Etodiversidadestudio de la variabilidad del comportamiento sexual en el orden odonata

Résumé

Hoy en día la etología o estudio del comportamiento animal parece haber perdido el brillo que adquirió durante su época dorada del siglo XX de la mano de grandes naturalistas y biólogos cómo Nikolaas Tinbergen y Konrad Lorenz, sin olvidar la tal vez no tan conocida aportación a la etología de Charles Darwin, quién dio valor al comportamiento animal y lo incluyó como otra posible adaptación junto con las adaptaciones anatómicas y fisiológicas. Según Darwin, dichas adaptaciones permitirían la supervivencia del individuo y su posterior éxito reproductivo. Si bien para el propio Darwin el comportamiento, junto con la selección natural y sexual, eran piezas fundamentales para entender la adaptación de los organismos; en la actualidad parece que la vertiente más naturalista de un biólogo, la observación, se ha perdido. La mayor parte de los estudios han pasado de una visión macroscópica a otra más microscópica, centrada en el análisis genómico y filogenético de los organismos. Si bien es importante que el campo de la biología avance, no debemos dejar atrás disciplinas tan importantes como la etología, que junto con otras disciplinas de índole más molecular, permite establecer conclusiones, hipótesis y teorías más precisas. Tanto la selección natural como la sexual utilizan la diversidad como sustrato para actuar, siempre y cuando estos rasgos se transmitan a través del código genético. Es por tanto importante, antes de adentrarnos en el objetivo de esta tesis, hablar de diversidad biológica o biodiversidad. El concepto de biodiversidad puede considerarse en realidad un metaconcepto, puesto que engloba varios términos: la diversidad genética dentro de las especies, la diversidad de especies en un ecosistema, la diversidad de ecosistemas de los cuales forman estas especies y la diversidad paisajística en donde se encuentran estos ecosistemas, incluyendo los procesos evolutivos y ecológicos. Conservar y respetar la biodiversidad tiene importantes consecuencias sociales, políticas, económicas y para la salud pública: a diario nos beneficiamos de todo aquello que una biodiversidad sana y estable nos aporta, desde medicinas a alimentos y ropa. Además, los ciclos biogeoquímicos crean suelo fértil, reciclan el agua potable y purifican el aire. Para completar la compleja ecuación del concepto de biodiversidad, faltaría otra variable: la diversidad etológica, diversidad de comportamiento o etodiversidad. Existen en la actualidad varios trabajos que recalcan la importancia de estudiar la diversidad del comportamiento y sus consecuencias en ámbitos de la ecología, medio ambiente y evolución (dinámica poblacional, expansión o reducción del rango de distribución de las especies, cascadas tróficas). En ocasiones obviamos el hecho de que no solo la diversidad en rasgos físicos o fisiológicos constituye el sustrato y motor de la evolución, sino que también la diversidad de comportamiento juega un papel casi igual o más importante que aquéllos, ya que en múltiples ocasiones el aislamiento reproductivo viene dado por algún tipo de comportamiento pre-cigótico, como por ejemplo el canto de apareamiento. Además, el conflicto sexual entre machos y hembras, que no es más que otra forma de selección sexual, utiliza en la mayor parte de las ocasiones el comportamiento como sustrato de adaptación reproductiva. A lo largo de los cinco capítulos que constituyen esta tesis se pretende poner en valor la importancia del estudio de la biodiversidad y, en particular, de la etodiversidad o diversidad del comportamiento; dándole a esta última un importante protagonismo a todos los niveles, no sólo ecosistémico, sino también inter- e intraespecífico. Para ello, se utilizan a los insectos del orden Odonata (libélulas y caballitos del diablo) como organismos modelo, prestando especial atención a su comportamiento sexual. El grupo de odonatos es relativamente pequeño en cuanto a número de especies descritas (alrededor de 6.000), lo que ha facilitado su estudio y permitido obtener un amplio conocimiento acerca de la distribución y la taxonomía de los miembros de este grupo. El orden Odonata se divide en tres subórdenes: Zygoptera, Anisoptera y Anisozygoptera (éstos últimos representados por un único género, Epiophlebia). Los anisópteros suelen ser más grandes y robustos que los zygópteros y al contrario que estos últimos, extienden sus alas en reposo. Los anisozigópteros, por su parte, presentan un aspecto intermedio entre los dos subórdenes anteriores. Los odonatos constituyen un grupo ideal para estudios de etodoversidad, ya que poseen una amplia diversidad