DEFENSAS QUÍMICAS Y ANTIPREDACIÓN
En la depredación, una interacción cuando una especie ingiere a otra, al consumidor se le llama depredador y a la especie del que se alimenta presa. Este término no solo se utiliza para señalar el caso de que unos animales es comen a otros, sino también para interacciones plantas-herbívoros, cuando la planta es la presa.
Ninguna especie está libre por completo de la depredación, es especial los jóvenes. Con el paso del tiempo han evolucionado mecanismos de defensa para no ser comido en cada especie. Algunas de ellas se desarrollan demasiado grandes como para ser atacadas por ciertos depredadores, como por ejemplo el caso del cuerpo tan grande que han adquirido los elefantes ante el ataque de otros depredadores.
Otras especies pueden huir o esconderse, y gran cantidad de especies de plantas y animales cuentan con armaduras de protección como espinas o glándulas externas que producen sustancias químicas nocivas. Estos y otros mecanismos contra los depredadores han evolucionado a través la selección natural, conforme interactúen los depredadores y presas. Algunas interacciones de los depredadores y las presas ilustran el concepto de coevolución, una serie de adaptaciones recíprocas en dos especies.
Las defensas animales contra los depredadores son muy diversas. Las defensas mecánicas como las púas del puerco espín pueden ser las más obvias, pero las defensas químicas también están muy difundidas. Los animales con defensas químicas efectivas con frecuencia tienen colores brillantes, una advertencia para los depredadores. Un ejemplo de esto: la rana venenosa, un habitante de las selvas tropicales en Costa Rica, advierte sobre los alcaloides mortíferos de su piel.
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lunes, 22 de marzo de 2010
miércoles, 3 de marzo de 2010
Introducción al seminario (por terminar)
1. EVOLUCIÓN DE LOS ORGANISMOS Y SUS MECANISMOS DE DEFENSA
Las defensas químicas antipredación no son más que, valga la redundancia, un intento de evitar ser devorado por otro organismo. Si bien estas defensas existían con anterioridad, desde el surgimiento de los primeros animales conocidos, como lo son la fauna de Ediacara, la concepción de depredación como relación biológica interespecífica surge en la explosión cámbrica, generalizada a partir de los yacimientos de Burgess Shale.
Tras la extinción masiva del Pérmico, de causas desconocidas, que significó la desaparición del 95% de la fauna marina, múltiples nichos ecológicos quedaron vacíos. Este hecho permitió una radiación adaptativa extrema, en la que surgieron todos los fila presentes en la actualidad junto con muchos otros y que no ha sido repetida en todo la Historia de los seres vivos.
Precisamente el hecho de que nunca haya tenido lugar una radiación adaptativa similar, o siquiera el surgimiento de un nuevo filo, pese a la aparición de nuevos nichos ecológicos, ha permitido especular acerca de una mayor plasticidad en el genoma de los organismos de esa época, que les confiriese un mayor potencial evolutivo.
Es en este lugar, Burgess Shale, donde se encuentran por primera vez organismos predadores. No solo eso, ya que los depredadores desempeñaban un papel importante en la comunidad de Burgess Shale, ya que este nivel superior de la pirámide ecológica estaba completamente ocupado y funcionaba. De esto se puede concluir que la estructura trófica fundamental de los metazoos marinos, que incluye la predación y sus consiguientes defensas, entre ellas las de tipo químico, tratadas en este seminario, se estableció temprano en la evolución.
Metabolismo
La totalidad de las reacciones químicas de un organismo se conocen como metabolismo. El metabolismo está constituido por miles de reacciones químicas que ocurren en una célula, dispuestas como vías metabólicas que se cruzan.
Algunos de las rutas metabólicas más importantes son: el ciclo de Krebs o la glucólisis. Además de las rutas del metabolismo primario, también existen otras rutas metabólicas que llevan a la formación de compuestos peculiares.
A estos se les denomina metabolismo secundario, el cual se define como un conjunto de reacciones bioquímicas que se producen de forma paralela al metabolismo primario. En microbiología se emplea un criterio de cinética de crecimiento para deficinir el metabolismo secundario: se describe como aquel que sucede en la fase estacionaria, es decir, cuando se ha producido la contención del crecimiento.
Existen multitud de metabolitos secundarios de interés industrial, tales como: antibióticos, pigmentos, antitumorales…
2. DEFENSAS QUÍMICAS Y ANTIPREDACIÓN
La gran cantidad de observaciones realizadas por Darwin sobre la distribución de los organismos y sus adaptaciones a ambientes específicos le llevaron a proponer que los factores ambientales que interactuaban con la variación dentro de las poblaciones podían producir cambios evolutivos.
