningbo Jiangnan, Ningbo, China) a 27 ± 3 ° C, 75 ± 5% de HR y un fotoperíodo de 16 L: 8 D en el Instituto de Protección Vegetal, Academia China de Agricultura. Ciencias, Beijing, China.

(b) Experimentos iniciales de laboratorio e invernadero

(i) Tratamiento de plantas

Semillas pregerminadas de Bt y noBt El arroz se sembró simultáneamente en el invernadero a 28 ± 2 ° C con 65 ± 10% de HR y un fotoperíodo de 16 L: 8 D. Después de 15 días, las plántulas se trasplantaron individualmente en macetas de plástico (diámetro 20 cm, altura 18 cm) con agujeros en el fondo y que contiene una mezcla 3: 1 de turba y vermiculita (Fábrica Meihekou, Meihekou, China). Las plantas en macetas se colocaron en una piscina de cemento llena de agua a una profundidad de 2 cm. Se reemplazó el agua semanalmente y se aplicó fertilizante nitrogenado una vez por semana antes del macollamiento y una vez cada dos semanas después del macollamiento. Las plantas se utilizaron en los experimentos seis semanas después del trasplante cuando estaban en la etapa de macollamiento con 10-12 hojas en el tallo principal.

Para los tratamientos de orugas, cada Bt o noBt La planta de arroz fue infestada individualmente con dos tercios de instar. C. suppressalis que había estado muerto de hambre durante al menos 2 h. Los tallos de arroz infestados de orugas se cubrieron con fundas de plástico para evitar que los insectos escapen. Tres días después, las orugas se habían perforado en los tallos y habían causado daños visibles. Las orugas permanecieron en las plantas durante la duración de todos los experimentos. Un bioensayo preliminar confirmó que el tercer estadio C. suppressalis podría perforar los tallos de Bt plantas de arroz y causar daños, aunque el daño fue significativamente menor en Bt plantas que enBt plantas [32]. Las plantas en los tratamientos sin daño (plantas sanas) permanecieron sin infestar.

(ii) Experimentos de túnel de viento de doble opción

Para probar la preferencia de hembras apareadas de C. suppressalis a la oruga dañada o intacta Bt o noBt plantas de arroz, se llevó a cabo un experimento de túnel de viento de doble elección. El túnel de viento tenía 230 cm de largo x 80 cm de ancho x 80 cm de alto (Bejing Hengfabaishun Commerce Co., Ltd, Beijing, China). La corriente de aire en el túnel (0,2 m s -1) fue producida por un ventilador (CHW-124-401, BROAD Clean Air Technology Co. Ltd, Changsha, China) y se filtró pasándola a través de carbón activo.

Se realizaron seis pruebas de elección: (a) sin daños Bt arroz versus arroz no dañadoBt arroz (b) dañado noBt arroz versus arroz no dañadoBt arroz (c) dañado Bt arroz versus sin daños Bt arroz (d) dañado noBt arroz versus sin daños Bt arroz (e) dañado Bt arroz versus arroz no dañadoBt arroz y (f) no dañadosBt arroz versus dañado Bt arroz. En cada prueba de elección, los dos tipos de plantas de arroz (tratamientos) se colocaron en el extremo del túnel de viento a barlovento, separados por 0,5 m. Se colocó una placa de plástico que sirve como plataforma para la liberación de insectos en el extremo del túnel de viento a favor del viento, a 1,5 m de distancia de las plantas. Para la liberación de insectos, una jaula cúbica de metal (226 cm 3) que contiene una C. suppressalis la hembra que se había apareado 2 días antes se colocó en la plataforma de liberación de insectos con una abertura hacia las plantas de arroz. Se observó cada polilla liberada durante 30 min, y se registró su aterrizaje en cualquiera de las plantas durante al menos 10 s. Las polillas se eliminaron una vez que tomaron una decisión. Las polillas que no pudieron hacer una elección dentro del período de observación se clasificaron como "sin elección". Las posiciones de las dos plantas de arroz se intercambiaron después de cada observación de insectos para eliminar un sesgo de posición. El túnel de viento se limpió con detergente (5%, v / v) seguido de alcohol (90%, v / v) y luego se lavó con agua limpia al final de cada día. Cada polilla se probó solo una vez, y un total de 70 a 120 hembras se probaron individualmente en cada experimento de elección. Los experimentos se realizaron entre las 20.00 y las 22.30 horas en condiciones de luz roja (0,4 lux) en una habitación climatizada a 28 ± 2 ° C y con 75 ± 5% de HR.

(iii) Experimento de jaula en invernadero

En el invernadero, se realizaron cuatro pruebas de elección con C. suppressalis hembras: (a) intactas Bt arroz versus arroz no dañadoBt arroz (b) dañado noBt arroz versus arroz no dañadoBt arroz (c) dañado Bt arroz versus sin daños Bt arroz y (d) dañados noBt arroz versus sin daños Bt arroz. Para cada ensayo, se colocaron cuatro plantas en macetas (dos plantas de cada tipo de tratamiento) en las cuatro esquinas de una jaula (60 cm de largo x 60 cm de ancho x 80 cm de alto) hecha de redes de nailon de 80 mallas. Las plantas pertenecientes al mismo tratamiento se colocaron en esquinas opuestas. Se colocó un plato de plástico que contenía una bola de algodón saturada con una solución de agua y miel al 10% en el centro de la jaula y se soltaron en el plato 10 pares de polillas recién emergidas (menos de 1 día). Después de 72 h, se determinó el número de masas de huevos y el número de huevos por masa de huevos en cada planta. Cada prueba de elección se repitió de 15 a 20 veces (réplicas). El experimento se realizó en invernadero a 27 ± 3 ° C y con 75 ± 10% HR y un fotoperíodo de 16 L: 8 D.

