Interacciones planta-animal: Ecología evolutiva y conservación

Foto por: L. Núñez

Interacciones plantaanimal: Ecología evolutiva y conservación Profesores: Dra. María Argenis Bonilla Universidad Nacional de Colombia, Sede Bogotá Dr. Rodolfo Dirzo Universidad de Stanford, Estados Unidos

Estudiantes participantes: Diego Fernando Casallas-Pabón ** José Oswaldo Cortés Herrera * Mónica Adriana Cuervo * Francisco Fajardo Gutiérrez * Jennyfer Insuasty Torres * Cindy Cristina Leguízamo Pardo * Eliana Martínez Pachón *** María Inés Moreno Pallares * Luis Alberto Núñez Avellaneda ** Mónica Beatriz Ramírez Burbano * Oscar Andrés Rojas Zamora * Cristian Camilo Sandoval Parra *

* Maestría en Ciencias - Biología - Facultad de Ciencias, Universidad Nacional de Colombia ** Doctorado en Ciencias - Biología - Facultad de Ciencias, Universidad Nacional de Colombia *** Doctorado en Agroecología - Facultad de Agronomía, Universidad Nacional de Colombia

Edición del documento: Cristian Camilo Sandoval Parra Mónica Beatriz Ramírez Burbano Diego Fernando Casallas-Pabón

Tabla de contenido: Agradecimientos .......................................................................................................................................1 Presentación y Área de estudio ..............................................................................................................2 Artículos del proyecto grupal: ................................................................................................................4 Casallas-Pabón, D. Rojas-Zamora, O & Insuasty-Torres, J. Variación de la Herbivoría y Prueba de Aceptabilidad en Plantas con Estrategias de Crecimiento rápido y lento ..........................................................................................................4

Martínez-Pachón, E. Moreno-Pallares, M.& Cuervo-Martínez, M.A. Herbivoría en plantas de crecimiento rápido y lento de un bosque húmedo tropical de Colombia: una prueba de la hipótesis de disponibilidad de recursos ...................................16

Artículos del Proyecto libre: ................................................................................................................28 Fajardo-Gutiérrez, F., Leguízamo-Pardo, C. & Ramírez-B, M. Efecto de la Herbivoría sobre la Producción de Frutos en Psychotria racemosa Rich. (Rubiaceae) ..................................................................................................................................28

Insuasty-Torres, J. Rojas-Zamora, O. & Casallas-Pabón, D. Herbivoría Diferencial en Plántulas y Juveniles de Dos Especies de Leguminosas Con y Sin Mirmecofilia ..........................................................................................................................35

Martínez-Pachón, E. Moreno-Pallares, M.& Cuervo-Martínez, M.A. Enverdecimiento retardado en plantas de Bosque Húmedo Tropical: indicación de defensa o control descendente de los herbívoros. ...................................................................47

Núñez, L., Sandoval-Parra, C. & Cortés, O. Evaluación de la Defensa Anti-herbívoro por Asociación Coespecífica en Ocotea longifolia Kunth (Lauraceae), en un Bosque Húmedo en Mariquita,Tolima. .....................55

Agradecimientos Los autores de este trabajo agradecen a la Facultad de Ciencias y al Departamento de Biología de la Universidad Nacional de Colombia, sede Bogotá y al posgrado en Ciencias – Biología. En especial a los profesores Gabriel Pinilla, Director del Departamento de Biología y Luis Fernando García, Director del Área Curricular por el apoyo financiero para la realización del curso. Igualmente extendemos un agradecimiento al equipo del Sistema de Patrimonio Cultural y Museos de la Universidad Nacional de Colombia, que trabaja actualmente a favor de la conservación del Bosque José Celestino Mutis, en el Municipio de Mariquita, Tolima, especialmente a Jeffer Buitrago y Orlando Velásquez por su apoyo invaluable durante las jornadas de campo. Así mismo agradecemos al Laboratorio de Entomología de la Facultad de Agronomía de la Universidad Nacional de Colombia, por facilitarnos el material biológico de Spodoptera frugiperda, con el cual se desarrollaron experimentos en estas investigaciones.

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Presentación Este documento corresponde a la recopilación de las investigaciones que se realizaron en el marco de la visita del Profesor Dr. Rodolfo Dirzo, de la Universidad de Stanford, Estados Unidos, a la Universidad Nacional de Colombia, Sede Bogotá, con el fin de llevar a cabo el curso de posgrado Interacciones planta-animal: Ecología evolutiva y conservación, que se desarrolló en el segundo semestre del 2010. La fase de campo se realizó en el mes de agosto al interior de la Reserva Forestal José Celestino Mutis (RFJCM) (Figura I) ubicada en el bosque municipal de la ciudad de San Sebastián de Mariquita (5° 11´39´´N, 74°´54 36´´W). Esta Reserva Forestal se encuentra actualmente a cargo del Sistema de Patrimonio y Museos de La Universidad Nacional de Colombia, se ubica en la vertiente oriental de la cordillera central al norte del departamento de Tolima, Colombia. Posee una extensión aproximada de 110 hectáreas (Ministerio de Cultura 2009) y está al interior de la Reserva Forestal Protectora de las quebradas El Peñón y San Juan del municipio de Mariquita. Éstas fluyen a través del bosque y pertenecen a la cuenca del río Sabandija (CORTOLIMA 2008) y a la gran cuenca del río Magdalena.

Mariquita

Figura I. Ubicación del Bosque Municipal de la ciudad de San Sebastián de Mariquita en el Departamento de Tolima, Colombia. Resaltado en Verde la extensión de la reserva. Escala 1:10000. Modificado de: Plan de manejo reserva forestal protectora quebradas El Peñón y San Juan del bosque del municipio de Mariquita. IGAC & CORTOLIMA (2009).

En el área predomina un clima cálido y húmedo, con una altura entre los 520 y 720 metros sobre el nivel del mar. La distribución de lluvias es de carácter bimodal, con un promedio anual de 2409 mm. Los meses de abril y mayo son los más lluviosos durante el primer semestre, y los de octubre y noviembre durante el segundo. La temperatura media anual es de 26.5ºC y la humedad relativa del 82%, con un valor mínimo en el mes de agosto (INCO Ltda. 1996). La pendiente varía aproximadamente entre el 30% y 80% y el suelo está constituido por arcillas rojas,