de comportamientos asociados a la reproducción, cada uno de ellos con variabilidad intraespecífica e interespecífica. Entre dichos comportamientos destacan para su estudio el encuentro entre individuos de ambos sexos y su localización, la interacción entre los machos y la territorialidad, el reconocimiento intraespecífico, la formación del tándem, la cópula y la forma de oviposición. A juzgar por el registro fósil del grupo, estos insectos alados han cambiado poco desde su origen, lo que sugiere una gran capacidad de adaptación del grupo. En la actualidad siguen siendo un ejemplo de adaptabilidad a su entorno, puesto que se trata de un grupo de insectos cosmopolita que se encuentra en casi cualquier parte del planeta, en múltiples y variados ambientes asociados a masas de agua. Esta capacidad de colonizar diversos ambientes permite conocer los patrones de comportamiento de los individuos a diferentes latitudes, pudiendo así establecer patrones de diversidad etológica de forma similar a los patrones de riqueza específica que se observan dentro del grupo, con un aumento del número de especies desde los polos hacia el ecuador. El primer capítulo de la tesis se centra en el estudio de estrategias reproductoras alternativas, utilizando como modelo de estudio a la especie de odonato endémica de México Paraphlebia zoe. Las estrategias reproductoras alternativas están asociadas comúnmente al dimorfismo masculino y en el caso de P. zoe, los machos son dimórficos en cuanto a color de las alas, existiendo machos de alas blancas y negras que defienden el territorio y machos de alas hialinas que suelen actuar como satélites. El estudio de se llevó a cabo en una población de esta especie localizada en hábitats de escorrentía, en Teocelo, región de Veracruz. Durante el período de trabajo de campo los machos de alas hialinas fueron extremadamente raros de ver, debido al momento del año en que se realizó el estudio (junio-julio) por lo que éste se centró en los machos de alas negras. Se encontró que algunos machos con alas negras compartían un mismo territorio, por lo que se planteó la hipótesis de que dentro de este morfo podría haber dos alternativas territoriales (o pre-copulatorias): machos de alas negras dominantes y sumisos. Para comprobar si estos dos roles eran plásticos o estables en cada individuo, se llevó a cabo un experimento en el cual se manipularon las manchas blancas y negras de las alas de algunos individuos. Dicho experimento incluyó cuatro tratamientos diferentes: en el primero, se pintaron las manchas blancas y negras sin cambiar su tamaño; en el segundo tratamiento, se borró la mancha blanca utilizando pintura negra; en el tercer tratamiento se aumentó el tamaño de la mancha negra y se movió la mancha blanca manteniendo su tamaño. Por último, se incluyó un grupo de individuos “control” a los cuales no se les realizó modificación alguna. Durante un mes y medio, se realizaron cada día observaciones focales (cuando la climatología lo permitía) de 10 min por individuo, desde las 9:00 a.m. hasta las 16:30 p.m., franja horaria dentro de la cual tenía lugar el pico máximo de actividad en los individuos de esta especie. Para realizar estas observaciones focales previamente se capturaron machos y hembras con una red entomológica, se marcaron individualmente con número en la ala anterior izquierda, se apuntó la fecha, hora de captura, se midió el tamaño corporal con un calibre y se soltaron de nuevo los individuos marcados. Se intentó dibujar el número lo más lejos posible de la mancha para que el marcaje de los individuos no interfiriese con el experimento. Los resultados del experimento sugieren que los roles dominante y sumiso no se ven afectados por el tratamiento y por tanto serían estables y fijos. No sólo se estudió la plasticidad de estos roles, también se investigó la posible correlación entre algunas variables fenotípicas (simetría alar, probabilidad de supervivencia y recaptura) y el comportamiento del macho (sumiso o dominante). En este caso, se encontró una correlación positiva entre el tamaño corporal y la supervivencia en ambos sexos y roles de los machos de alas negras. Además, los machos de alas negras de mayor tamaño y más jóvenes fueron los más simétricos. Los machos de P.zoe poseen una elevada diversidad de comportamiento, con dos tipos de estrategias (dominante y sumiso) en machos de alas negras. La aparición de esta diversidad de comportamiento dentro de un mismo morfo podría depender de factores demográficos, como la densidad poblacional y/o la frecuencia relativa de las diferentes morfologías de los machos (alas hialinas y alas negras) en un determinado momento del año. Previamente