(c) Experimentos en condiciones de campo

La preferencia de oviposición de C. suppressalis hembras para Bt versus noBt Las plantas de arroz se evaluaron en un campo cerca de la ciudad de Langfang (39,5 ° N, 116,4 ° E), China. Plántulas de Bt y noBt el arroz cultivado como se describe anteriormente se trasplantó en parcelas experimentales (2 × 2 m) el 31 de mayo de 2016. Cada línea de arroz estaba representada por ocho parcelas, lo que resultó en 16 parcelas. Las parcelas se organizaron en una cuadrícula de 4 × 4 de modo que el Bt parcelas alternadas con las no-Bt parcelas. Las parcelas se separaron mediante un tampón de 1,5 m. Todo el experimento (16 parcelas) se cubrió con una jaula con malla (14 x 14 x 2,5 m) hecha de una red de nailon (tamaño de malla de 3 mm) para evitar que las polillas entraran o escaparan. Las plantas se cultivaron de acuerdo con las prácticas agrícolas locales pero sin aerosoles de pesticidas. El 29 de junio, 23 de julio y 23 de agosto de 2016, las pupas y adultos de C. suppressalis fueron liberados en la jaula (300 a 500 individuos por liberación). El 30 de julio y el 30 de agosto de 2016 se determinó el número de masas de huevos en cada planta de arroz y el número de plantas dañadas por orugas en cada parcela. Después de la última determinación, se determinó el número de macollos en 10 plantas seleccionadas al azar en cada parcela como indicador de crecimiento en dos parcelas, una con Bt arroz y uno con noBt arroz, fueron excluidos para el análisis de datos de densidad de huevos debido a una diferencia significativa en el número de macollos de plantas en comparación con otras parcelas (pag & lt 0,05).

(d) Desempeño de Caterpillar en plantas de arroz dañadas en una cámara con clima controlado

Se realizó un bioensayo para determinar la aptitud de C. suppressalis larvas que se alimentan deBt plantas de arroz que fueron dañadas o no dañadas por conespecíficos. Larvas de dos días de C. suppressalis se pesaron en una balanza electrónica (CPA2250, Sartorius AG, Göttingen, Alemania, legibilidad = 0,01 mg) y posteriormente se colocaron individualmente en plantas que no estaban dañadas o previamente dañadas por el tercer estadio C. suppressalis como se señaló anteriormente, los estadios que previamente habían dañado las plantas todavía estaban en su lugar. Las plantas se prepararon como se describió anteriormente. Después de alimentarse durante 7 días en una cámara de clima controlado (Ningbo Jiangnan, Ningbo, China) a 27 ± 3 ° C y 75 ± 5% de HR, se contaron y pesaron los insectos supervivientes. Se evaluó el comportamiento de 40 insectos para cada uno de los dos tratamientos.

(e) Respuesta de la mujer C. suppressalis a los volátiles de las plantas nocturnas inducidos por orugas

Evaluar los efectos de los volátiles del arroz inducidos por el daño de las orugas sobre el comportamiento de C. suppressalis hembras, se recolectaron e identificaron los volátiles nocturnos liberados por plantas no dañadas y dañadas por orugas, y se determinaron las respuestas de las hembras a los volátiles inducidos clave.

(i) Recolección y análisis de volátiles de plantas de arroz

No-Bt En el experimento se utilizaron plantas de arroz en la etapa de macollamiento y con 10-12 hojas en el tallo principal. Las plantas permanecieron intactas o fueron infestadas artificialmente con larvas de tercer estadio de C. suppressalis (dos larvas por planta) durante 72 h antes de utilizarse para la recolección nocturna de volátiles (20: 00–4: 00). Para la recolección de volátiles, las raíces de las plantas se lavaron con agua corriente para eliminar la tierra. A continuación, se trasplantaron dos plantas de arroz dañadas o no dañadas por orugas en un matraz cónico lleno de agua (250 ml) de modo que sus raíces se sumergieron en el agua. Luego se envolvió el matraz con papel de aluminio (dejando afuera los tallos y hojas de la planta) y se colocó en una botella de vidrio (3142 ml). Los matraces se colocaron en una cámara de clima controlado (Ningbo Jiangnan, Ningbo, China) a 27 ± 3 ° C y 75 ± 5% de HR. Antes de entrar en la botella de vidrio, el aire se filtró a través de carbón activado, tamices moleculares (5 Å, perlas, malla 8-12, Sigma-Aldrich, St Louis, Missouri, EE. UU.) Y gel de sílice Rubin (agente secante sin cobalto, Sigma- Aldrich, St Louis, Missouri, Estados Unidos). Los volátiles vegetales se recogieron en trampas adsorbentes Super Q de 30 mg (malla 80/100, Alltech Associates, Deerfield, IL, EE. UU.) En un tubo de vidrio (5 mm de diámetro, 8 cm de altura). Las trampas se enjuagaron con 250 ml de cloruro de metileno. Se añadió una cantidad de 500 ng de acetato de nonilo a las muestras como patrón interno.

Los volátiles se analizaron mediante cromatografía de gases acoplada con un sistema de espectrometría de masas (Shimadzu GCMS-QP 2010SE usando una columna capilar de sílice fundida RTX-5 MS). Las muestras se inyectaron en un volumen de 1 μl con un inyector splitless mantenido a 230 ° C. El GC-MS se operó en el modo de exploración con un rango de masa de 33 a 300 amu y estaba en un modo de ionización por impacto de electrones (EI) a 70 eV. La temperatura del horno se mantuvo a 40 ° C durante 2 min, y luego se aumentó de 6 ° C min -1 a 250 ° C, donde se mantuvo durante 2 min. Los compuestos volátiles se identificaron mediante coincidencias espectrales de masas con los espectros de la biblioteca, así como mediante coincidencias de retención con los estándares auténticos disponibles. Las cuantificaciones de compuestos se basaron en sus áreas integradas relacionadas con el estándar interno. Si los estándares no estaban disponibles, se realizaron identificaciones provisionales basadas en los espectros de masas referenciados disponibles en NIST (Scientific Instrument Services, Inc., Ringoes, NJ, EE. UU.) O en un estudio anterior.

(ii) Experimentos en túnel de viento para la identificación de volátiles repelentes clave

Se llevaron a cabo pruebas olfativas sin elección en un túnel de viento para identificar la respuesta de las hembras apareadas a 10 compuestos volátiles seleccionados (material electrónico complementario, figura S1). Se seleccionaron compuestos que aumentaron significativamente (d -limoneno) o se produjeron recientemente (linalol, 2-heptanol, 2-heptanona, salicilato de metilo, α-pineno, α-cedreno, β-mirceno, cariofileno y 2-nonanona) en respuesta dañar por C. suppressalis larvas. Además, se ensayó una mezcla que contenía los 10 compuestos y una mezcla que contenía un subconjunto de cinco compuestos (2-heptanol, α-cedreno, β-mirceno, cariofileno y 2-nonanona) basándose en los resultados de los compuestos individuales. Las mezclas se prepararon en proporciones que correspondían a las proporciones de compuestos detectados en la recolección de volátiles de plantas de arroz dañadas por orugas. El compuesto 2-nonanona se adquirió en Shanghai Aladdin Bio-Chem Technology Co., Ltd (Shanghai, China) con un 99% de pureza. Los compuestos restantes se adquirieron de Sigma-Aldrich (St Louis, MO, EE. UU.) Con una pureza del 97 al 99%.

