Introducción

El rol de las plantas en la cadena trófica las expone continuamente a diversos tipos de estrés biótico, como la herbivoría y los patógenos (^{Rejeb et al., 2014}).

Ante estos desafíos, las plantas dejan de ser entidades pasivas y desarrollan complejos mecanismos de defensa que les permiten sobrevivir y reproducirse en su entorno (Belete et al., 2021). La capacidad de una planta para defenderse es un factor clave para determinar su adecuación biológica, es decir, su capacidad para sobrevivir y transmitir sus genes a la siguiente generación (^{Younginger, 2017}).

Estas defensas químicas son a menudo usadas para el estudio de componentes y principios activos, por ello son fuentes promisorias para la experimentación y verificación de actividades de repelencia o atracción (Echavarria et al., 2016).

En muchos casos se busca desarrollar nuevos agentes basados en productos naturales obtenidos de extractos vegetales como soluciones para el manejo eficaz y sostenible de plagas (Jiménes J., 2022).

Ubicado en el corazón de América del Sur, la ecorregión del Bosque Seco Chiquitano alberga uno de los ecosistemas más singulares y menos estudiados del continente, considerada un patrimonio natural de Bolivia y América Latina (^{Flores et al., 2020}). Además de los servicios ambientales, este bosque presenta una riqueza de flora y fauna inconmensurable para el descubrimiento de nuevos ingredientes activos (^{Feuerborn, 2023}).

Así también, existen registros de especies de la zona que al ser machacadas y estar expuestas con el agua presentan una gran solubilidad, difusión y elevada actividad zootóxica en sus compuestos químicos (^{Murakami, 2019}). Estudios etnobotánicos recientes en áreas similares también registran especies ictiotóxicas y medicinales (^{Lino-Villalba, Oriana A. et al., 2022}).

Las hormigas, al ser organismos sociales sensibles a su entorno, se han convertido en importantes bioindicadores para detectar y responder a cambios en la composición química de su hábitat por la presencia de agentes biológicos (^{Jiménez F., 2021}). Según ^{Hart et al. (2023}), los formícidos (hormigas) especialistas en la detección de señales químicas, que son "señales biológicas sensibles", reflejan la dinámica de su ecosistema.

En este sentido, este trabajo tuvo como objetivo evaluar la capacidad de defensa química de diferentes especies de plantas utilizando a los formícidos como bioindicadores. Se estudió cómo la abundancia de insectos y el volumen consumido por los mismos reflejan la presencia de los compuestos fitoquímicos.

Este análisis proporcionará una visión integral de las estrategias de defensa de plantas de la ecorregión Chiquitana.

Área de estudio

La Reserva Privada Potrerillo del Güendá forma parte de la Unidad de Conservación del Patrimonio Natural Paisaje Protegido Departamental Güendá Urubó (UCPN PPD Güendá-Urubó) y pertenece al municipio de Porongo, ubicado en el cantón de Terebinto de la provincia Andrés Ibáñez en Santa Cruz, Bolivia (Gobierno Departamental Autónomo de Santa Cruz, 2021). Según La Región (2021), la UCPN presenta 4 ecosistemas bien conservados: Pampas del Urubó; Pampas con islas de Bosque Chiquitano de Arenales; Bosque Chiquitano Transición Amazónico y Pampas húmedas.

Marco metodológico

Selección de especies vegetales y porcentaje de herbivoría

Se seleccionaron seis especies de plantas: Rheedia brasiliensis (Mart.) Planch. y Triana (Clusiaceae), conocida como Achachairú; Handroanthus impetiginosus (Mart. ex DC.) Mattos (Bignoniaceae), comúnmente llamada Tajibo; Annona dioica A. St.-Hil. (Annonaceae), también conocida como Chirimoya del monte; Palicourea winkleri Borhidi (Rubiaceae); Sapindus saponaria L. (Sapindaceae), conocida como Árbol del jabón y Alicastrum gaudichaudii (Trécul) Kuntze (Malvaceae).

Para la selección de estas especies, se tomó en cuenta tres criterios: 1) presencia de herbivoría en las hojas, 2) que fueran especies nativas, y 3) ausencia de nectarios extraflorales, para evitar un posible mutualismo con hormigas como defensa biótica.

Para calcular el porcentaje de herbivoría, se tomaron diez hojas de cinco individuos de cada especie (50 hojas por especie). Las hojas se fotografiaron sobre un fondo blanco con una escala y se analizaron utilizando el software ImageJ v. 1.54h para determinar el área total y el área depredada, calculando así el porcentaje de herbivoría.

En la tabla 1, todas las especies de plantas seleccionadas presentaron herbivoría, siendo H. impetiginosus la especie que presentó el mayor porcentaje de herbivoría y R. brasiliensis el menor porcentaje.

Tabla 1 Porcentaje de herbivoría total de seis especies de plantas nativas. 