a la cópula, los odonatos macho transfieren los espermatozoides desde los testículos, situados en el 9o segmento abdominal, hasta la vesícula seminal situada en el 2o segmento abdominal; un comportamiento exclusivo de este grupo de insectos que se conoce como translocación de esperma. En el segundo capítulo se analiza cómo la translocación de esperma puede afectar a la calidad del esperma que el macho utiliza para fecundar a la hembra, y en consecuencia a la supervivencia de la progenie (i.e. fertilidad de la hembra). En este caso se utiliza como modelo para el estudio una especie de zygoptero europea y fácil de encontrar en Galicia, Ischnura graellsii Algunas observaciones publicadas sobre este comportamiento sugieren que, en ocasiones los machos no realizan la translocación de esperma antes de la cópula. El objetivo de este capítulo es determinar las circunstancias en las que los machos omiten este comportamiento, y como esto afecta a la viabilidad espermática. Para este cometido se permitió a los machos de I. graellsii realizar una primera translocación de esperma (interrumpiendo la cópula en este momento) y a continuación se estudió el comportamiento de dichos machos en las cópulas posteriores. Los machos fueron asignados de forma aleatoria a cuatro tratamientos que consistieron en permitir a estos individuos copular con una hembra transcurridos 15 minutos, 24 horas, 48 horas o 72 horas. La fertilidad de las hembras apareadas se cuantificó, como una aproximación a la viabilidad del esperma de los machos. Se encontró que todos los machos de I. graellsii apareados 15 minutos después de la primera translocación de esperma utilizaron el esperma que almacenado en la vesícula seminal; mientras que la proporción de machos que repitieron la translocación espermática fue aumentando desde el 6,7% para el grupo de machos apareados transcurridas 24 horas hasta el 57,1% en el caso de los machos apareados tres días después de la primera translocación. Adicionalmente se disponía de información procedente de experimentos realizados con individuos del género Calopteryx, que mostraban que los machos tampoco repiten la translocación de esperma cuando han transcurrido menos de 24 horas desde el apareamiento. La fertilidad de las hembras de I. graellsii se vio disminuida en aquellos casos en los que los machos con los que se aparearon no realizaban la translocación de esperma inmediatamente antes de la cópula; lo uqe sugiere que la calidad del esperma decae con el tiempo en I. graellsii. Los machos determinan de alguna forma cuándo pueden reutilizar el esperma almacenado en la vesícula seminal o por el contrario deben descartar éste y realizar una nueva translocación espermática. La importante conclusión que deja este capítulo es que la especial disposición anatómica de los odonatos macho abre presiones selectivas encaminadas a maximizar la viabilidad de los espermatozoides, a través de plasticidad y variedad en el comportamiento de translocación espermática. El tercer capítulo se centra en el estudio comparativo de la supervivencia y comportamiento de dos poblaciones de Heteragrion cooki situadas en hábitats forestales ecuatorianos en la localidad de Piñas, región de El Oro. Estas poblaciones se han visto afectadas en los últimos años por la tala de los árboles de la ribera del río. Si bien el género Heteragrion es uno de los más comunes en los bosques tropicales Sudamericanos, solamente 3 de las 46 especies descritas en el género han sido estudiadas por etólogos. El estudio del comportamiento es importante para comprender como afecta a las especies tropicales la creciente deforestación que esta región del planeta sufre de la mano del ser humano. Para realizar este estudio se utilizaron métodos demarcaje y recaptura y observaciones focales a adultos, de forma similar al estudio con P. zoe en México. Se seleccionaron para el estudio dos tipos de arroyos bien diferenciados en los cuáles estaba presente la especie objeto de estudio. El primero fue un arroyo situado al lado de una plantación de teca (Tectona grandis) que conserva pequeños remanentes de bosque y vegetación de ribera y se encuentra justo en el límite de una reserva natural. Al mantener restos de bosque ribereño el ambiente era más sombrío en esta población. El segundo arroyo estaba situado a 7,6 km del primero, y se encontraba entre cultivos de caña de azúcar (Saccharum officinarum), piñas y otros cultivos agrícolas, por lo que grandes áreas del arroyo quedaban al descubierto y sufrían una gran insolación durante las horas centrales del día. Sabiendo que H.cooki es una especie que busca la sombra, se espera que este último arroyo sea de menor calidad para