Un tabique de caucho (Pherobio Technology Co., Ltd, Pekín, China) colocado entre dos macetas de plantas de arroz en buen estado en el extremo del túnel de vuelo en dirección al viento sirvió como fuente de olor. Los septos se cargaron con 100 µl de hexano (disolvente) que contenían 100 µg de un compuesto individual, mezclas o ningún aditivo (control). Después de un período de adaptación de más de 30 min en el ambiente, se colocó una hembra apareada en la placa de vuelo en el extremo del túnel a favor del viento, y se observó su comportamiento de vuelo durante 10 min. Para cada polilla, se registró el tiempo de aterrizaje en las plantas. Las polillas que no aterrizaron en una planta durante el período de observación se clasificaron como "sin respuesta".

(f) Análisis de datos

Los ensayos de túnel de viento de doble elección se analizaron con χ 2 pruebas, con una respuesta esperada del 50% para dos tratamientos. Una muestra pareada tSe utilizó la prueba para analizar los datos de oviposición del experimento de la jaula de invernadero. Para el experimento de campo, se analizaron la oviposición, el daño y el número de macollos de arroz mediante ANOVA de medidas repetidas.

Para análisis de volátiles recolectados de no dañados y no dañadosBt plantas, se utilizó ANOVA de una vía. Las diferencias de compuestos específicos en dos tratamientos se separaron mediante pruebas de diferencia honestamente significativas de Tukey. La respuesta conductual de las hembras apareadas a volátiles simples o mixtos se analizó utilizando el modelo lineal generalizado, con el contacto de la polilla con la planta como variable dependiente y los diferentes olores como variables independientes, y con una distribución binomial con la función de enlace logit y el máximo. estimación de verosimilitud. Todos los análisis se realizaron en SPSS 22.0 (IBM SPSS, Somers, NY, EE. UU.)

3. Resultados

(a) Preferencia de hembras por no dañados o dañados por orugas Bt o noBt arroz (experimento de túnel de viento de doble elección)

Cuando se le da a elegir entre sin daños Bt y sin dañosBt plantas de arroz en el túnel de viento, C. suppressalis las hembras no mostraron preferenciaχ 2 = 0,16, gl. = 1, pag = 0,689) (figura 1). Sin embargo, las hembras mostraron una fuerte preferencia por las plantas no dañadas sobre las plantas dañadas por C. suppressalis larvas si las plantas eran Bt o noBt (dañado noBt versus sin dañosBt: χ 2 = 6,37, gl. = 1, pag = 0.012 dañado Bt versus sin daños Bt: χ 2 = 4,27, gl. = 1, pag = 0.039 dañado noBt versus sin daños Bt: χ 2 = 4,13, gl. = 1, pag = 0.042 y dañado Bt versus sin dañosBt: χ 2 = 9,99, gl. = 1, pag = 0,002) (figura 1). Cuando ambos Bt y noBt las plantas fueron dañadas por las orugas, no se evidenció ninguna preferencia (χ 2 = 1,46, gl. = 1, pag = 0,228) (figura 1). En general, las mujeres de C. suppressalis no mostró preferencia por Bt versus noBt plantas de arroz, pero se prefieren intactas a las plantas de arroz dañadas por orugas.

Figura 1. Preferencia de hembra apareada Chilo suppressalis para que no estén dañados o dañados por orugas Bt o noBt plantas de arroz (experimento de túnel de viento de doble elección). Los smbolos de Caterpillar indican daos por dos tercios de estadios de C. suppressalis. Los asteriscos indican una diferencia significativa dentro de un experimento de elección: *pag & lt 0.05 n.s. indica una diferencia no significativa (pag & gt 0,05) (χ 2 prueba). Las barras indican los porcentajes de hembras que seleccionaron cualquier tipo de planta.

(b) Preferencia de oviposición de las hembras por no dañados o dañados por orugas. Bt o noBt arroz (experimento de jaula de invernadero)

Cuando se le da a elegir entre sin daños Bt y sin dañosBt arroz en el experimento de la jaula, C. suppressalis las hembras depositaron un número similar de masas de huevos en los dos tipos de plantas de arroz (t = 1,06, gl. = 19, pag = 0.304) (figura 2). Sin embargo, las hembras en general depositaron más masas de huevos en las plantas de arroz sin daño sobre las dañadas por orugas, la diferencia fue significativa para las plantas no dañadas.Bt las plantas de arrozt = 2,42, d.f. = 18, pag = 0.026) pero no para Bt las plantas de arrozt = 2.03, d.f. = 14, pag = 0.061) (figura 2). Cuando se le da a elegir entre sin daños Bt arroz y no dañadosBt arroz, las hembras depositaron significativamente más masas de huevos en el Bt las plantas de arrozt = 3,23, gl. = 19, pag = 0,004). Los resultados para el número total de huevos puestos fueron similares a los resultados para las masas de huevos, es decir, la diferencia entre dañados y no dañados Bt el arroz fue nuevamente significativo (t = 2,19, gl. = 14, pag = 0,046) (material complementario electrónico, figura S2). En general, C. suppressalis Las hembras prefirieron poner huevos en plantas de arroz intactas en lugar de en plantas de arroz dañadas por orugas, ya sea que las plantas fueran Bt o noBt.

Figura 2. Número de masas de huevos puestas por Chilo suppressalis hembras en ilesas o dañadas por orugas Bt o noBt plantas de arroz (experimento de jaula de invernadero). Los símbolos de Caterpillar indican daños en dos tercios de instar C. suppressalis. Cada prueba de elección se realizó con 15 a 20 repeticiones, cada una de las cuales constaba de un grupo de 10 pares de C. suppressalis adultos. El número de masas de huevos representa el número total puesto en dos plantas de arroz. Los asteriscos indican diferencias significativas: *pag & lt 0.05 **pag & lt 0.01 n.s. indica que no tiene importanciapag & gt 0.05) (muestra pareada t-prueba).

(c) Densidades de huevos de C. suppressalis sobre Bt y noBt arroz en condiciones de campo

Las tasas de daño de las orugas (% de plantas dañadas) fueron del 18,7 ± 6,5% el 30 de julio de 2016 y del 30,3 ± 5,4% el 30 de agosto de 2016 para losBt plantas de arroz. Las tasas de daño fueron significativamente más bajas para Bt plantas de arroz que para noBt plantas de arroz en ambas fechas de muestreo (pag & lt 0,001), es decir, eran menos del 3% en Bt plantas de arroz (figura 3). Las densidades de las masas de huevos fueron significativamente mayores en Bt plantas de arroz que enBt las plantas de arrozF1,16 = 5.29, pag = 0.042) (figura 3).