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abigarradas, con altos componentes de Silicio de aspecto conglomerado (Pachón y Bohorquez 1991). La RFJCM por sus características fisionómicas corresponde a un mosaico de vegetación entre relictos bosque húmedo tropical con elementos de bosque seco, áreas convertidas en potreros, y zonas con alta presión debido a la expansión del perímetro urbano de la ciudad de San Sebastián de Mariquita. En el reconocimiento del área se observó que las familias de plantas más representativas del bosque incluyen Leguminosae, Melastomataceae, Burseraceae, Moraceae, Piperaceae, Annonaceae, Apocynaceae, Bignoniaceae, Araliaceace. Las amenazas al bosque han estado relacionadas con los asentamientos humanos circundantes producto de desplazamiento e invasiones, la tala, la quema, los desechos, las basuras y la minería. La influencia de la presión de las poblaciones humanas adyacentes al bosque, implica no sólo la extracción de productos maderables y no maderables del bosque, sino el avance constante y la deforestación con fines de apropiación de tierras y establecimiento de viviendas de personas de escasos recursos. Las investigaciones llevadas a cabo como parte del desarrollo metodológico del curso, fueron realizadas por estudiantes del Posgrado en Ciencias - Biología, en torno a la temática de las interacciones planta-animal, haciendo énfasis en la Herbivoría como principal tema de estudio. Se realizó un proyecto grupal relacionado con la hipótesis de disponibilidad de recursos en plantas de crecimiento rápido y lento, producto del cual se generaron los dos artículos iniciales (Pag. 4 y 16). Igualmente, se incluyen otros cuatro artículos de tema libre alrededor de la herbivoría (Pag. 28). Esperamos que este documento contribuya al conocimiento de los aspectos biológicos y ecológicos del bosque Municipal José Celestino Mutis, haciendo énfasis en el estudio de las interacciones planta-animal y su aplicación en la conservación de la biodiversidad. Es así como el estudio de la herbivoría y otros procesos ecológicos pueden ser indicadores importantes para la comprensión del estado de conservación de los ecosistemas y de esta manera poder generar herramientas para la toma de decisiones de protección en el área. Es necesario incrementar el aporte de la academia no sólo en términos de investigaciones biologías relacionadas con la biodiversidad y conservación de estos bosques, sino que de igual manera se espera un aporte de las ciencias humanas, sociales y políticas. Esto con el fin de orientar procesos de distribución de las tierras y de la población en la región, así como generar oportunidades a las personas en condiciones sociales más vulnerables, en la búsqueda de una mejor calidad de vida de la población de esta región del municipio de Mariquita.

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Variación interespecifica de la Herbivoría en Plantas Tropicales con Estrategias de Crecimiento rápido y lento Diego Casallas-Pabón 1, 5, Oscar Rojas-Zamora 2, 4, Jennyfer Insuasty-Torres 2, 3. 1

Instituto de Ciencias Naturales, Universidad Nacional de Colombia, Sede Bogotá, Carrera 30 #45-03 edificio 451, Bogotá-Colombia. [email protected]. 2

Departamento de Biología, Universidad Nacional de Colombia, Sede Bogotá, Carrera 30 #45-03 edificio 421, oficina 149, Bogotá-Colombia. [email protected], [email protected],

RESUMEN La variabilidad en las estrategias de crecimiento de las plantas y la distribución diferencial de los recursos influyen en los niveles de herbivoría observados, teniendo en cuenta que la herbivoría es una importante fuerza para la selección natural. En este estudio se evalúa el nivel de herbivoría en 10 especies de rápido crecimiento y 10 especies de lento crecimiento presentes en el bosque húmedo tropical de la Reserva Forestal José Celestino Mutis en el municipio de Mariquita, Colombia. Se realizaron pruebas de aceptabilidad usando un herbívoro generalista (Spodoptera frugiperda). Nosotros encontramos que los niveles de herbivoría son más altos en las especies de rápido crecimiento, en las que el 65,1% de las hojas presentan más del 6% del área foliar consumida, mientras que en las especies de lento crecimiento en las solo el 19,1% de las hojas presentan niveles mayores al 6% del área foliar consumida. De igual manera se determinó que Spodoptera frugiperda prefiere consumir hojas de especies de rápido crecimiento, ya que estas plantas presentan características que las hacen más palatables para los herbívoros. Los resultados obtenidos indican una relación positiva entre la tasa de crecimiento y los niveles de herbivoría, así como también con la prueba de aceptabilidad. Esto coincide con la hipótesis de disponibilidad de recursos la cual predice que las especies con baja disponibilidad presentan tasas de crecimiento lento y bajos niveles de herbivoría. En este estudio se realizó la comparación de pares filogenéticos y se determinó que los niveles de herbivoría no tienen relación con la filogenia de las plantas, indicando que los niveles de herbivoría responden solamente a factores ecológicos. Palabras Clave: Mariquita, Tolima-Colombia; Bosque húmedo tropical; herbivoría; Spodoptera frugiperda; estrategias de crecimiento; hipótesis de la disponibilidad de recursos. ABSTRACT Variability in the growth strategies of plants and the differential allocation of resources influence the levels of herbivory observed, taking into account that herbivory is an important force for natural selection. This study tests the level of herbivory on 10 fast-growing species and 10 species of slow-growth found in the Reserva Forestal José Celestino Mutis’s tropical rainforest at Mariquita, Colombia. Acceptability tests were performed using a generalist herbivore (Spodoptera frugiperda). We found that herbivory levels are higher in fast-growing species, in which 65.1% of the leaves have more than 6% leaf area consumed, while in slow-growing species in only 19.1 % of leaves had levels higher than 6% leaf area consumed. Similarly we 4

Casallas-Pabón, Rojas-Zamora &, Insuasty-Torres.

found that S. frugiperda prefers to consume leaves of fast-growth, since these plants have characteristics that make them more palatable to herbivores. The results indicate a positive relation between growth rate and levels of herbivory, as well as the test of acceptability. This coincides with the resource availability hypothesis which predicts that species with low availability have slow-growth rates and low levels of herbivory. In this study we conducted a pairs phylogenetic comparison and found that levels of herbivory are unrelated to the phylogeny of plants, indicating that levels of herbivory respond only to ecological factors. Key words: Mariquita, Tolima-Colombia; Tropical wet forest; herbivory; frugiperda; growth strategies; resources availability hypothesis.

Spodoptera

de defensas en plantas como la respuesta evolutiva al grado de limitación de los recursos (Janzen 1974; Grime 1977, 1979; McKey 1979, 1984; Coley et al. 1985). Desde el punto de vista ecológico, las condiciones ambientales influyen en la variabilidad de la velocidad de crecimiento en las plantas y en las distintas estrategias de defensa contra los herbívoros. Se acepta ampliamente la explicación de que en hábitats con recursos limitados se han seleccionado plantas con crecimiento lento y bajas tasas de reemplazo de tejidos (Bradshaw et al. 1964, Parsons 1968, Grime 1977, Chapin 1980), lo cual significa que la asignación de recursos para la producción de tejidos tiene alto costo para la planta y por lo tanto es importante que se invierta en defensas anti-herbívoros (Coley et al. 1985) Janzen (1974) hace evidente el significado evolutivo y ecológico de la herbivoría, para la vegetación amazónica de suelo de arenas blancas, proponiendo que la mayoría de los factores que restringen el crecimiento de las plantas están relacionados con el ataque de herbívoros más que con la dificultad de las plantas por crecer bajo condiciones de escases de nutrientes. Esta propuesta se convierte en una hipótesis generalizada para las comunidades terrestres, en la que se predice una relación negativa entre la disponibilidad de recursos y la inversión en defensas que hacen las plantas contra los herbívoros (Janzen 1974, McKey et al. 1978, Boege & Dirzo 2004).