Cuantificación de insectos y volumen consumido

Con el objetivo de identificar la planta con la mayor defensa química, se aplicó un diseño experimental para evaluar la repelencia de los diferentes extractos de tejidos de cada planta en las hormigas.

Se evaluaron dos variables de respuesta: la abundancia de hormigas presente en cada extracto vegetal y el volumen de extracto consumido por estas.

Los extractos concentrados de cada especie de planta se obtuvieron cortando y triturando las hojas con el mortero hasta alcanzar un peso total de 15 gramos de tejido. Se agregó 120 ml de agua y 80 gramos de azúcar como atrayente para los formícidos.

Finalmente, se distribuyó 1,5 ml de la mezcla filtrada en tubos Eppendorf. Estos tubos fueron posicionados en la superficie en un círculo de 15 cm. de radio y dispuestos al azar, poniendo el primer tratamiento hacia el norte siguiendo los demás en sentido de las manecillas del reloj (Figura 1).

Se marcó un transecto de 300 metros con diez parcelas pequeñas separadas por 30 metros. Cada parcela constaba de siete tubos Eppendorf que contenían los siete tratamientos, consistiendo en los extractos concentrados de las seis especies de plantas y un control compuesto por agua y azúcar en la misma concentración.

Figura 1 Preparación de extractos y disposición de parcelas en la transecta de muestreo. 

Análisis de datos

Para evaluar la eficacia de la defensa química de cada especie vegetal mediante la abundancia de hormigas en cada tratamiento, empleamos modelos lineales mixtos generalizados (GLMM) con distribución de errores Poisson. Luego de testear y detectar la presencia de sobredispersión, utilizamos estimación mediante cuasiverosimilitud implementada en el paquete MASS (^{Venables y Ripley 2002}) de R (R Core Team 2023).

Construimos un modelo que incluía el tratamiento, el día y la hora como efectos fijos, y la parcela como factor aleatorio. Probamos la significancia de los efectos fijos mediante pruebas de Wald, ya que otros tipos de comparaciones entre modelos no están disponibles para las estimaciones por cuasiverosimilitud.

Para evaluar el efecto de las defensas químicas de cada especie de planta sobre el volumen consumido por las hormigas, aplicamos un análisis similar utilizando GLMM con distribución de errores Gaussiana y estimación por máxima verosimilitud utilizando el paquete nlme (^{Pinheiro y Bates, 2000}) de R (R Core Team 2023). Utilizamos el Coeficiente de Información de Akaike (AIC) para comparar cuatro modelos con diferentes combinaciones de factores fijos y la parcela como factor aleatorio.

Estos modelos consistían en: 1) el tratamiento y el día como efectos fijos, 2) el tratamiento como efecto fijo, 3) el día como efecto fijo, y 4) un modelo nulo solo con la parcela como factor aleatorio. La selección del modelo óptimo se basó en el AIC más bajo, siguiendo la metodología propuesta por ^{Burnham y Anderson (2002}).

Además, realizamos pruebas post hoc de Tukey con un nivel de confianza del 95% para comparar las medias marginales por tratamiento utilizando el paquete emmeans (^{Lenth 2022}).

Resultados

De acuerdo a los datos de la abundancia de formícidos, las especies S. saponaria , A. dioica y A. gaudichaudii no presentaron diferencias significativas con respecto al control (test de Wald, en todos los casos p>0,05; Figura 2), dado que exhibieron abundancias similares, lo que indica que no hay una actividad clara de repelencia o atracción en estas especies hacia las hormigas. Por otro lado, las especies H. impetiginosus , R. brasiliensis y P. winkleri presentaron diferencias significativas negativas en comparación con el control (test de Wald, en todos los casos p<0,003), evidenciando una menor abundancia de formícidos, lo que denota que esas especies poseen una capacidad para repeler estos insectos.

Figura 2 Medias marginales e intervalos de confianza del 95% para la abundancia de formícidos en función del tratamiento.Ct, Control; Ac, Rheedia brasiliensis; Tb, Handroanthus impetiginosus; Sn, Annona dioica; Mr, Palicourea winkleri; Sp, Sapindus saponaria; Mu, Alicastrum gaudichaudii. Letras distintas indican diferencias significativas entre pares de tratamientos (p<0,05) según prueba de Tukey. 

Figura 3 Medias marginales e intervalos de confianza del 95% en función del tratamiento. Ct=Control, Ac=Rheedia brasiliensis, Tb=Handroanthus impetiginosus, Sn=Annona dioica, Mr=Palicourea winkleri, Sp= Sapindus saponaria, Mu= Alicastrum gaudichaudii. Letras distintas indican diferencias significativas entre pares de tratamientos (p<0,05) según prueba de Tukey. 

Respecto al volumen consumido de los extractos de cada especie de planta por las hormigas (Figura 3), R. brasiliensis presenta una diferencia significativa negativa respecto al control (prueba de Wald, p = 0.048), dado que registra un menor volumen consumido por parte de las hormigas, lo que indica una actividad de repelencia hacia estas. Por otro lado, S. saponaria presentó una diferencia significativa positiva (prueba de Wald, p = 0.003), indicando un mayor volumen consumido por las hormigas, lo cual denota una actividad atrayente hacia estos insectos.