Figura 3. Tasa de daño (% de plantas dañadas, barras) por Chilo suppressalis larvas y número de masas de huevos (líneas) puestas por C. suppressalis hembras en Bt y noBt plantas de arroz en condiciones de campo. Bt y noBt El arroz se sembró en parcelas de 2 x 2 m en el campo, y toda el área de la parcela se cubrió con una jaula con malla (14 x 14 x 2,5 m). Pupas y adultos de C. suppressalis fueron puestos en la jaula el 29 de junio, 23 de julio y 23 de agosto de 2016. Las masas de huevos en Bt y noBt Las plantas de arroz se contabilizaron el 30 de julio y el 30 de agosto. Los valores son medias ± s.e. La tasa de daño de la oruga fue significativamente mayor (pag & lt 0.001) y el número de masa de huevos fue significativamente menor (pag = 0.042) en noBt plantas que en Bt plantas de acuerdo con un ANOVA de medidas repetidas.

(d) Comportamiento de orugas en plantas de arroz dañadas en una cámara con clima controlado

Cuando tiene 2 días C. suppressalis Se permitió que las larvas se alimentaran durante 7 días enBt plantas de arroz que no resultaron dañadas o dañadas por el tercer estadio, la tasa de supervivencia fue significativamente menor en las plantas dañadas (75%) que en las plantas no dañadas (92%) (χ 2 = 4.50, gl. = 1, pag = 0,034) (material complementario electrónico, figura S3). De manera similar, el aumento de peso corporal fue significativamente menor en plantas dañadas (3,20 ± 0,22 mg) que en plantas no dañadas (9,29 ± 0,59 mg) (t = 9,19, gl. = 65, pag & lt 0.001) (material complementario electrónico, figura S3). En general, C. suppressalis las larvas se comportaron mucho mejor en plantas de arroz intactas que en plantas de arroz previamente dañadas por conespecíficos.

(e) Respuesta de la mujer C. suppressalis a los volátiles de las plantas nocturnas inducidos por orugas

Se detectaron un total de 28 compuestos en el espacio de cabeza deBt plantas de arroz dañadas por C. suppressalis pero sólo cuatro compuestos (α-pineno, d-limoneno, salicilato de metilo y tetradecano) se detectaron en el espacio de cabeza de no dañados noBt plantas de arroz (material complementario electrónico, cuadro S1). El contenido de d -limoneno y tetradecano fue significativamente mayor para las plantas dañadas que para las no dañadas, y el contenido de α-pineno y salicilato de metilo no difirió significativamente entre las plantas dañadas y no dañadas (material complementario electrónico, tabla S1).

Basándonos en los resultados de GC-MS (material complementario electrónico, tabla S1), realizamos un experimento en túnel de viento para evaluar la respuesta de C. suppressalis hembras a cada uno de los siguientes 10 compuestos volátiles: linalol, 2-heptanol, d-limoneno, 2-heptanona, salicilato de metilo, α-pineno, α-cedreno, β-mirceno, cariofileno y 2-nonanona. En el tratamiento de control (plantas de arroz junto con un tabique de caucho cargado con 100 µl de hexano), el 51% de las hembras exhibieron vuelo contra el viento y entraron en contacto con las plantas de arroz (figura 4). Un porcentaje similar de mujeres respondió al linalol, d-limoneno, 2-heptanona, salicilato de metilo o α-pineno (pag & gt 0,05). Comparado con el tratamiento de control, significativamente menos C. suppressalis las hembras mostraron una respuesta de vuelo ceñida al 2-heptanol (χ 2 = 3,56, gl. = 1, pag = 0.038), α-cedreno (χ 2 = 5,74, gl. = 1, pag = 0.017), β-mirceno (χ 2 = 11,751, gl. = 1, pag = 0,0003), cariofileno (χ 2 = 11,372, gl. = 1, pag = 0,001) o 2-nonanona (χ 2 = 11,751, gl. = 1, pag = 0,001) (figura 4). A continuación, probamos la respuesta de las hembras apareadas a mezclas sintéticas de múltiples compuestos volátiles. El porcentaje de contacto fue solo del 14.3% con la mezcla que contenía los 10 compuestos y fue solo del 19.3% con la mezcla que contenía los cinco compuestos en ambos casos, los porcentajes fueron significativamente más bajos que los del control (ambos pag & lt 0,001).

Figura 4. Respuestas de vuelo contra el viento (porcentaje de polillas que aterrizaron en plantas) de Chilo suppressalis hembras a plantas de arroz y septos de caucho tratados con hexano (control) o con los compuestos volátiles sintéticos indicados disueltos en hexano (experimento en túnel de viento). * y ** indican porcentajes que fueron significativamente más bajos (pag & lt 0,05 y 0,01, respectivamente), es decir, indica repelencia.

4. Discusión

El rápido aumento de la plantación de BtLas variedades de cultivos transgénicos han cambiado enormemente la producción y protección de cultivos en grandes áreas del mundo. Con la presencia combinada deBt cultivos (incluidos los plantados como refugios) y hábitats no agrícolas, plagas a las que se dirige la Bt rasgo tiene una elección entre Bt y noBt cultivos o malezas. La preferencia de hospedante de estas plagas tiene consecuencias importantes tanto para el manejo de plagas de insectos como para el manejo de resistencia de insectos.

Nuestros ensayos mostraron que C. suppressalis las hembras no tienen preferencia de oviposición por Bt versus noBt plantas de arroz. Estos resultados son consistentes con estudios previos con algodón, maíz, arroz y colza, sugiriendo que la transformación y la expresión de la llorar genes no afecta el comportamiento de oviposición de las plagas objetivo [10,26-29]. Nuestro estudio anterior también confirmó que sin daños Bt y noBt las plantas de arroz (las mismas líneas de arroz utilizadas en el estudio actual) emitieron el mismo número de volátiles y no hubo diferencias significativas en la cantidad de cada compuesto volátil entre los tratamientos [33]. Documentamos, sin embargo, una preferencia de oviposición significativa de C. suppressalis hembras para plantas de arroz no dañadas versus plantas dañadas por larvas conespecíficas, si las plantas fueron Bt o noBt. Hasta donde sabemos, este es el primer informe que indica que C. suppressalis las hembras evitan poner huevos en plantas hospedadoras dañadas por congéneres. Como se señaló en la introducción, este fenómeno se ha observado anteriormente en otras especies de lepidópteros. Sin embargo, este comportamiento no lo presentan todos los insectos. Los escarabajos de las hojas (Coleoptera: Chrysomelidae), por ejemplo, prefieren las plantas dañadas a las no dañadas [34-37]. Incluso algunos lepidópteros prefieren las plantas dañadas. S. littoralis, por ejemplo, preferentemente depositados en plantas de algodón dañadas por larvas del tercer al cuarto estadio en lugar de en plantas no dañadas [38]. También hemos encontrado que las hembras apareadas de otra plaga de arroz lepidópteros, C. medinalis, no mostró preferencia de oviposición entre plantas de arroz no dañadas y con daño conespecífico (YQ Wang & amp YH Li 2018, datos no publicados).