EN LOS BOSQUES TROPICALES LAS TASAS

de herbivoría son más altas comparadas con la de los bosques de zonas templadas (janzen 1974), aunque se supone de manera general, que las hojas de los árboles en el trópico son menos aceptadas por los herbívoros que las hojas de los árboles de las zonas templadas (Basset 1994). Esta baja palatabilidad de las hojas de plantas tropicales se debe, en gran medida, a la cantidad y variedad de sustancias químicas (Coley & Aide 1991), y se relaciona a su vez, con varios aspectos que son suceptibles de ser analizados evolutiva y ecológicamente. La variabilidad general inherente en las plantas, en las características físicas y químicas de las hojas, en las estrategias de crecimiento y en la producción de defensas, son por un lado reflejo de la variabilidad genética, ingrediente fundamental de la selección natural, pero además están influenciados por las condiciones ambientales. Desde el punto de vista evolutivo, los herbívoros ejercen una fuerza selectiva sobre las especies vegetales al aumentar su mortalidad y remover biomasa que podría ser utilizada para el crecimiento o la reproducción (Coley et al. 1985), lo que ha resultado en estrategias de defensa tan variadas como las de los depredadores mismos. La producción de defensas es favorecida por la selección natural cuando el beneficio de mejorar la protección contra los herbívoros es mayor que el costo de producción (Coley et al. 1985). Adicionalmente, se ha explicado la variedad 5

Variación de la Herbivoría en Plantas de Crecimiento rápido y lento

Adicionalmente, existen evidencias experimentales de que en los trópicos, más que en las zonas templadas, la herbivoría cobra mayor fuerza diversificadora al hacer que los gradientes abióticos sean más divergentes, magnificando las diferencias entre hábitats y causando así la especialización de las especies en el hábitat (Fine et al. 2004). En general existen plantas de crecimiento rápido y de crecimiento lento de acuerdo con sus rasgos de historia de vida; las plantas pioneras de crecimiento rápido están adaptadas a los hábitats ricos en recursos, y suelen sufrir un mayor índice de daño por herbivoría, en parte por tener diferentes tipos de sustancias químicas defensivas en cantidades menores que especies de crecimiento lento. Observaciones en diferentes comunidades han puesto de manifiesto que los vertebrados e invertebrados herbívoros prefieren alimentarse de especies de plantas de rápido crecimiento en ambientes ricos en recursos naturales (Coley et al. 1985). El nivel de daño por herbivoría en una comunidad específica de plantas es, principalmente, reflejo de la aceptabilidad de las diferentes especies por parte de los herbívoros. Aunque la calidad nutricional de las hojas y tallos puede influenciar la elección alimenticia del herbívoro, las defensas químicas y estructurales suelen ser las que determinan en mayor medida la aceptabilidad de hojas y tallos (Coley et al. 1985). Algunos autores como Grime (1977) hacen referencia específica a un aumento de defensas de las plantas a medida que aumenta el estrés del hábitat. Otros como Coley et al. (1985) amplían esta idea y proponen que la disponibilidad de recursos en el ambiente es el factor principal que influye en la evolución tanto de la cantidad como del tipo de defensa de las plantas. De esta manera, una limitante de recursos implica una presión selectiva hacia las plantas con tasas de crecimiento

lento, que a su vez favorecen las grandes inversiones en defensa. Es de esperar que la historia filogenética proporcione la hipótesis nula para explicar la distribución de los rasgos de defensa entre las especies (Silvertown & Dodd 1996). La hipótesis alternativa es que las características defensivas de las especies son evolutivamente lábiles, y las especies han evolucionado varias veces, e independiente, las soluciones a factores bióticos y abióticos frente a los retos medioambientales (Agrawal & Fishbein 2006). En este estudio evaluamos cómo las estrategias de crecimiento en plantas rápido y lento en plantas y el parentesco filogenético afectan sobre la intensidad de herbivoría en un bosque húmedo tropical y la aceptabilidad por un herbívoro generalista. Como hipótesis planteamos que las especies vegetales de crecimiento lento son menos afectadas por la herbivoría debido a que tienen rasgos que les permiten escapar a ella. METODOS ÁREA Y ESPECIES VEGETALES DE ESTUDIO - el estudio se realizó en agosto de 2010 en la Reserva Forestal José Celestino Mutis (RFJCM) ubicada en el bosque municipal de la ciudad de San Sebastián de Mariquita. Seleccionamos 10 especies vegetales de rápido crecimiento y 10 especies vegetales de lento crecimiento (Tabla 1), encontrando las primeras principalmente en claros de bosque y áreas intervenidas, y las segundas en áreas de bosque cerrado y menos intervención antrópica. Algunas de las especies se seleccionaron en pares pertenecientes a una sola familia y con diferentes estrategias de crecimiento, con el fin de evidenciar la influencia del parentesco filogenético sobre la intensidad de herbivoría y la aceptabilidad de sus hojas por parte de un herbívoro generalista. Las especies vegetales

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Casallas-Pabón, Rojas-Zamora &, Insuasty-Torres.

_____________________________________________________________________________________________ TABLA 1. Especies estudiadas para la evaluación de los niveles de herbivoría natural en la Reserva Forestal José Celestino Mutis en la ciudad de San Sebastián de Mariquita, Tolima – Colombia. n = número de individuos de los que se extrajeron aleatoriamente las hojas, L = Crecimiento lento, R = Crecimiento rápido.

Especie Familia Xylopia aromatica (Lam.) Mart. Annonaceae Eupatorium sp. Asteraceae Piptocoma discolor (Kunth) Pruski Asteraceae Curatella americana L. Dilleniaceae Virola sp. Myristicaceae Vismia baccifera (L.) Triana & Planch Hypericaceae Swartzia cf. robiniifolia Willd. ex Vogel Fabaceae Cespedesia spathulata (Ruiz & Pav.) Planch. Ochnaceae Piper angustifolium Lam. Piperaceae Piper sp2. Piperaceae Dendropanax sp. Araliaceae Erythroxylum cassinoides Planch. & Linden ex Erythroxylaceae Triana & Planch. Apeiba sp. Malvaceae Eugenia sp. Myrtaceae Faramea sp. Rubiaceae Calophyllum brasiliense Cambess. Calophyllaceae Inga sp. Fabaceae Ouratea phaeophylla Sleumer Ochnacaeae Piper aequale Vahl Piperaceae Piper bogotense C. DC. Piperaceae seleccionadas pertenecen a 14 familias de dicotiledóneas perennes.

n 2 4 3 8 8 5 8 8 16 11 4

Crecimiento R R R R R R R R R R L

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L

2 9 4 20 8 4 4 7

L L L L L L L L

utilizando las siguientes categorías: 0 = 0%, 1 = 0.1-6%, 2 = 6.1-12%, 3 = 12.1-25%, 4 = 25.1-50%, 5 = 50.1-100% según el porcentaje consumido. Con estas categorías calculamos el índice de herbivoría (IH) para cada especie, como , donde ni= número de hojas por categoría, i = categoría de herbivoría y N = total de hojas por especie (Dirzo & Domínguez 1995). Estas categorías se usaron debido a que los niveles de daño bajos son los más frecuentes y por lo tanto requieren de intervalos más estrechos, mientras que, los niveles de daño altos son muy raros y por lo tanto pueden agruparse en categorías con intervalos más amplios (Boege & Dirzo 2004)

HERBIVORÍA – Con el fin de evaluar las consecuencias de las diferentes estrategias de crecimiento de las plantas y de las diferencias en la asignación de recursos a la defensa, registramos los niveles naturales de herbivoría para cada una de las especies colectadas. De cada una de estas especies se seleccionaron entre 2 y 16 individuos según la abundancia de cada especie, el tamaño, y por lo tanto la cantidad de follaje por individuo. El porcentaje de área foliar consumida se estimó en 74.75 ± 1.77 hojas (media ± SD) seleccionadas aleatoriamente para cada una de las especies. Cuantificamos visualmente el porcentaje de herbivoría de cada hoja

ACEPTABILIDAD - Con el fin de determinar si las diferencias en el follaje y los tejidos entre 7