Hoy en día, hay muchas más evidencias que indican que los acontecimientos que se producen en un marco de tiempo ecológico se traducen en efectos en una escala más prolongada de tiempo evolutivos. Efecto producido por la interacción entre depredadores y presa, por ejemplo: la selección de los ratones con pelajes de color que les permite camuflarse ante el ataque de un depredador.
El ambiente donde viven los organismos abarca compuestos abióticos y bióticos. Los individuos que viven en el mismo biotipo van a competir por el alimento.
La supervivencia de los organismos en un medio va a estar determinado por los factores abióticos y bióticos y en concreto entre los bióticos, la competencia con otros y los depredadores que se alimentaron de estos. Todo esto condujo a la aparición de mecanismos de defensa antipredación.
Durante millones de años de evolución, los organismos vivos se han adaptado para obtener nutrientes del alimento que consumen, siendo este la fuente principal de las proteínas, vitaminas y minerales necesarios para vivir.
Se ha desarrollado una escala jerárquica en el que se ven reflejadas las relaciones alimenticias entre organismos, así mismo, mediante esta escala podemos formular una serie de niveles tróficos cada uno de los cuales tendrá unas determinadas características.
Los niveles tróficos son:
- Consumidores terciarios: son los animales carnívoros que se alimentan de otros carnívoros.
- Consumidores secundarios: son los animales carnívoros que se alimentan de otros herbívoros.
- Consumidores primarios: son herbívoros.
- Productores
- Descomponedores: se alimentan de la carne muerta.
Sin embargo, cada organismo perteneciente a cada nivel se va a enfrentar a las defensas que sus presas han desarrollado para la supervivencia ante su ataque. Estas defensas pueden ser de varios tipos, pero las más importantes son las físicas, es decir, formaciones o estructuras en el cuerpo de la presa que le proporciona una protección superficial. El otro tipo de defensa es química, que pueden ir desde la producción de sustancias de sabor muy desagradable, síntesis de ciertas toxinas.
3. TIPOS DE DEFENSA: ORÍGEN DEL PRODUCTO QUÍMICO Y DE LA ESTRUCTURA
Los diversos compuestos químicos usados por los seres vivos para intentar sobrevivir en caso de sufrir una acción de predación tienen diversos orígenes, lo que evidencia una gran radiación de adaptaciones para conseguir la supervivencia.
Lo más común es que las toxinas procedan de metabolitos secundarios generados en otras cadenas metabólicas, siendo reutilizados para la defensa, como ocurre en gran número de plantas. Frente a esto, múltiples herbívoros han sido capaces de almacenar éstas toxinas con el propósito de usarlas en su propio beneficio, siendo este otro origen para la defensa. En último lugar se debe hacer referencia a compuestos que son creados de propio, y almacenados en glándulas destinadas a este fin, para uso explusivo de la defensa del organismo.
Las defensas químicas antipredación no son más que, valga la redundancia, un intento de evitar ser devorado por otro organismo. Si bien estas defensas existían con anterioridad, desde el surgimiento de los primeros animales conocidos, como lo son la fauna de Ediacara, la concepción de depredación como relación biológica interespecífica surge en la explosión cámbrica, generalizada a partir de los yacimientos de Burgess Shale.
Tras la extinción masiva del Pérmico, de causas desconocidas, que significó la desaparición del 95% de la fauna marina, múltiples nichos ecológicos quedaron vacíos. Este hecho permitió una radiación adaptativa extrema, en la que surgieron todos los fila presentes en la actualidad junto con muchos otros y que no ha sido repetida en todo la Historia de los seres vivos.
Precisamente el hecho de que nunca haya tenido lugar una radiación adaptativa similar, o siquiera el surgimiento de un nuevo filo, pese a la aparición de nuevos nichos ecológicos, ha permitido especular acerca de una mayor plasticidad en el genoma de los organismos de esa época, que les confiriese un mayor potencial evolutivo.
Es en este lugar, Burgess Shale, donde se encuentran por primera vez organismos predadores. No solo eso, ya que los depredadores desempeñaban un papel importante en la comunidad de Burgess Shale, ya que este nivel superior de la pirámide ecológica estaba completamente ocupado y funcionaba. De esto se puede concluir que la estructura trófica fundamental de los metazoos marinos, que incluye la predación y sus consiguientes defensas, entre ellas las de tipo químico, tratadas en este seminario, se estableció temprano en la evolución.