La pregunta sigue siendo por qué C. suppressalis las hembras prefieren poner huevos en plantas de arroz sanas. Según el principio de "la madre sabe mejor", una razón podría ser que la descendencia se comporta mejor en las plantas de arroz en buen estado que en las dañadas [17]. Nuestros resultados apoyan esta hipótesis en que la supervivencia y el peso corporal de C. suppressalis las larvas fueron menores en las plantas de arroz dañadas por orugas que en las plantas de arroz sanas. Una posible explicación es la producción inducida de inhibidores de tripsina proteinasa en plantas de arroz en respuesta a C. suppressalis infestación [39]. Como se ha informado para muchas especies de polillas, las hembras parecen reconocer las plantas dañadas por los compuestos volátiles liberados [18,25,40,41]. Nuestros análisis de GC-MS combinados con los experimentos del túnel de viento indicaron que cinco compuestos volátiles, a saber, 2-heptanol, α-cedreno, β-mirceno, cariofileno y 2-nonanona, fueron los principales responsables de la repelencia de las plantas dañadas.

Basado en el hallazgo actual de que C. suppressalis las hembras evitan poner huevos en plantas previamente dañadas por larvas conespecíficas y según el hallazgo anterior de que los recién nacidos C. suppressalis no puede sobrevivir o causar daños notables en Bt plantas de arroz en el campo [42], esperamos que C. suppressalis las hembras migrarán deBt campos de arroz para proteger Bt arrozales para la puesta de huevos cuando el Bt y noBt las plantas están muy cerca. Como consecuencia, la descendencia producida en Bt las plantas de arroz serán asesinadas por el Bt proteína. Esto es incompatible con la teoría de "la madre sabe más". Como lo sugirió Jongsma et al. [7], las polillas hembras parecen ser incapaces de detectar la presencia de la Bt proteínas y, por lo tanto, pueden no desarrollar un comportamiento de evitación. Por tanto, nuestros resultados indican que Bt El arroz podría servir como cultivo trampa sin salida para C. suppressalis y protegería adyacentes noBt arroz como sugirió Shelton et al. [43]. Dados los sistemas de cultivo de arroz en pequeña escala que prevalecen en China [44], los efectos sobre C. suppressalis las poblaciones pueden ser significativas. Sin embargo, esto debe confirmarse en condiciones de campo una vez Bt el arroz se cultiva en áreas más extensas. Curiosamente, los chicharritas como Nilaparvata lugens (Hemiptera: Delphacidae) muestran un comportamiento diferente. Cuando se les da la opción, prefieren ovipositar en orugas dañadas (noBt) plantas de arroz en comparación con las no dañadas (Bt) plantas de arroz [32]. No-Bt refugios de arroz plantados junto a Bt el arroz podría actuar como cultivo trampa y proteger Bt arroz de esta plaga no objetivo.

Otra implicación importante de nuestros resultados se relaciona con la evolución de Bt resistencia en las plagas objetivo, que es una gran amenaza para el uso sostenible de Bt cultivos [12,13,45]. Actualmente, la estrategia más practicada para retrasar la evolución de Bt resistencia es el establecimiento de refugios conBt plantas [11,12]. Porque C. suppressalis es altamente especializado en arroz, estructurado noBt refugios de arroz en lugar de refugios naturales adyacentes a Bt será necesario el arroz [16]. Sin embargo, el valor de los refugios para retrasar el desarrollo de Bt La resistencia se basa en la suposición de una oviposición y apareamiento aleatorios por parte de la plaga objetivo en todo el territorio. Bt plantas y el no-Bt plantas en los refugios [15,46]. Nuestros resultados sugieren que esta suposición no es válida para C. suppressalis porque las hembras evitarán ovipositar en losBt Refugio de las plantas una vez que se dañen. Modelado de datos para una especie de Lepidoptera diferente (Spodoptera frugiperda Noctuidae) sugieren que la preferencia de oviposición por Bt sobre noBt plantas afectará significativamente la velocidad de evolución de la resistencia a la Bt rasgo [8]. Esto debe tenerse en cuenta al diseñar el plan de manejo de la resistencia para Bt arroz en China, especialmente porque C. suppressalis puede tener hasta cinco generaciones por año [47].

Los hallazgos actuales indican que C. suppressalis las hembras mostrarán una fuerte preferencia de oviposición por Bt sobre noBt plantas de arroz una vez que las plantas han estado expuestas a la plaga. Esto ocurre porque el daño de las plagas será mucho mayor en losBt arroz y porque las hembras prefieren ovipositar en plantas intactas. Los resultados sugieren que al actuar como un cultivo trampa sin salida, Bt El arroz podría ayudar a protegerBt plantas de arroz contra C. suppressalis.


Orientación, navegación y búsqueda de origen en animales

La orientación es la posición del animal con respecto a la gravedad o el recurso. Esta es la posición que mantiene el animal para llegar al recurso. La orientación posicional consiste en mantener una postura erguida contra la gravedad para la cual los vertebrados tienen un laberinto membranoso y un estatocisto de invertebrados.

La orientación a objetos tiene lugar cuando el animal intenta acercarse a un objeto que puede ser comida o agua. Los animales acuáticos se mueven verticalmente en un estanque o lago, lo que se denomina estratoorientación. Cuando los animales intentan moverse de pastizales a bosques, desiertos o montañas, se llama orientación zonal. Los animales que migran largas distancias generalmente poseen orientación topográfica o geográfica.

La kinesis es el movimiento de un animal en respuesta a estímulos. Puede ser un movimiento orientado o no dirigido según la fuente de estímulo. La respuesta puede ser proporcional a la intensidad del estímulo.

Klinokinesis es el cambio de dirección durante el movimiento que puede aumentar o disminuir en función de la intensidad de la luz. Generalmente, el animal se mueve hacia la derecha y la izquierda alternativamente para comparar la dirección del estímulo y obtener la orientación correcta. Los animales que tienen un solo receptor muestran movimientos alternos. Las orugas y los gusanos que buscan los sitios de pupación vacilan mientras se mueven.