Variación de la Herbivoría en Plantas de Crecimiento rápido y lento

las plantas de crecimiento rápido y lento influyen sobre los niveles naturales de herbivoría, realizamos diez ensayos de aceptabilidad según la metodología propuesta por Dirzo (1980). Cada uno de los veinte ensayo corresponde a la prueba de aceptabilidad entre una planta de crecimiento rápido y otra de crecimiento lento. La selección de los pares de especies a evaluar se realizó de manera aleatoria (Tabla 2). Tres de los ensayos corresponden a pares de plantas pertenecientes a una misma familia (u orden en el caso de Vismia baccifera y Calophyllum brasiliense) con el fin de evidenciar la influencia del parentesco filogenético sobre la aceptabilidad de sus hojas. Para los experimentos usamos larvas de cuarto instar (n=20) del herbívoro generalista Spodoptera frugiperda (Lepidoptera: Noctuidae), una

plaga de cultivos comerciales. Las larvas se obtuvieron de una colonia establecida en el Laboratorio de Entomología de la Facultad de Agronomía de la Universidad Nacional de Colombia en Bogotá, alimentadas con una mezcla estándar de harina de frijol, harina de maíz, levadura, agar, ácido ascórbico, caseína, metilparabeno, formaldehido al 10% y aceite de linaza como dieta artificial estándar (E. Martínez-Pachón comunicación personal). Cuatro horas antes de los experimentos las larvas de S. frugiperda se aislaron y dejaron sin alimento para normalizar su apetito y facilitar la alimentación. El experimento se llevó a cabo en cajas de Petri (8.5 cm de diámetro), las cuales contenían un algodón saturado con agua para mantener la humedad. De cada una de las especies vegetales a

_____________________________________________________________________________________________ TABLA 2. Ensayos de aceptabilidad de hojas de especies vegetales de rápido y lento crecimiento por parte del herbívoro generalista Spodoptera frugiperda

Ensayo 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10a 11 12a 13 14a 15 16 17 18 19 20 a

Especie Rápida Vismia baccifera Xylopia aromatica Eupatorium sp. Xylopia aromatica Vismia baccifera Swartzia cf. robiniifolia Piptocoma discolor Eupatorium sp. Curatella americana Cespedesia spathulata Piper sp2. Vismia baccifera Swartzia cf. robiniifolia Piper angustifolium Virola sp. Eupatorium sp. Piper angustifolium Curatella americana Piptocoma discolor Swartzia cf. robiniifolia

Especie Lenta Piper aequale Erythroxylum cassinoides Apeiba sp. Eugenia sp. Piper bogotense Calophyllum brasiliense Ouratea phaeophylla Dendropanax sp. Piper bogotense Ouratea phaeophylla Inga sp. Calophyllum brasiliense Ouratea phaeophylla Piper aequale Faramea sp. Calophyllum brasiliense Erythroxylum cassinoides Faramea sp. Eugenia sp. Dendropanax sp.

Ensayo realizados entre pares de plantas relacionadas filogenéticamente

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Casallas-Pabón, Rojas-Zamora &, Insuasty-Torres.

evaluar se seleccionaron hojas sin daños en la lámina, de las cuales se cortaron cuadros de 400 mm2 que fueron ubicados en extremos opuestos de la caja de Petri. Las larvas de S. frugiperda fueron ubicadas en el centro de la caja de Petri, se mantuvieron a temperatura ambiente y se les permitió comer ad libidum. El experimento se monitoreó cada hora y fue suspendido seis horas después de iniciado, cuando una de las larvas había consumido la totalidad de uno de los cuadros de hoja presentados. Con el fin de evaluar la aceptabilidad por parte de S. frugiperda medimos con una grilla trasparente (1 mm2) la cantidad de tejido consumido en cada uno de los cuadros presentados. ANÁLISIS DE LOS DATOS - Antes de la aplicación de los análisis estadísticos respectivos a los datos de cada experimento, se evaluó la normalidad y

probamos que los niveles de herbivoría obtenidos no provienen de eventos al azar mediante una prueba de chi-cuadrado (χ2=433.12, gl=11, P 0.2 en ambos casos), sin embargo la varianza no fue homogénea (estadístico de Barlett = 1.66, P = 0.003) por lo que se evaluaron las diferencias en el índice de herbivoría mediante una prueba no paramétrica de U de Mann-Whitney. Para el caso de la aceptabilidad de las hojas por parte de S. frugiperda los grupos de datos no cumplieron con la distribución normal (Prueba de Shapiro-Wilk, P< 0.001 en ambos casos) ni sus varianzas fueron homogéneas (estadístico de Barlett = 0.7, P < 0.001), por lo que las diferencias en la aceptabilidad del follaje de cada tipo de crecimiento en plantas se evaluaron comparando la cantidad de área varianza se realizaron con Statgraphics Plus 4.0 para Windows (Statistical Graphics Corp. 1994). Las pruebas de chi-cuadrado, MannWhitney y la prueba pareada de Wilcoxon se realizaron con PAST 2.01 (Hammer et al. 2001). consumida con la prueba pareada no paramétrica de Wilcoxon. Adicionalmente

FIGURA 1. Índice de Herbivoría (media ± SE) estimado especies vegetales de crecimiento rápido (n = 10) y especies vegetales de crecimiento lento (n = 10).

mantuvo en los pares de especies relacionados filogenéticamente a excepción de una de las especies de Piperaceae (Piper sp2.) la cual tuvo un índice de herbivoría tan bajo como los obtenidos en las especies de lento crecimiento (Fig. 2). El 61.3% de las hojas provenientes de especies de crecimiento lento presentaron niveles de herbivoría entre 0.1 y 6% del área foliar, mientras el 19.1% de las hojas presentaron niveles herbivoría mayores; contrario a esto, para las especies de crecimiento rápido el 29.3% de las hojas presentaron niveles de herbivoría entre el 0.1 9

Variación de la Herbivoría en Plantas de Crecimiento rápido y lento

FIGURA 3. Porcentaje de hojas en cada uno de las categorías de área foliar consumida para especies de rápido crecimiento (barras claras), para especies de lento crecimiento (barras oscuras) y el porcentaje hojas esperado (línea negra). Las categorías de herbivoría corresponden al área foliar consumida así: 0 = 0%, 1 = 0.1-6%, 2 = 6.1-12%, 3 = 12.1-25%, 4 = 25.1-50%, 5 = 50.1-100%.

FIGURA 2. Índice de Herbivoría estimado para las especies vegetales de crecimiento rápido (barra blanca) y para las especies de crecimiento lento (barra gris). Los pares de especies comparados son: Malpighiales (Vismia baccifera – Calophyllum brasilense), Fabaceae (Swartzia cf. robiniifolia – Inga sp.), Ochnaceae (Cespedesia spathulata – Ouratea phaeophylla), Piperaceae (Piper angustifolium – Piper aequale), Piperaceae 2 (Piper sp2 – Piper bogotense).

frugiperda prefirió las porciones de hoja de las especies de rápido crecimiento sobre las porciones de hoja de especies vegetales de crecimiento lento. La media del área de tejido foliar consumido por S. frugiperda fue de 92.05 ± 23.92 mm2 en las porciones de hojas de especies de crecimiento rápido, y 27.15 ± 8.72 mm2 en las porciones de hojas de especies de crecimiento lento (Fig. 4A), siendo 3.39 veces mayor para las especies de crecimiento rápido (W = 157, Z = 2.495, P = 0.012). Los ensayos realizados con los pares de especies relacionados filogenéticamente a familia (y orden en el caso de las Malpighiales) mostraron la misma tendencia obtenida en la mayor parte de los ensayos (Fig. 4B).

y 6% del área foliar, mientras que el 65.1% de las hojas presentaron niveles de herbivoría mayores (Fig. 3). El análisis de los valores observados y esperados de los porcentajes de hojas en cada categoría de herbívora para las dos estrategias de crecimiento mostró valores observados altos en las categorías 0 y 1 para las especies de crecimiento lento y valores por debajo de lo esperado para las especies de crecimiento rápido. Así mismo, se presentaron valores bajos en las categorías de alta herbivoría (3, 4 y 5) para las especies de crecimiento lento y valores elevados para las especies de rápido crecimiento (Fig. 3). ACEPTABILIDAD – En solo uno de los ensayos de aceptabilidad la larva de S. frugiperda no consumió tejidos de ninguna de las dos porciones de hoja presentadas, este ensayo corresponde al realizado entre Piper angustifolium (especie rápida) y Erythroxylum cassinoides (especie lenta), el cual no se tuvo en cuenta para lo análisis estadísticos debido a que no refleja la preferencia del herbívoro generalista. En el 84.2% de los ensayos S.