los individuos de esta especie. Se encontraron densidades similares de machos (pero no de hembras) tanto en el arroyo menos afectado por el ser humano como en el arroyo más soleado. Las tasas de recaptura fueron similares en ambas poblaciones; más altas para los machos (50%) que para las hembras (20%). El tamaño corporal también se vio afectado, siendo los individuos del arroyo sombrío significativamente diferente más pequeños que los del arroyo soleado. Los machos del arroyo sombrío sobrevivieron más que las hembras, mientras que en el arroyo más soleado la supervivencia diaria fué similar entre sexos, pero variable en el tiempo. Además, en el arroyo soleado, el tamaño del cuerpo se correlacionó negativamente con la supervivencia. El estudio del comportamiento reproductor de H. cooki reveló un pico máximo de actividad entre las 13:00 p.m. y 16:00 p.m. Los machos llegaban antes que las hembras al arroyo y defendían pequeños parches de territorio en el arroyo, exhibiendo alta fidelidad por éstos y un comportamiento agresivo hacia otros machos de la misma especie. La duración de la cópula se sitúa alrededor de los 6 minutos y la oviposición se realiza en tándem macho y hembra sobre raíces y lianas, y dura un promedio de 45 minutos. A pesar de la pérdida de la vegetación ribereña en la población más soleada, se mantienen las densidades similares de individuos de H.cooki, probablemente debido a pequeños restos de bosque nativo que se pueden encontrar cerca del arroyo y que pueden actuar como refugios para estos individuos. En el cuarto capítulo se estudia la función de una estructura anatómica presente en hembras de varias especies de odonatos, la espina vulvar. Como especie objeto de estudio en este capítulo se seleccionó al zigóptero europeo Enallagma cyathigerum. Las hembras de esta especie, al igual que muchas otras dentro de la familia Coenagrionidae, poseen una espina vulvar en el octavo segmento abdominal, cuya función se desconoce. En este capítulo se ponen a prueba tres posibles hipótesis que explicarían la presencia de la espina vulvar: la primera sería que la espina vulvar serviría como estructura para facilitar la oviposición endofítica; la segunda, que la espina vulvar se utilice como órgano para estimular a los machos y hacer que éstos liberen esperma; y la tercera y última hipótesis sería que la espina vulvar ha evolucionado en el marco del conflicto sexual macho-hembra, para infligir daño al macho y acortar la duración de la cópula. Para probar estas tres hipótesis se realizaron una serie de experimentos utilizando una colonia de E. cyathigerum mantenida en el laboratorio. Para comprobar si la espina vulvar de la hembra es utilizada para infligir algún daño al macho durante la cópula, se seleccionaron de manera aleatoria a 12 machos maduros. Cuatro de éstos machos copularon solamente una vez, a otros 4 se les permitió copular dos veces en días consecutivos y a los 4 machos restantes se les permitió copular 3 veces en días consecutivos también. Para examinar si la espina vulvar causaba algún efecto en la supervivencia de los machos se separaron las hembras en dos grupos, un grupo donde la espina vulvar fue seccionada con unas tijeras de disección, y otro grupo donde la espina vulvar se dejó intacta. Finalmente, para comprobar si la espina vulvar facilita la oviposición endofítica, las hembras procedentes del experimento anterior (con y sin espina vulvar) se colocaron dentro de frascos de cristal con papel de filtro húmedo como sustrato de oviposición artificial. A cada hembra se le permitió poner huevos entre 15- 20 minutos, un total de dos veces en días diferentes. Durante la oviposición, cada vez que la hembra dejaba de poner, se detenía el temporizador. Con estas puestas también se puede comprobar si la espina vulvar tiene algún papel como órgano estimulador de los machos (haciendo que éstos transfieran una mayor cantidad de esperma o fluidos nutricionales asociados al esperma), ya que en ese caso se esperaría un incremento de la fertilidad en el caso de los machos apareados con hembras con espina. Los resultados de los experimentos realizados no respaldaron ninguna de las hipótesis porpuestas para la existencia de la espina vulvar, sin embargo el análisis de microscopía electrónica de barrido de la vesícula seminal de los machos de E.cyathigerum mostró una serie de estructuras en forma de pliegues en su vesícula seminal, que fueron más o menos pronunciados dependiendo del grado de maduración del macho, y que parecen correlacionarse con el número de apareamientos. Estructuras similares a estos pliegues se encontraron en otras especies de odonatos cuyas hembras presentan espina vulvar, pero