Ortocinesis representa la velocidad de locomoción que está relacionada con la intensidad del estímulo y la acumulación de energía específica de acción en el animal. Todo el cuerpo del animal está involucrado. Por ejemplo, animales de madriguera como Ammocoete las larvas de lampreas se esconden en la arena lejos de la luz. Las cucarachas se mueven de áreas más brillantes a la oscuridad.

Los diferentes tipos de kinesis se denominan con respecto al estímulo, p. Ej. hygrokinsis es con respecto a la humedad como en isópodos fotocinesis en la que el estímulo es gradiente de luz y la quimiocinesis es con respecto a los estímulos químicos.

Los taxis son la orientación del animal con referencia a la dirección del estímulo en el espacio. El movimiento puede ser hacia o lejos del estímulo y, dependiendo del estímulo, pueden denominarse de la siguiente manera: higrotaxis (humedad) geotaxis (gravedad) quimiotaxis (sabor u olor) termotaxis (temperatura) anemotaxis (corriente de aire) reotaxis (corriente de agua) fototaxis (intensidad de la luz) fonotaxis (ondas sonoras) astrotaxis (sol, luna y estrellas) menotaxis (ángulo al estímulo) mnemotaxis (basada en la memoria).

Klinotaxis ocurre en aquellos animales que tienen un solo receptor, como en Euglena, que compara la intensidad del estímulo mediante movimientos laterales alternos. De manera similar, en los gusanos de Diptera, el órgano sensible a la luz es un grupo de células por encima y detrás de la boca y la respuesta negativa a la luz se compara mediante el movimiento de flexión del cuerpo.

Tropotaxis se encuentra en animales que tienen receptores emparejados como ojos en Planaria. El animal recibe las mismas entradas en ambos receptores y, por lo tanto, puede moverse en línea recta hacia o alejándose de la luz. Si un ojo de un insecto está pintado de negro, hace movimientos circulares hacia el lado del ojo pintado.

Telotaxis se encuentra cuando el animal puede elegir entre los estímulos positivos y negativos o cuando el animal no tiene una entrada equilibrada en los dos receptores. La orientación se efectúa fijando la imagen en un lado moviendo la cabeza y haciendo una elección. La abeja melífera al ver dos fuentes de luz vuela hacia cualquiera al hacer una elección.

Menotaxis implica mantener un ángulo constante en relación con la fuente de estímulo. Las polillas nocturnas tienen la costumbre de volar manteniendo la fuente de luz (generalmente las estrellas y la luna) en ángulo recto con el cuerpo para que puedan volar paralelas al suelo.Pero cuando hacen lo mismo con la luz artificial que está más cerca, se ven obligados a volar en círculos. Las abejas vuelan desde sus colmenas hasta las flores manteniendo un ángulo constante con el sol, como lo revela el movimiento de las abejas exploradoras. El ángulo con el sol se recuerda al buscar abejas mientras observan la danza en la superficie vertical del panal. Las abejas recolectoras luego vuelan hacia la fuente de alimento manteniendo el mismo ángulo con el sol.

Mnemotaxis fue descrito por primera vez por Kuhn (1919). Esta es una orientación basada en la memoria que fue estudiada por Niko Tinbergen (1951) con su experimento sobre avispas excavadoras. La avispa da vueltas alrededor del nido y lleva un mapa de memoria del nido y sus alrededores, lo que le ayuda a orientarse con precisión y regresar al nido. Esto también se llama orientación zonal y orientación geográfica, que implica la distancia, la dirección y los puntos de referencia que hacen la topografía del área y ayudan al animal a buscar su nido.

NAVEGACIÓN Y HOMING AMPLIFICADOR

Los animales migratorios que recorren largas distancias para reproducirse o para escapar del duro clima deben encontrar su camino con precisión sobre océanos, desiertos, bosques y montañas. Los peces, las aves y muchos invertebrados poseen capacidades extraordinarias para cruzar océanos, desiertos y montañas para llegar a su destino.

Los invertebrados como los crustáceos, anfípodos, hormigas, abejas y avispas poseen un fuerte instinto de navegación y búsqueda y son guiados por el sol, la luna, las estrellas y la topografía del área para seguir una ruta precisa. Las mariposas monarca migran miles de kilómetros desde Canadá a México para escapar del duro invierno y regresar con precisión al mismo lugar.

NAVEGACIÓN DE PESCADOS

Cómo los peces encuentran su camino en grandes extensiones de mar y llegan a sus destinos que se encuentran a miles de kilómetros de distancia ha sido un misterio. Se cree que se orientan por las posiciones de las estrellas y la luna en el cielo nocturno y el sol durante el día para encontrar la dirección de natación.

También utilizan gradientes de temperatura y corrientes oceánicas que les ayudan a nadar y también a navegar. Sin embargo, ha sido probado experimentalmente por A.S. Hasler que los salmones se guían por el olor de su corriente parental durante el viaje de regreso.

El mapa de olores se imprime en sus cerebros cuando migran como larvas de los afluentes al mar y pueden navegar de regreso desde el mar utilizando este mapa de olores cuando se convierten en adultos. Las anguilas también pueden migrar al mar de los Sargazos utilizando mapas de olores similares, pero cómo sus larvas, leptocéfalos encontrar su camino de regreso a las desembocaduras de los ríos, cruzar vastas extensiones del mar Atlántico es un misterio. Probablemente sus padres dejen algún tipo de rastros de olor durante su viaje.


Conclusiones

En conclusión, nuestros resultados muestran que los costos y beneficios dependen del historial de apareamiento de los individuos y sus parejas de apareamiento. A la luz de quién es probable que sea el sexo exigente, el sexo con un gradiente de Bateman más pronunciado indica una selección direccional más fuerte para el éxito del apareamiento y, por lo tanto, el sexo compite predominantemente por parejas de apareamiento [7], mientras que el otro sexo es probablemente el sexo más exigente. Como el gradiente de Bateman femenino es más pronunciado que el gradiente de Bateman macho hasta que se ha apareado tres veces, los machos son posiblemente el sexo más exigente al principio de la temporada de apareamiento, mientras que las hembras probablemente se conviertan en el sexo más exigente más adelante en la temporada de apareamiento. Dado que la pendiente del gradiente de Bateman masculino depende del nivel de precedencia de los espermatozoides, se deben considerar los efectos de la competencia de espermatozoides al comparar los gradientes de Bateman para diferentes sexos de una especie polígama para evaluar cuál es el sexo más exigente. Con estos resultados, llegamos a la conclusión de que en una especie polígama, la elección de los roles sexuales probablemente cambie dinámicamente con el estado de apareamiento de machos y hembras, dependiendo de los costos y beneficios reproductivos directos de múltiples apareamientos y de la competencia de los espermatozoides. Nuestra perspectiva de la historia de vida sobre la dinámica de apareamiento de una especie de polilla polígama arroja nueva luz sobre la selección sexual para la atracción sexual masculina y femenina.