Finalmente, las cuatro especies restantes H. impetiginosus , A. dioica , P. winkleri y A. gaudichaudii no presentaron una diferencia considerable en el volumen consumido en comparación con el control (prueba de wald, en todos los casos p>0.140), lo que implica que no existe una actividad de repelencia o atracción hacia los formícidos.

Discusión y Conclusiones

La especie R. brasiliensis presentó una menor abundancia de hormigas, lo que coincide con un menor volumen consumido y un bajo porcentaje de herbivoría, sugiriendo una actividad repelente.

Esta planta tiene utilidad médica en la Amazonía boliviana, los frutos y las hojas se utilizan como cicatrizantes, digestivos, laxantes y para el tratamiento del reumatismo, la úlcera gástrica y la inflamación (^{Nunes et al., 2019}) y está caracterizada por poseer un valor farmacéutico destacable por la presencia de xantonas, flavonoides, terpenos y benzofenonas (^{Angami et al, 2021}; Santo et al, 2023), esto le otorga cualidades aromáticas, antioxidantes, anticancerígenas, antiinflamatorias, citotóxicas, antimicrobianas y antifúngicas (^{Zan et al 2018}; Naves et al, 2023).

Aunque R. brasiliensis posee muchas cualidades contra diferentes organismos como bacterias y hongos, no se la menciona como insecticida. Sin embargo se reporta a los terpenos, uno de sus compuestos, como tóxico para insectos (^{Dambolena et al., 2016}) específicamente para formícidos (^{Perri, 2020}), lo cual explica su actividad repelente hacia estos en el presente estudio.

Por el contrario, los extractos de S. saponaria se muestran como un atrayente, considerando la abundancia de formícidos y el alto volumen consumido por estos. Según la bibliografía sobre esta planta, uno de sus metabolitos secundarios, las saponinas, representan un potencial como agentes tóxicos contra herbívoros evidenciando su eficacia en el control de plagas, en órdenes de insectos y arácnidos como Acari, Lepidoptera, Diptera y Coleoptera (^{Tavares et al, 2021}; Martins et al, 2024; ^{Menezes et al, 2023}).

No obstante,^{Souza et al. (2023}) destacan la presencia de hormigas en S. saponaria como beneficiosas, presentando un mecanismo de control biológico contra fitófagos masticadores y minadores, tales como coleópteros y lepidópteros. Este tipo de mutualismo es conocido como mirmecofilia, que se entiende por una relación mutualista entre plantas y hormigas, en donde las plantas resultan beneficiadas por la actividad de las hormigas, en la polinización, dispersión de semillas y protección, esto debido a su postura agresiva, comportamiento social y a su veneno efectivo para algunas especies (Villatoro et al, 2023). A cambio la planta brinda recursos alimenticios, sitios de anidamiento y refugio (^{Vazquez, 2019}).

Por consiguiente, concluimos que la interacción entre S. saponaria y las hormigas representa un fenómeno muy complejo, ya que se desconoce si el alto volumen consumido de los extractos de la planta por parte de los formícidos es el resultado de su dieta natural, o si se debe a la presencia de metabolitos secundarios que podrían desencadenar una respuesta atrayente para obtener los beneficios mutuos mencionados.

Palicourea winkleri presentó una menor abundancia de formícidos al igual que A. dioica, cuya abundancia es similar al control, sin embargo ambas especies exhiben un mayor volumen consumido. Por el contrario, A. gaudichaudii mostró una mayor abundancia de formícidos y al mismo tiempo un menor volumen consumido.

Al respecto, los estudios de ^{Fujioka et al. (2023}) demuestran que el volumen consumido por parte de formícidos de un determinado tratamiento se ve influenciado por la presencia de diferentes tamaños de estos, ya que las hormigas más grandes transportan un mayor volumen de carga, por el contrario hormigas más pequeñas un menor volumen de carga.

Esto podría explicar los resultados hallados ya que si un tratamiento experimenta un alto volumen consumido pero atrae poca abundancia es debido a la presencia de formícidos más grandes, mientras que un tratamiento que presenta un menor volumen consumido y atrae una mayor abundancia se debe a la presencia de hormigas más pequeñas.

En conjunto, el presente estudio destaca la complejidad de las interacciones entre plantas y hormigas, evidenciando patrones distintos de atracción y repelencia influenciados por los compuestos químicos presentes en las plantas y las necesidades de los formícidos.

Se observa que R. brasiliensis exhibe potencial como agente de control de plagas debido a la presencia de terpenos y su capacidad para repeler a las hormigas, mientras que S. saponaria muestra una relación de mirmecofilia, donde las hormigas encuentran beneficios tanto para la planta como para sí mismas.