en cambio no se encuentran en especies cuyas hembras no poseen espina. A la luz de este descubrimiento, se plantea la hipótesis de que los pliegues de la vesícula seminal de los machos podrían haber evolucionado como una contra-adaptación a una lesión copulatoria infringida por las hembras. Se plantea la necesidad de nuevas investigaciones centradas en análisis morfológicos comparativos del tamaño y la forma de la espina vulvar y los pliegues de la vesícula seminal, que deberían correlacionarse en caso de que estas estructuras hayan evolucionado como resultado del conflicto sexual entre machos y hembras. De probarse esta hipótesis, se trataría del primer caso dentro de este grupo de insectos. En el último capítulo se llevó a cabo una revisión de la literatura científica a fin de examinar la variación que existe en el comportamiento de translocación de esperma, tanto en Zygoptera como en Anisoptera, y las implicaciones evolutivas de dicha variación. En el segundo capítulo ya se mencionan algunas de las importantes implicaciones que tendría este comportamiento, pero teniendo en cuenta solo una variante del mismo. En este capítulo, se presenta información acerca de la translocación de esperma en 176 especies de Odonata, y se pone de manifiesto la existencia de una gran variedad de tipos de translocación espermática. La variante de translocación realizada una vez por apareamiento y después de la formación del tándem es la más común (66%), pero se encontraron otras variantes: la translocación de esperma con un toque genital previo (10%), la translocación de esperma realizada por el macho en solitario antes del tándem (16%) o después de la cópula (5%) y la repetición de la translocación durante la misma cópula (3%). La información obtenida de la revisión bibliográfica se utilizó en para establecer un estudio filogenético comparativo, para investigar la evolución de este comportamiento dentro del grupo. De este estudio se concluye a partir de qué escenarios aparecen las distintas variantes de translocación espermática que se observan en los odonatos en la actualidad. El contacto genital pre-cópula podría haber evolucionado para detectar la receptividad de la hembra; la translocación previa al tándem y con el macho en solitario podría ser favorecida cuando las oportunidades de apareamiento escasean y las cópulas son breves, mientras que la translocación de esperma realizada tras el apareamiento podría verse favorecida en aquellos casos en los que los machos necesitan estar listos para aparearse rápidamente. Se discute además el posible origen de la forma tan característica que los odonatos tienen de aparearse, la denominada “rueda copulatoria” y su relación con el comportamiento de translocación de esperma. El escenario más plausible para la evolución de la translocación podría ser aquel en el que los antepasados de los odonatos producían un espermatóforo y lo adherían al cuerpo; lo que conduciría a la evolución de una genitalia secundaria en los machos y por consiguiente a la formación de la “rueda copulatoria”. Este capítulo enfatiza el papel de la diversidad conductual para comprender la evolución de rasgos, tanto físicos como de comportamiento, asociados a la reproducción. A lo largo de los diferentes capítulos de esta tesis he podido demostrar la importancia que tiene el estudio del comportamiento animal y las implicaciones que la diversidad de comportamientos o etodiversidad en materia de conservación y estudio de la biodiversidad. Se confirma la necesidad de estudios más integrativos en los que se aúnen la taxonomía, la ecología, el comportamiento y la biología molecular, para poder establecer protocolos más efectivos a la hora de evitar extinciones de especies y contribuir así al mantenimiento de la biodiversidad.Me gustaría que el lector de un público más general al finalizar esta tesis se haya dado cuenta de la importancia de los procesos ecológicos que se producen en nuestro entorno y de cómo éstos nos afectan. En especial, me gustaría que todos los que nos dedicamos a la ciencia básica, la ecología evolutiva y en concreto a la etología; seamos conscientes del potencial que tiene el estudio del comportamiento animal como herramienta para empatizar con el público en general y transmitir conocimientos de ecología evolutiva. En el caso del lector más ligado al área de la investigación en ecología evolutiva me gustaría que comenzase a incluir el estudio del comportamiento en sus proyectos, para establecer conclusiones más completas, ya que como se ha podido comprobar a lo largo de esta tesis, la etodiversidad o diversidad del comportamiento influye notablemente en la adaptación y evolución de una especie.