Las polillas encuentran plantas, pero ¿cómo afectan las plantas a las polillas?

Mientras que en la sección anterior discutimos el procesamiento neuronal de las señales que ocurren naturalmente y sus consecuencias para el comportamiento, en esta sección destacamos algunas señales y señales de las plantas que, a su vez, pueden influir en el comportamiento de las polillas. Desde la perspectiva de la planta, lo que importa es atraer polinizadores eficientes. En el caso de D. wrightti, como mencionamos, esto tiene la consecuencia no deseada de atraer también a las hembras grávidas. Esta especie de planta puede hacer frente a esto de manera efectiva, ya que las plantas pueden tolerar altos niveles de defoliación, volver a crecer rápidamente después de la herbivoría, reducir las tasas de fotosíntesis y redirigir los recursos al almacenamiento en las raíces sobre la herbivoría (citado en Reisenman et al., 2010). Sin embargo, una vez que las polillas sondean las flores, otras señales sensoriales gustativas presentes en el néctar parecen tener efectos profundos en la orientación de las decisiones de comportamiento.

Como se mencionó anteriormente, las plantas a menudo producen compuestos secundarios (por ejemplo, alcaloides, glucósidos y compuestos fenólicos) para disuadir a los herbívoros y patógenos (Karban y Baldwin, 1997). Curiosamente, estos compuestos secundarios también están presentes en el néctar floral (Adler, 2000) y pueden ser inducidos por la herbivoría de una manera específica de la especie vegetal (Adler et al., 2006 Hare y Walling, 2006 Kessler y Halitschke, 2009). Se ha sugerido que la presencia de estos componentes en el néctar aumenta la fidelidad de los polinizadores, repele a los ladrones de néctar y mejora la transferencia de polen al intoxicar a los polinizadores (Adler, 2000).

En el caso de D. wrightii, una ventaja obvia para las mujeres M. sexta es que las visitas a las plantas con flores proporcionan recursos tanto de néctar como de oviposición. Sin embargo, debido a la disponibilidad limitada de las flores (que florecen solo una noche) y los efectos de la herbivoría (que limita el número de plantas hospedantes sanas), las polillas hembras encuentran recursos que son espaciotemporalmente irregulares. El sistema nervioso de la polilla tiene la capacidad de ajustar su actividad de modo que la producción conductual sea máximamente beneficiosa para la supervivencia en un entorno a menudo hostil y desigual. Esta plasticidad se logra mediante la liberación de neuromoduladores específicos, que incluyen serotonina, octopamina y dopamina, dentro de regiones cerebrales restringidas como el AL, el cuerno lateral y los cuerpos de los hongos. Por ejemplo, el daño inducido por la herbivoría a D. wrightii plantas provoca altas concentraciones de ciertos alcaloides en el néctar de las flores que M. sexta encuentra aversivo. Alcaloides tropano (incluida la escopolamina) en el néctar de los D. wrightii aumentar más de 20 veces en plantas dañadas (Dacks et al., 2012). Con el tiempo, las polillas aprenden la asociación entre el contenido de alcaloides y el aroma floral y vegetativo para evitar estas plantas dañadas. La liberación de dopamina en el cerebro de la polilla, incluidas las NA y los cuerpos en forma de hongo, ha demostrado ser una señal crítica que media el aprendizaje aversivo y señala la presencia de un estímulo aversivo. Por ejemplo, cuando los NA de las polillas hembras fueron inyectados con un antagonista del receptor de dopamina, las polillas ya no pudieron aprender la asociación del néctar aversivo y el aroma de las flores. Además, cuando la dopamina se superfundió en el AL, el conjunto neural mostró respuestas mejoradas al estímulo del olor de las flores. La modulación dopaminérgica de los circuitos de AL juega un papel importante en la formación de la memoria de los olores florales repelentes y la discriminación de las plantas dañadas por las larvas. Curiosamente, los efectos de los alcaloides en la preferencia de las polillas dependen tanto de la especie vegetal como del contexto de comportamiento. Por ejemplo, las hembras prefieren ovipositar en plantas de tabaco que tienen concentraciones más altas de nicotina en el néctar (Adler et al., 2006), pero eliminan menos néctar de estas plantas (Kessler y Baldwin, 2006). Por lo tanto, el sistema nervioso puede evaluar diferencialmente la misma señal sensorial de la planta (en este caso, la nicotina) de acuerdo con el contexto conductual.

¿Cuáles son los efectos de los compuestos secundarios del néctar sobre el comportamiento de los insectos? En general, las concentraciones naturales de compuestos secundarios no disuaden a los insectos que se alimentan de néctar, ya sean especialistas o generalistas. En insectos generalistas como las abejas, las bajas concentraciones de ciertos compuestos secundarios como la nicotina y la cafeína provocan preferencia por la alimentación (Singaravelan et al., 2005). Esta preferencia no está mediada por receptores periféricos del gusto, pero probablemente se deba al efecto de estas sustancias en los centros cerebrales de recompensa (Singaravelan et al., 2005 Kessler et al., 2015). Por el contrario, la exposición prolongada a altas concentraciones de estos compuestos (p. Ej., Como los que se encuentran en cultivos con flores rociados con pesticidas neonicotinoides) puede afectar el aprendizaje olfativo y la memoria (Williamson y Wright, 2013). Los efectos de estas sustancias en el aprendizaje y la memoria en insectos herbívoros que están expuestos a concentraciones naturales de defensas secundarias de las plantas aún no se han estudiado, pero las plantas de tabaco que han sido diseñadas para carecer por completo de nicotina en el néctar tienen más néctar extraído por noche (Kessler y Baldwin, 2006). A diferencia de las abejas, los receptores del gusto en las piezas bucales de las polillas pueden detectar fácilmente compuestos amargos como la cafeína (Bernays et al., 2002 Glendinning et al., 2006), que comúnmente están presentes en sus plantas hospedadoras. Los efectos de estas sustancias en el comportamiento, sin embargo, quedan por investigar en el contexto ecológico y conductual apropiado.