DISCUSIÓN En general, las especies de crecimiento rápido presentaron niveles mayores de herbivoría que las especies con crecimiento lento en la RFJCM. Este resultado se ve soportado por las pruebas de aceptabilidad, donde las larvas prefirieron alimentarse de 10

Casallas-Pabón, Rojas-Zamora &, Insuasty-Torres.

hojas provenientes de especies con rápido crecimiento. Posiblemente, la mayor herbivoría en plantas con tasas de crecimiento altas se debe a que estas especies tienen menor cantidad de metabolitos secundarios como ocurre con las especies de ciclo de vida anual (Cates & Orians 1975, Boege & Dirzo 2004). Reader & Southwood (1981) probaron la aceptabilidad de plantas que ocurren en tres diferentes estados de una sucesión secundaria por herbívoros generalistas. Este estudio apoya la teoría de la “apariencia” en la que la cantidad y naturaleza de las defensas químicas está relacionada con la exposición a los herbívoros en tiempo y espacio. La “apariencia” de las especies se relaciona directamente con el ciclo de vida de las estas y los rasgos que le permitan ocurrir en determinados ambientes. La tasa o velocidad de crecimiento de las plantas es uno de los rasgos que afecta el tiempo de exposición frente a los herbívoros, por lo que para las especies de rápido crecimiento las posibilidades de coevolución en forma de respuesta química ante los herbívoros se ven disminuidas. La asignación diferencial de

recursos al desarrollo y reproducción por parte de las plantas de rápido crecimiento supone menor asignación de recursos a la producción de defensas contra la herbivoría como estrategia de supervivencia; como consecuencia estas plantas pueden experimentar mayores niveles de herbivoría que pueden reducir la adecuación de la especie (Marquis 1984). Boege & Dirzo (2004) encontraron este mismo comportamiento de la herbivoría en relación a la tasa de crecimiento a un nivel intraespecifico. En este estudio, en el que se realizó una comparación interespecífica, se presenta la misma relación positiva entre los niveles de herbivoría y la aceptabilidad con la tasa de crecimiento de las plantas. Tanto la teoría de coevolución de plantas y herbívoros (Ehrlich & Raven 1964) como la teoría de la defensa de las plantas asumen que las características defensivas (químicas y físicas) han evolucionado para reducir o eliminar el daño por herbivoría (Nuñez-Farfan & Dirzo 1994). Teniendo en cuenta que en nuestro estudio las plantas de crecimiento lento son menos afectadas por la presión de herbivoría que las plantas de

FIGURA 4. Área foliar consumida por Spodoptera frugiperda en (A) de porciones de hoja de especies de rápido crecimiento y de lento crecimiento (media ± SE) (n = 19), y (B) en ensayos con pares de especies relacionadas filogenéticamente. Los pares de especies comparados son: Malpighiales (Vismia baccifera – Calophyllum brasilense), Ochnaceae (Cespedesia spathulata – Ouratea phaeophylla), Piperaceae (Piper angustifolium – Piper aequale). Las barras claras corresponden a especies de crecimiento rápido y las barras oscuras a especies de crecimiento lento.

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Variación de la Herbivoría en Plantas de Crecimiento rápido y lento

crecimiento rápido, lo siguiente a analizar es la determinación de la aceptabilidad de las hojas entre las plantas con diferentes estrategias de crecimiento. Se evidencia que las larvas de S. frugiperda prefieren consumir las plantas de crecimiento rápido con respecto a aquellas de crecimiento lento (Fig.4A). Ello indicaría que en términos generales, las hojas de las plantas de lento crecimiento podían poseer algún tipo de defensa química o física que la hacen menos “apetecida” por estos herbívoros generalistas. Los rasgos de historia de vida de las plantas pueden verse reflejadas en las características de sus hojas, semillas, habito entre otros (Cornelissen & Thompson 1997, Wilson et al. 1999, Westoby 1998, Westoby et al. 2002). Especies de rápido crecimiento tienen hojas de mayor área y menor masa por unidad de área que las hojas de especies de lento crecimiento, lo que les permite tener mayor capacidad fotosintética (Westoby 1998), adicionalmente las hojas de las especies de rápido crecimiento tienen menor expectativa de vida que las hojas de las especies de lento crecimiento. Estas condiciones llevan a que las hojas de las especies de rápido crecimiento tengan dentro de sus tejidos menor cantidad de metabolitos secundarios, haciéndolas menos costosas para la planta y más palatables para los herbívoros. En este sentido se propone complementar estudios futuros de herbivoría con la evaluación de los atributos foliares de las especies como un indicador de las estrategias anti-herbivoría y de las tasas de crecimiento de las plantas. La identificación de otros atributos foliares como la cantidad de tricomas, la textura, consistencia y metabolitos secundarios que pueden ser adaptaciones antiherbivoría, también puede ser útil en evaluaciones futuras. Varios estudios han evaluado la aceptabilidad de herbívoros generalistas frente a estos factores

concluyendo, al igual que nuestro estudio, que suele presentarse una menor proporción de área consumida en plantas de lento crecimiento, las cuales tienen valores mayores para dichas características. Algunas pruebas de aceptabilidad como las realizadas por Dirzo (1980) evaluaron la elección de tejidos foliares por gasterópodos como Agriolimax caruanae (Stylommatophora: Limacidae), encontrando que la textura de las hojas parece ser de gran importancia en la determinación de esta aceptabilidad, y que en general, las plantas de hojas suaves son mucho más aceptables. Caso contrario ocurre con otros estudios como los realizados por Grime et al. (1968) con el gasterópodo Cepaea nemoralis (Pulmonata: Helicidae), y las investigaciones de Jennings & Barkham (1975) quienes evaluaron dicha aceptabilidad con varias especies de babosas, concluyendo que la cantidad de tomento en las hojas, es un factor que no parece tener efecto alguno sobre la aceptabilidad. Tomando en consideración los porcentajes observados y esperados de hojas en las diferentes categorías de herbivoría (Fig. 3), se evidencia que la mayoría de las hojas de las especies de crecimiento lento poseen bajo (61.38%) o ningún (19.44%) consumo de su área foliar. Estos pequeños rastros de herbivoría pueden ser interpretados como intentos de consumo pero sin evidencia de herbivoría continuada, lo cual sugiere efectos de las características propias de los tejidos foliares e incluso de estrategias químicas de dichas plantas. Es posible relacionar esto con la baja tasa de crecimiento, lo cual implica una protección de la biomasa y una inversión obligada en metabolitos secundarios y/o defensas físicas que protege las plantas del ataque por herbívoros. Por otra parte, la inversión metabólica para una producción acelerada de biomasa implica un gasto energético que penaliza las actividades metabólicas de defensa que conllevan a la 12