Metabolismo
La totalidad de las reacciones químicas de un organismo se conocen como metabolismo. El metabolismo está constituido por miles de reacciones químicas que ocurren en una célula, dispuestas como vías metabólicas que se cruzan.
Algunos de las rutas metabólicas más importantes son: el ciclo de Krebs o la glucólisis. Además de las rutas del metabolismo primario, también existen otras rutas metabólicas que llevan a la formación de compuestos peculiares.
A estos se les denomina metabolismo secundario, el cual se define como un conjunto de reacciones bioquímicas que se producen de forma paralela al metabolismo primario. En microbiología se emplea un criterio de cinética de crecimiento para deficinir el metabolismo secundario: se describe como aquel que sucede en la fase estacionaria, es decir, cuando se ha producido la contención del crecimiento.
Existen multitud de metabolitos secundarios de interés industrial, tales como: antibióticos, pigmentos, antitumorales…
2. DEFENSAS QUÍMICAS Y ANTIPREDACIÓN
La gran cantidad de observaciones realizadas por Darwin sobre la distribución de los organismos y sus adaptaciones a ambientes específicos le llevaron a proponer que los factores ambientales que interactuaban con la variación dentro de las poblaciones podían producir cambios evolutivos.
Hoy en día, hay muchas más evidencias que indican que los acontecimientos que se producen en un marco de tiempo ecológico se traducen en efectos en una escala más prolongada de tiempo evolutivos. Efecto producido por la interacción entre depredadores y presa, por ejemplo: la selección de los ratones con pelajes de color que les permite camuflarse ante el ataque de un depredador.
El ambiente donde viven los organismos abarca compuestos abióticos y bióticos. Los individuos que viven en el mismo biotipo van a competir por el alimento.
La supervivencia de los organismos en un medio va a estar determinado por los factores abióticos y bióticos y en concreto entre los bióticos, la competencia con otros y los depredadores que se alimentaron de estos. Todo esto condujo a la aparición de mecanismos de defensa antipredación.
Durante millones de años de evolución, los organismos vivos se han adaptado para obtener nutrientes del alimento que consumen, siendo este la fuente principal de las proteínas, vitaminas y minerales necesarios para vivir.
Se ha desarrollado una escala jerárquica en el que se ven reflejadas las relaciones alimenticias entre organismos, así mismo, mediante esta escala podemos formular una serie de niveles tróficos cada uno de los cuales tendrá unas determinadas características.
Los niveles tróficos son:
- Consumidores terciarios: son los animales carnívoros que se alimentan de otros carnívoros.
- Consumidores secundarios: son los animales carnívoros que se alimentan de otros herbívoros.
- Consumidores primarios: son herbívoros.
- Productores
- Descomponedores: se alimentan de la carne muerta.
Sin embargo, cada organismo perteneciente a cada nivel se va a enfrentar a las defensas que sus presas han desarrollado para la supervivencia ante su ataque. Estas defensas pueden ser de varios tipos, pero las más importantes son las físicas, es decir, formaciones o estructuras en el cuerpo de la presa que le proporciona una protección superficial. El otro tipo de defensa es química, que pueden ir desde la producción de sustancias de sabor muy desagradable, síntesis de ciertas toxinas.
3. TIPOS DE DEFENSA: ORÍGEN DEL PRODUCTO QUÍMICO Y DE LA ESTRUCTURA
Los diversos compuestos químicos usados por los seres vivos para intentar sobrevivir en caso de sufrir una acción de predación tienen diversos orígenes, lo que evidencia una gran radiación de adaptaciones para conseguir la supervivencia.
Lo más común es que las toxinas procedan de metabolitos secundarios generados en otras cadenas metabólicas, siendo reutilizados para la defensa, como ocurre en gran número de plantas. Frente a esto, múltiples herbívoros han sido capaces de almacenar éstas toxinas con el propósito de usarlas en su propio beneficio, siendo este otro origen para la defensa. En último lugar se debe hacer referencia a compuestos que son creados de propio, y almacenados en glándulas destinadas a este fin, para uso explusivo de la defensa del organismo.
Borrador de Introducción a las plantas
Se distinguen 2 tipos de defensas químicas:
Cualitativas: Glucosinatos como ejemplo
-Efectivas, aunque en pequeñas cantidades, contra insectos fitófagos no adaptados
-Susceptibles de ser rápidamente detoxificados por los insectos adaptados
-Actúan al contrario que las adaptaciones específicas, como una barrera cualitativa que tiene poco efecto sobre los diversos costos (fenotípicos) del crecimiento del insecto
Cuantitativas: Taninos como ejemplo
-Impiden la depredación por insectos actuando como una barrera, aún en contra de los insectos que naturalmente comen los hojas que los contienen.