Discusión

Nuestros resultados anteriores mostraron que los excrementos de larvas o masas de huevos de Ostrinia las especies intercaladas entre las capas de un trozo de algodón redujeron significativamente la oviposición de las polillas hembras. Los componentes químicos de los disuasivos de la oviposición originados tanto a partir de excrementos larvarios como de masas de huevos fueron C14:0, C16:0, C16:0, C16:1, C18:1, C18:2 y C18:3 (Li e Ishikawa 2004, 2005). Esto indica que los ácidos grasos que disuaden la oviposición son volátiles y pueden ser detectados por antenas femeninas. De acuerdo con esta indicación, en el gusano de la naranja del ombligo Amielois transitella, C18:1 y C18:2 proporcionar las señales utilizadas para la orientación del vuelo hacia la fuente de un olor en un túnel de viento (Phelan et al. 1991). Además, ácidos grasos similares que disuaden la oviposición y sus mezclas provocan respuestas EAG significativas y curvas típicas de dosis-respuesta en el gusano del algodón. Helicoverpa armigera (Xu et al. 2006). En el presente artículo, encontramos hembras con ambas antenas amputadas, en contraste con hembras intactas y hembras con una antena removida, no pudieron discriminar entre papeles de filtro de control proporcionados simultáneamente y filtros tratados con una mezcla de ácidos grasos que disuaden la oviposición. Esto implica que los ácidos grasos que disuaden la oviposición son percibidos por O. furnacalis antenas. Del mismo modo, varias plagas fitófagas como Spodoptera littoralis (Hilker y Klein 1989 Anderson et al. 1993), Pieris brassicae (Behan y Schoonhoven 1978), P. rapae (Schoonhoven 1990), Ceutorhynchus assimilis (Ferguson et al. 1999) y Callosobruchus subinnotatus (Mbata y Ramaswamy 1995), y especies parasitoides como Horticola hipster (van Nouhuys y Ehrnsten 2004), Pteroptrix longiclava y Encarasis gigas (Chi et al. 1997), Anaphes iole (Conti et al. 1997 Wu y Nordlund 2002), Epidinocarsis lopezi y Leptomastix dactylopii (van Baaren y Nenon 1996), Trichogramma evanescens (Salt 1937) y Trissolcus basalis Se ha informado que (Colazza et al. 1996 Field 1998 Rosi et al. 2001) perciben feromonas que disuaden la oviposición por las antenas.

La técnica de electroantenograma mide la suma de los potenciales de los receptores de las células que responden en las antenas de los insectos. Esta técnica es mucho más fácil que los ensayos de comportamiento o los registros de un solo sensillum y hasta ahora sigue siendo un método poderoso en las investigaciones de infoquímica (Burguiere et al. 2001 Wibe 2004 Bruce et al. 2005). Se utilizó la técnica EAG para estimar la detección tanto por parte de mujeres como de hombres O. furnacalis polillas de C14:0, C16:0, C18:0 y C18:1 y sus correspondientes ésteres metílicos, que se ha demostrado que son las feromonas que disuaden la oviposición en el extracto de huevos de Ostrina nubilalis (Thi & # x000e9ry y Le Quere 1991). Los resultados mostraron que todas las sustancias químicas de prueba de las hembras y la mayoría de los compuestos de prueba de los machos provocaron respuestas de EAG significativas por encima del disolvente y el fondo. Entre los tres ácidos grasos saturados, C16:0 dio la respuesta EAG más fuerte tanto a las hembras como a los machos apareados. Las respuestas EAG de estos compuestos no son proporcionales a la volatilidad, lo que demuestra que la longitud del carbono afecta evidentemente sus actividades. De manera similar, se ha informado que muchos insectos responden mejor a C6 compuestos de cadena lineal y en menor medida a C5-, C7- y C8 compuestos de cadena lineal, independientemente de los grupos funcionales terminales (Visser 1979 Kozlowski y Visser 1981 Dickens 1984 Light et al. 1988 Burguiere et al. 2001). Entre dos especies de octadecanoilo, el ácido graso saturado provocó respuestas de EAG más altas que el ácido graso insaturado. Por el contrario, el éster metílico saturado provocó una respuesta EAG más baja que los ésteres insaturados. Guerin y St & # x000e4dler (1982), Visser (1983, 1986), Light et al. Han documentado también las influencias de los enlaces insaturados en las respuestas de EAG. (1988) y Burguiere et al. (2001). La metilación de ácidos grasos puede mejorar su volatilidad, las respuestas de EAG a C16:0ME y C18:0Sin embargo, los ME no siempre aumentaron por metilación. Estos resultados demostraron que la longitud del carbono, la doble banda y la metilación afectan obviamente a las actividades de las sustancias problema.

Era evidente que C14:0ME y C18:1ME desencadenó las respuestas de EAG más altas y las segundas más altas tanto en la escotofase como en la fotofase por parte de los machos entre los ácidos grasos de prueba y sus ésteres metílicos. Por el contrario, las respuestas de EAG causadas por C14:0Las EM tanto en la escotofase como en la fotofase de las hembras fueron similares a las provocadas por algunos de los ácidos grasos y ésteres metílicos analizados. Parece que un tipo de sensilla específica en antenas masculinas es responsable de la detección de C14:0ME y C18:1ME, los ésteres con una cadena hidrófoba o hidrófoba insaturada de 14 carbonos. En este sentido, se demostró que la feromona sensilla sexual en antenas masculinas es sensible a (Z) y (E) -12-tetradecenil acetatos que también son ésteres con una cadena hidrófoba insaturada de 14 carbonos (Takanashi et al. 2006). Se necesitan más investigaciones, especialmente experimentos de túnel de viento y registro de sensor único, para confirmar esto.

Ostrinia Las especies son polillas nocturnas y ponen sus masas de huevos por la noche. Oviposición de O. nubilalis, por ejemplo, mostró un ritmo de 24 horas con una mayoría de masas de huevos depositadas poco antes de la medianoche (Schurr y Holdaway 1966). Nuestros resultados mostraron que la oviposición por O. furnacalis las hembras también exhibieron una periodicidad muy marcada. Todas las masas de huevos se depositaron durante la escotofase y la mayoría de las masas de huevos se depositaron antes de la medianoche. Es de gran interés determinar si existen variaciones diurnas en las sensibilidades olfativas de las polillas a los ácidos grasos que disuaden la oviposición y los correspondientes ésteres metílicos entre el período máximo y el período mínimo de la oviposición. Nuestro resultado reveló que C14:0ME exhibió variaciones obvias en las amplitudes de EAG de O. furnacalis hembras. De manera similar, las diferencias en las respuestas de EAG de los machos apareados a C14:0, C18:0, C14:0ME y C18:0Se encontraron ME entre los dos períodos de prueba. La importancia biológica de la diferencia sexual en la sensibilidad antenal a estos ácidos grasos y los correspondientes ésteres metílicos necesita más investigación.


Ver el vídeo: Polillas nocturnas (Mayo 2022).