Casallas-Pabón, Rojas-Zamora &, Insuasty-Torres.

protección anti-herbivoría. Ello también se evidencia al observar que las categorías de mayor presión de herbivoría (categorías 3, 4 y 5) se encuentran por encima de los valores esperados (Fig. 3) en las plantas con rápido crecimiento, no obstante la rápida regeneración de hojas y aumento de biomasa subsana este considerable daño foliar. Si bien las diferentes especies de plantas poseen características particulares que les proporcionan estrategias de defensa diferentes frente a los herbívoros, como las generadas por factores ambientales o los rasgos de historia de vida (como la velocidad de crecimiento), también tienen características inherentes a su historia evolutiva y a sus relaciones filogenéticas que pueden determinar sus relaciones con depredadores. Los resultados de herbivoría y de aceptabilidad obtenidos en de este estudio se mantienen en las evaluaciones por pares de especies filogenéticamente relacionadas (Fig. 2 y 4B), lo que sugiere que las estrategias de las plantas tanto para su crecimiento como para dar respuesta a la presión generada por la herbivoría tienen un origen más ecológico que filogenético. La única especie que no se comporta de manera similar a las otras especies de rápido crecimiento es Piper sp2 (Fig. 3); Piper sp2 fue considerada como especie de rápido crecimiento, sin embargo sus niveles de herbivoría no son diferentes a los obtenidos en cualquier otra especie de lento crecimiento. Este comportamiento puede estar dado por dos razones: 1- que la especie Piper sp2 no corresponda a una especie de rápido crecimiento, situación que soporta los resultados obtenidos en el resto de evaluaciones; 2- Dentro del clado Piperaceae ocurre la incidencia de la huella filogenética que indistintamente de las estrategias de crecimiento resulta en un comportamiento similar frente a los herbívoros. Teniendo en cuenta las diferencias de herbivoría presentadas entre Piper angustifolium y Piper

aequale podemos descartar la idea de que existe la incidencia de la huella filogenética sobre la respuesta a los herbívoros, lo que significa que hemos fallado en establecer la estrategia de crecimiento de Piper sp2., o que esta especie efectivamente usa otra estrategia defensiva diferente como pueden ser las defensas indirectas (del Val & Dirzo 2004) Algunos investigadores contemplan la hipótesis de que las especies de plantas colonizadoras de claros de luz, tendrían conjuntos de rasgos de defensa, en comparación a las especies colonizadoras de sitios de bajos recursos como sotobosque en los bosques tropicales (Coley 1983, 1987, Coley et al. 1985). Algunos trabajos experimentales sobre especies filogenéticamente relacionados apoyan dicha hipótesis (Fine et al. 2004, 2006). Igualmente otros autores como Kursar & Coley (2003) han ampliado estas ideas para considerar explícitamente la evolución convergente de síndromes de defensa en los árboles tropicales, prediciendo el comportamiento de la producción de metabolitos secundarios para defensa, la velocidad de crecimiento, expansión y sincronicidad de aparición de las hojas, en contraste con la baja calidad nutricional de las mismas. Usando contrastes filogenéticamente independientes, Silvertown & Dodd (1996) mostraron que las plantas herbáceas tienen distintas tipos de defensas químicas con respecto a las leñosas (taninos vs alcaloides), consistente con la teoría de la apariencia clásica. En los anteriores ejemplos, la conclusión general ha sido que las especies de plantas no relacionadas filogenéticamente al interior de una comunidad particular, convergen en un conjunto de estrategias similares que maximizan la adaptabilidad al estar frente a un conjunto particular de interacciones ecológicas (Agrawal & Fishbein 2006). En síntesis, la velocidad de crecimiento de las plantas es un factor determinante en la ocurrencia de defensas anti-herbivoría, 13

Variación de la Herbivoría en Plantas de Crecimiento rápido y lento .

evidenciando que las plantas de crecimiento rápido son hasta dos veces más afectadas por los herbívoros que las plantas de crecimiento lento. Así mismo la elección por parte del herbívoro generalista (S. frugiperda) demostró una preferencia por plantas de crecimiento rápido, en concordancia con lo obtenido en los niveles naturales de herbivoría. A la luz de los resultados obtenidos se infiere que la inversión en aumentar la tasa de crecimiento penaliza la generación de defensas físicas o químicas, es así como las plantas de crecimiento lento fueron evitadas por los herbívoros por tener algún tipo de defensa, bien sea física o química. Para complementar este estudio es necesario identificar la presencia y naturaleza de metabolitos secundarios y cuantificar otros atributos foliares propios de cada especie como el área foliar específica, la cantidad de tricomas por unidad de área y la textura de la hoja.

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AGRADECIMIENTOS A Rodolfo Dirzo y María Argenis Bonilla por los conocimientos y asesorías para el desarrollo de esta investigación. A los estudiantes del curso “Interacciones PlantaAnimal: Ecología Evolutiva y Conservación” dentro del cual se enmarco el desarrollo de esta investigación. A Jeffer Buitrago y Orlando Velásquez del Sistema de Patrimonio de Museos de la Universidad Nacional de Colombia, por brindarnos su conocimiento acerca de la Reserva Forestal José Celestino Mutis. A Eliana Martínez Pachón (Laboratorio de Entomología de la Facultad de Agronomía de la Universidad Nacional de Colombia) por facilitarnos el material biológico de Spodoptera frugiperda. Al posgrado en Ciencias Biológicas de la Universidad Nacional de Colombia por ofrecer el curso y el apoyo económico necesario.

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Casallas-Pabón, Rojas-Zamora &, Insuasty-Torres.

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Herbivoría en plantas de crecimiento rápido y lento de un bosque húmedo tropical de Colombia: una prueba de la hipótesis de disponibilidad de recursos Eliana Martínez Pachón1,3, María Inés Moreno Pallares1,4 y Mónica Adriana Cuervo Martínez2,5 Facultad de Agronomía 2Facultad de Ciencias – Departamento de Biología. Universidad Nacional de Colombia, Ciudad Universitaria, Carrera 30 No. 45 - 03, Bogotá, Colombia. [email protected], 4 [email protected], [email protected] 1

RESUMEN En un bosque húmedo tropical del municipio de Mariquita, Tolima, se sometió a prueba la hipótesis de la disponibilidad de recursos, según la cual existe un compromiso entre el crecimiento y la defensa en las plantas. Para probar esta hipótesis se tomó una muestra aleatoria de 1495 hojas de veinte especies de plantas del bosque, diez de crecimiento rápido y diez de crecimiento lento, en las cuales se midió el índice de herbivoría. Está muestra incluyó plantas de quince familias y quince géneros, tres de los cuales fueron pares filogenéticos de las familias Piperaceae, Ochnaceae y Clusiaceae. Las diferencias en la aceptabilidad de las hojas según el hábito de crecimiento se evaluaron mediante bioensayos de consumo de hojas por larvas de Spodoptera frugiperda. Los resultados apoyaron la hipótesis de disponibilidad de recursos, con índices de herbivoría significativamente más altos en las especies de crecimiento rápido. Los controles filogenéticos permitieron descartar que las diferencias observadas en la herbivoría se debieran a huellas filogenéticas entre los taxa. Spodoptera frugiperda prefirió las hojas de especies de crecimiento rápido, consumiendo más área foliar en estas especies, sugiriendo menor contenido de defensas químicas en estas plantas. Palabras Clave: hipótesis de disponibilidad de recursos; herbivoría; defensas; hábitos de crecimiento; palatabilidad; Spodoptera frugiperda. ABSTRACT In a tropical forest located in Mariquita – Colombia, we tested the resource availability hypothesis which proposes that resource-limited species will have slower growth rates and higher investment of resources in anti-herbivore defenses. In order to test this theory, a sample of twenty plant species, ten of fast growth and ten of slow growth, encompassing a random of 1495 was used to measure natural levels of herbivory in the field. This sample included plants from fifteen families and fifteen genera, three of which were phylogenetically-related pairs, with species in the families Piperaceae, Ochnaceae and Clusiaceae. Differences in palatability of the leaves according to growth habit were assessed by leaf area consumption bioassays using the generalist larvae of Spodoptera frugiperda. The results support the resource availability hypothesis with herbivory significantly higher in fast growth species. Phylogenetic controls allowed us to reject the alternative that differences observed in herbivory were due to phylogenetic signal among taxa. The leaves of fast growth species were preferred by S. frugiperda consuming significantly more leaf area in these species, suggesting a lower investment in chemical defenses. 16