-IIncrementan los diversos costos del insecto durante el crecimiento, y por lo tanto, reducen su tasa de crecimiento y, presumiblemente, la aptitud de una amplia variedad de insectos que los digieren
Las defensas cuantitativas son propias de plantas mayores y de desarrollo más lento, debido a su alto coste metabólico. Las defensas cualitativas se encuentran presentes en plantas menores, con un rápido crecimiento y una rápida maduración, altas tasas reproductivas y una grna habilidad para dispersarse y colonizar nuevas áreas en un corto tiempo. Este tipo de plantas no están capacitadas para enfrentarse al alto coste metabólico que representa la síntesis de defensas cuantitativas, ya que disminuiría sus reservas metabólicas para ael crecimiento y reproducción, y quizás su potencial de competencia contra plantas de su misma u otra especie.
En resumen; las plantas de vida corta, crípticas o raras, y las partes de las mismas que no son constantes y que sólo aparecen en determinados periodos, o no son conspicuas, son consideradas en general, dentro del grupo de plantas llamadas “no aparentes”; éstas tienden a producir frecuentemente, MS específicos conocidos como defensas cualitativas.
En cambio las plantas de larga vida y las partes conspicuas y permanentes de las plantas, tienden a producir defensas llamadas “cuantitativas” o generales, que por lo mismo, son menos específicas. Estas plantas y órganos pertenecen al grupo de las llamadas plantas “aparentes”.
Las especies no aparentes, producen en general, defensas metabólicas caras que se producen en órganos (células) específicos y que son virulentas en pequeñas cantidades. Estas defensas pueden ser recicladas dentro del metabolismo para recuperar parcialmente el coste de su producción. Las defensas cualitativas representan menos del 2% de la biomasa de la planta que las produce, y son poco diversificadas dentro de la misma. Por ejemplo, las fitoalexinas, los anticuerpos y lso inhibidores de proteasas.
Las plantas que son persistentes como individuos pero forman parte de poblaciones de baja densidad en diversas comunidades, pueden tener características tanto de aparentes como de no aparentes. Por ejemplo, las herbáceas perennes y los árboles de la selva dentro de diversas comunidades, están en riesgo de ser encontradas por herbívoros más especializados que puedes establecer poblaciones residentes localizadas, así como por consumidores más generalistas de la comunidad. Estos tipos de plantas pueden tener defensas cualitativas como toxinas específicas particularmente efectivas para aumentar las posibilidades de establecimiento de las plántulas, y pueden poseer defensas cuantitativas que aumenten la persistencia de los tejidos de vida larga. La teoría de la defensa predice también que la presión de los herbívoros sobre las plantas no aparentes selecciona tanto variaciones de defensa intraespecíficas como interespecíficas, e incluye defensas novedosas efectivas aún contra especialistas, así como modificaciones de defensas ya existentes usadas principalmente sobre generalistas
Características de las plantas Plantas no aparentes Pantas aparentes
Historia de vida Vida corta Persistentes
Comunidad Diversas Simples
Probabilidad de ser encontrada Baja Alta
Consecuencias evolutivas para la defensa contra herbívoros Toxinas = Cualitativas Reductores de digestibilidad = Cuantitativas
Concentración y costo Bajo Alto
Contradaptación Fácil para los especialistas Muy difícil
Ejemplos Alcaloides, glucósidos, cardiacos, glucosinalatos, aminoácidos no proteicos, terpenos Sílice, taninos, terpenos.
Uno poco antes de que apareciese la teoría de la defensa la plantearon Feeny, Rhoades y Cates, otro investigador, McKey (1974), propone la hipótesis de la defensa óptima, argumentando que el nivel de defensa que un tejido tiene dependerá del valor adaptativo del mismo. Esto querría decir que las plantas “optimizan” la cantidad de MS destinados a un tejido, dependiendo de la relación costo-beneficio de esta asignación. Esta hi`´otesis tiene algunas ventajas en comparación con la de la apariencia, ya que considera también a las defensas inducidas y considera a otro tipo de herbívoros además de los insectos; por otro lado, añade un elemento importante al considerar que las distintas partes de una planta no tienen la misma importancia evolutiva y que como consecuencia, unas pueden ser más fácilmente sustituidas que otras.
Cualitativas: Glucosinatos como ejemplo
-Efectivas, aunque en pequeñas cantidades, contra insectos fitófagos no adaptados
-Susceptibles de ser rápidamente detoxificados por los insectos adaptados
-Actúan al contrario que las adaptaciones específicas, como una barrera cualitativa que tiene poco efecto sobre los diversos costos (fenotípicos) del crecimiento del insecto
Cuantitativas: Taninos como ejemplo
-Impiden la depredación por insectos actuando como una barrera, aún en contra de los insectos que naturalmente comen los hojas que los contienen.
-IIncrementan los diversos costos del insecto durante el crecimiento, y por lo tanto, reducen su tasa de crecimiento y, presumiblemente, la aptitud de una amplia variedad de insectos que los digieren
Las defensas cuantitativas son propias de plantas mayores y de desarrollo más lento, debido a su alto coste metabólico. Las defensas cualitativas se encuentran presentes en plantas menores, con un rápido crecimiento y una rápida maduración, altas tasas reproductivas y una grna habilidad para dispersarse y colonizar nuevas áreas en un corto tiempo. Este tipo de plantas no están capacitadas para enfrentarse al alto coste metabólico que representa la síntesis de defensas cuantitativas, ya que disminuiría sus reservas metabólicas para ael crecimiento y reproducción, y quizás su potencial de competencia contra plantas de su misma u otra especie.
En resumen; las plantas de vida corta, crípticas o raras, y las partes de las mismas que no son constantes y que sólo aparecen en determinados periodos, o no son conspicuas, son consideradas en general, dentro del grupo de plantas llamadas “no aparentes”; éstas tienden a producir frecuentemente, MS específicos conocidos como defensas cualitativas.
En cambio las plantas de larga vida y las partes conspicuas y permanentes de las plantas, tienden a producir defensas llamadas “cuantitativas” o generales, que por lo mismo, son menos específicas. Estas plantas y órganos pertenecen al grupo de las llamadas plantas “aparentes”.
Las especies no aparentes, producen en general, defensas metabólicas caras que se producen en órganos (células) específicos y que son virulentas en pequeñas cantidades. Estas defensas pueden ser recicladas dentro del metabolismo para recuperar parcialmente el coste de su producción. Las defensas cualitativas representan menos del 2% de la biomasa de la planta que las produce, y son poco diversificadas dentro de la misma. Por ejemplo, las fitoalexinas, los anticuerpos y lso inhibidores de proteasas.
Las plantas que son persistentes como individuos pero forman parte de poblaciones de baja densidad en diversas comunidades, pueden tener características tanto de aparentes como de no aparentes. Por ejemplo, las herbáceas perennes y los árboles de la selva dentro de diversas comunidades, están en riesgo de ser encontradas por herbívoros más especializados que puedes establecer poblaciones residentes localizadas, así como por consumidores más generalistas de la comunidad. Estos tipos de plantas pueden tener defensas cualitativas como toxinas específicas particularmente efectivas para aumentar las posibilidades de establecimiento de las plántulas, y pueden poseer defensas cuantitativas que aumenten la persistencia de los tejidos de vida larga. La teoría de la defensa predice también que la presión de los herbívoros sobre las plantas no aparentes selecciona tanto variaciones de defensa intraespecíficas como interespecíficas, e incluye defensas novedosas efectivas aún contra especialistas, así como modificaciones de defensas ya existentes usadas principalmente sobre generalistas
Características de las plantas Plantas no aparentes Pantas aparentes
Historia de vida Vida corta Persistentes
Comunidad Diversas Simples
Probabilidad de ser encontrada Baja Alta
Consecuencias evolutivas para la defensa contra herbívoros Toxinas = Cualitativas Reductores de digestibilidad = Cuantitativas
Concentración y costo Bajo Alto
Contradaptación Fácil para los especialistas Muy difícil
Ejemplos Alcaloides, glucósidos, cardiacos, glucosinalatos, aminoácidos no proteicos, terpenos Sílice, taninos, terpenos.
Uno poco antes de que apareciese la teoría de la defensa la plantearon Feeny, Rhoades y Cates, otro investigador, McKey (1974), propone la hipótesis de la defensa óptima, argumentando que el nivel de defensa que un tejido tiene dependerá del valor adaptativo del mismo. Esto querría decir que las plantas “optimizan” la cantidad de MS destinados a un tejido, dependiendo de la relación costo-beneficio de esta asignación. Esta hi`´otesis tiene algunas ventajas en comparación con la de la apariencia, ya que considera también a las defensas inducidas y considera a otro tipo de herbívoros además de los insectos; por otro lado, añade un elemento importante al considerar que las distintas partes de una planta no tienen la misma importancia evolutiva y que como consecuencia, unas pueden ser más fácilmente sustituidas que otras.
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