Herbivoría en plantas de crecimiento rápido y lento

Key Words: resource availability hypothesis; herbivory; defenses; plant growth habits; palatability; Spodoptera frugiperda. ES BIEN CONOCIDO QUE EXISTE VARIACIÓN EN los niveles de herbivoría entre especies. Esta variación se relaciona con varios aspectos, incluyendo el hábito de crecimiento de las plantas; es así como especies de crecimiento rápido tienen mayores niveles de herbivoría que las de crecimiento lento (Cates y Orians 1975 Reader et al. 1981, Coley 1983 MacLean y Jensen 1984, Waltz 1984,de la Cruz y Dirzo 1987,Cebrian y Duarte 1994). Las diferencias en la disponibilidad de los recursos para las plantas es uno de los mecanismos que puede explicar estas diferencias en los niveles de herbivoria. De acuerdo con esta hipótesis, en las plantas existe una competencia interna en la asignación de recursos, en la que no es posible invertir, de manera simultánea, recursos para el crecimiento rápido y para la elaboración de metabolitos secundarios, a pesar de que estos últimos son una defensa efectiva contra los herbívoros (Kursar y Coley 2003). Los dos principales tipos de defensas, mecánicas y químicas desvían recursos potencialmente asignables al crecimiento y conducen a la planta a invertir principalmente en un tipo de defensa (Fine et al. 2006), de tal forma que la tasa de crecimiento de las plantas determina, en última instancia, la cantidad de recursos destinados a la defensa contra herbívoros. Según esta hipótesis, las plantas que han evolucionado en ambientes pobres en recursos, o en condiciones estresantes, tienen tasas de crecimiento más lentas que aquellas que han evolucionado en ambientes ricos en nutrientes. En consecuencia, las especies de crecimiento lento habrían desarrollado características de resistencia a herbívoros, incluyendo altos niveles de defensas constitutivas, ya que para ellas es más difícil compensar la pérdida de tejidos consumidos por los herbívoros (Fine et al. 2006, Van Zandt 2007).

Las especies de crecimiento lento están asociadas con lugares pobres en nutrientes, o sombreados o a zonas áridas. Estas especies tienen bajas tasas respiratorias y fotosintéticas, así como bajos niveles de proteínas en las hojas, además, tienden a tener hojas de vida larga para minimizar las pérdidas de carbono, fósforo y nitrógeno. En contraste, las especies de crecimiento rápido están asociadas a agroecosistemas y bosques tropicales, tienen una alta capacidad de absorber nutrientes, altas tasas respiratorias y fotosintéticas y un rápido recambio de hojas (Coley 1985). Estas características podrían hacer que las especies de crecimiento rápido y lento se ubiquen hacia los extremos de dos estrategias defensa, 1) el escape o tolerancia y 2) la baja calidad nutricional, aunque se debe tener en cuenta que las plantas con altos niveles de toxicidad no siempre están asociadas a bajos niveles de calidad nutricional (Agrawal y Fishbein 2006). Para validar las predicciones de la hipótesis de disponibilidad de recursos, evaluamos los índices de herbivoría de especies con hábitos de crecimiento rápido y lento en un bosque húmedo tropical, ubicado en la cordillera Central de Colombia, en el municipio de Mariquita a 500 metros sobre el nivel del mar. Nuestra predicción es que las tasas de herbivoría serán más altas en las especies heliófilas de crecimiento rápido que en las especies tolerantes a la sombra de crecimiento lento. Además, para determinar si las diferencias en la tasa de herbivoría entre los dos hábitos de crecimiento se podían relacionar a diferencias en el nivel de defensas químicas en las hojas, diseñamos un bioensayo de aceptabilidad con larvas de Spodoptera frugiperda (Lepidoptera: Noctuidae), a las cuales se les ofreció, de manera simultánea, material foliar de especies de crecimiento rápido y lento. La predicción es que las hojas de especies de crecimiento rápido serán más 17

Pachón, Moreno y Cuervo

aceptables que las hojas de especies de crecimiento lento, indicándonos niveles más altos de defensas químicas en el segundo caso. Con el fin de determinar si los patrones observados se deben realmente al hábito de crecimiento de las plantas y no a un efecto de ancestría que dejase alguna señal filogenética, se escogieron algunos pares de especies congenéricas o confamiliares en las cuales se evaluaron la herbivoría y la aceptabilidad.

MÉTODOS DISEÑO EXPERIMENTAL - Con el fin de comparar la herbivoría en especies de crecimiento rápido y lento se colectaron diez especies de plantas de crecimiento rápido y diez de crecimiento lento, seleccionando individuos de cada especie que conformaron muestras entre 200 y 400 hojas. Esta muestra incluyó individuos de 15 familias correspondientes a 15 géneros (Tabla 1).

1. Listado de especies del bosque húmedo tropical de Mariquita- Tolima, en las que se evaluó el índice de herbivoría. Los números en el hábito de crecimiento representan pares filogenéticos. N° de individuos Hábito de crecimiento Familia Especie colectados Lento Mimosaceae Inga sp. 8 Lento Piperaceae Piper bogotensis 7 Lento Araliaceae Dendropanax sp. 4 Lento Rubiaceae Faramea sp. 4 Lento Myrtaceae Eugenia sp. 9 Lento Malvaceae Apeiba sp. 2 Lento Erythroxylaceae Erythroxylum cassinoides 3 Lento 1 Ochnaeceae Ouratea phaeophylla 3 Lento 2 Clusiaceae Calophyllum brasiliense 20 Lento 3 Piperaceae Piper cf aequale 4 Rápido Fabaceae Swartzia sp. 8 Rápido Asteraceae No determinada 3 Rápido Myristicaceae Virola sp. 8 Rápido Asteraceae Eupatorium sp. 4 Rápido Annonaceae Xylopia aromatica 2 Rápido Dilleniaceae Curatella americana 8 Rápido Piperaceae Piper sp. 11 Rápido 1 Ochnaeceae Cespedesia spathulata 8 Rápido 2 Clusiaceae Vismia baccifera 5 Rápido 3 Piperaceae Piper angustifolia 16 TABLA

Adicionalmente, se realizaron comparaciones de la herbivoría entre taxa filogenéticamente relacionados, que incluyeron especies confamiliares o congenéricas de las familias Piperaceae, Ochnaceae y Clusiaceae Para medir la herbivoría se escogieron aleatoriamente 75 hojas por especies y se estimó el área foliar consumida para asignarlas a las categorías establecidas en el índice de herbivoría propuesto por Dirzo y Domínguez (1995). Este índice propone seis categorías numeradas de 0 a 5, cada uno de

los cuales representa un intervalo de área foliar consumida (Tabla 2). TABLA 2. Categorías para la estimación herbivoría. Categoría 0 1 2 3 Intervalo de 612área foliar 0 1-6 12 25 consumida (%)

del índice de 4

5

2550

50100

Para determinar si existían diferencias en la aceptabilidad de las hojas de especies con hábitos de crecimiento rápido y lento, se realizó un bioensayo con larvas de la polilla S. 18

Herbivoría en plantas de crecimiento rápido y lento

frugiperda (Lepidoptera: Noctuidae). Las larvas de Spodoptera se obtuvieron de una colonia establecida en el Laboratorio de Entomología de la Facultad de Agronomía de la Universidad Nacional de Colombia. Estas larvas se criaron con una dieta artificial compuesta por harina de frijol, harina de maíz, levadura, agar, ácido ascórbico, ácido sórbico, caseína, metilparabeno, formaldehido al 10% y aceite de linaza. Para evaluar la aceptabilidad de las hojas de especies de crecimiento lento y rápido se realizaron cortes de 2 cm2 en las hojas de cada especie. Cada par de especies se colocó en una caja de Petri con una larva de instar 3 ó 4 que fueron sometidas a un régimen de inanición alimenticia de cinco horas y se evaluó el consumo 7 horas después, cuando alrededor del 50-60% del área foliar total había sido consumido. Los cortes de las hojas fueron hidratados con un algodón húmedo en el medio de la caja de Petri. El experimento se evaluó con 20 pares de especies, seleccionadas al azar, en los que se calculó el área foliar consumida por las larvas, en mm2. Para descartar una posible inercia filogenética respecto a los niveles de defensa se incluyeron tres repeticiones con pares de especies filogenéticamente relacionados, de las familias Piperaceae, Ochnaceae y Clusiaceae.

atribuirse al hábito de crecimiento de las plantas o si éstas respondían a factores aleatorios. En la representación gráfica estas frecuencias se transformaron a porcentajes. El mismo análisis se realizó para las comparaciones de especies que fueron pares filogenéticos, en este caso, cuando el número esperado en alguna de las categorías fue menor que 5, se agruparon categorías adyacentes antes de realizar la prueba estadística. Las diferencias en la aceptabilidad de las hojas de las especies de crecimiento rápido y lento se evaluaron mediante una comparación del área foliar consumida por las larvas de S. frugiperda, con la prueba pareada de Wilcoxon. En las gráficas se representan los valores de área foliar consumida para cada uno de los veinte pares de especies vegetales que se probaron. Estos análisis se realizaron con el software STATISTICA 7 (StatSoft, 2004). RESULTADOS VARIACIÓN EN LA HERBIVORÍA DE ACUERDO AL HÁBITO DE CRECIMIENTO - El índice de herbivoría fue significativamente más alto en las especies de crecimiento rápido (mediana 2.40), que en las especies de crecimiento lento (mediana 1.02) (Apéndice 1, Fig. 1; U=3.0, p=0.0004). Al realizar la interpolación del índice se observó que el área foliar consumida en promedio para las especies de crecimiento lento fue del 4.2%, mientras que para las especies de crecimiento rápido fue del 11.5%. La distribución de frecuencias de las categorías de daño (Fig. 2) mostró una distribución asimétrica de la herbivoría sesgada a la derecha, con predominio de hojas en las categorías de daño inferior (0 y 1), para ambos hábitos de crecimiento. Las especies de crecimiento lento presentaron baja herbivoría, con el 19,5% de hojas sanas y con el 61,5% de hojas apenas probadas, 16% de las hojas en las categorías de daño intermedias y tan sólo el 3% de hojas con daño mayor al 25%. En contraste, para las especies de crecimiento

ANÁLISIS DE LOS DATOS - Las diferencias en el índice de herbivoría entre especies de crecimiento rápido y lento se probaron mediante la prueba U de Mann Whitney, debido a que los datos no fueron normales ni homogéneos en varianza. Con la frecuencia de hojas en cada categoría del índice de herbivoría (Dirzo & Dominguez 1995) se construyó una tabla de contingencia 2 x 6, en la que se contrastó la frecuencia de hojas en cada categoría en las especies de crecimiento rápido y en las de crecimiento lento. Se utilizó una prueba de Chi cuadrado para determinar si las diferencias en el número observado de hojas en cada categoría de herbivoría podían 19

Pachón, Moreno y Cuervo

rápido, sólo el 6% de las hojas no presentaron daño, el 29% fueron al menos probadas, el 38% estuvieron en las categorías de daño intermedio y el 28% de las hojas presentaron daño mayor al 25% (Fig. 2).

frecuencia de hojas que fueron probadas o que tuvieron una herbivoría inferior al 6% (categoría 1) fue significativamente más alta para las especies de crecimiento lento en comparación con el esperado, mientras que para las de crecimiento rápido fue significativamente inferior al esperado (Tabla 3). Para las especies de crecimiento rápido el número de hojas observado en las categorías de daño 2,3 4 y 5 fue significativamente mayor a lo esperado, justo lo contrario ocurre para las especies de crecimiento lento (Tabla 3).

FIGURA 1. Comparación del índice de herbivoría en especies de bosque húmedo tropical con hábitos de crecimiento rápido y lento.

Existieron diferencias significativas entre frecuencia de hojas observadas en cada categoría de herbivoría según el de hábito de crecimiento de las plantas, indicando que es poco probable que éstas diferencias se deban a factores aleatorios (Tabla 3, Х2 = 361.5 gl = 11 p < 0.0001). En las plantas de crecimiento lento la frecuencia de hojas sin daño fue significativamente mayor que la esperada, mientras que para las de crecimiento rápido este valor fue significativamente menor al esperado (Tabla 3). De igual forma, la

2. Porcentaje de hojas en cada categoría de herbivoría para las especies del Bosque Húmedo Tropical de Mariquita-Tolima con hábitos de crecimiento rápido y lento. Las categorías de herbivoría corresponden a 0 (Hojas sanas), 1 (1-6%), 2( 6-12%), 3 (12-25%), 4 (25-50%) y 5 (50-100%) de área foliar consumida FIGURA

TABLA 3. Comparación entre la frecuencia de hojas observadas y esperadas para cada una de las categorías de herbivoría, en especies con hábitos de crecimiento rápido y lento, en un bosque húmedo tropical de Mariquita – Tolima. Categoría de Herbivoría Hábito de Crecimiento

0

1

2

3

4

5

Obs

Esp

Obs

Esp

Obs

Esp

Obs

Esp

Obs

Esp

Obs

Esp

Rápido

41

93.1

218

337.9

160

122.4

118

75.6

105

61.2

102

53.7

Lento

146

93.9

461

341.1

86

123.6

34

76.4

18

61.8

6

54.3

La comparación de la herbivoría entre pares de especies filogenéticamente relacionadas con de hábitos de crecimiento

rápido y lento permitió verificar que las diferencias observadas en la herbivoría entre éstas se deben al hábito de crecimiento y no 20

Herbivoría en plantas de crecimiento rápido y lento

a las relaciones de parentesco entre las especies. En los tres casos comparados, dos géneros de la familia Ochnaceae, dos géneros de la familia Clusiaceae y dos especies del género Piper, las diferencias en

las frecuencias de hojas observadas y esperadas en cada categoría de daño fueron significativamente diferentes entre especies de crecimiento rápido y lento (p