Los insectos que se alimentan solo de plantas tienen varios desafíos que superar. Pero también tienen algunos ayudantes activos para ayudarlos con el suministro de nutrientes importantes. Los llamados microorganismos simbióticos hacen que los aminoácidos esenciales, las vitaminas y las enzimas estén disponibles y ende esta forma, complementan y enriquecen la dieta limitada de sus insectos hospedadores. Los escarabajos Reed con su estilo de vida semi-acuático también tienen ayudantes que amplían su rango de nutrientes disponibles. Científicos de la Universidad Johannes Gutenberg de Mainz JGU en colaboración con investigadores del Max PlanckEl Instituto de Ecología Química en Jena y sus socios en Hamburgo y Japón han investigado las contribuciones que las bacterias simbióticas hacen al ciclo de vida inusual y a la dieta de los escarabajos ". Gracias a sus bacterias simbióticas, los escarabajos han podido acceder a nuevos nichos ecológicos.Aunque esto significa que los simbiontes promueven el potencial ecológico de sus anfitriones, lo que es aún más interesante es el hecho de quetambién puede restringir su adaptabilidad ", explicó el profesor Martin Kaltenpoth, jefe del Departamento de Ecología Evolutiva de JGU.
Los simbiontes ayudan a nutrir las larvas de escarabajo de caña bajo el agua
Los escarabajos de caña son un subgrupo ecológicamente inusual de la familia de los escarabajos de las hojas y consisten en alrededor de 165 especies que viven todo o parte del tiempo en el agua. Las larvas de estos escarabajos de caña son acuáticas y se adhieren a las raíces de las plantas submarinas de las que chupanla savia como alimento. Los escarabajos adultos de la mayoría de las especies viven en la vegetación por encima del nivel del agua y comen las hojas de plantas como pastos, juncias y lirios de agua. En contraste con muchos otros escarabajos de las hojas, las fuentes alimenticias de las larvas y losLos insectos adultos de la misma especie difieren considerablemente. "La etapa de vida acuática de las larvas es muy inusual", afirmó Kaltenpoth, señalando que las larvas incluso producen un capullo bajo el agua, del cual salen los escarabajos maduros.Se sabe que los escarabajos de caña viven en estrecha simbiosis con las bacterias que colonizan los sacos ciegos en el intestino medio de las larvas, pero en los escarabajos adultos ocupan los llamados túbulos de Malpighian, que son comparables a nuestro niñoneysLos científicos también sabían que sin estos simbiontes las larvas no podrían formar un capullo.Sin embargo, la forma exacta en que las bacterias simbióticas contribuyen al sustento de sus anfitriones sigue siendo un misterio.
Utilizando técnicas de secuenciación de alto rendimiento, el equipo dirigido por Kaltenpoth secuencia el material genético de los simbiontes de 26 especies de escarabajos de caña de América del Norte, Asia y Europa. Reconstruyeron los genomas completos de los simbiontes y pudieron hacer prediccionesen cuanto a lo que estos microbios realmente hacen por sus huéspedes de escarabajos. Resulta que las bacterias pueden producir casi todos los aminoácidos esenciales, que son los diez componentes proteicos vitales para la vida que los escarabajos no pueden sintetizar por sí mismos.larvas en particular, porque la savia de la planta desde las raíces no suministra suficientes cantidades de aminoácidos, y lo más importante, no lo suficiente como para construir el capullo rico en proteínas ". Conocemos esta forma de cooperación en la que la mayoría o todos los aminoácidos esencialeslos ácidos son suministrados por muchos hemípteros que se alimentan de savia de plantas, por ejemplo, pulgones y cigarras, pero esto es poco común en los escarabajos ", dijo el biólogo evolutivo.
Algunos de los simbiontes ayudan a los escarabajos adultos a descomponer las pectinas
Un segundo aspecto de la coexistencia de escarabajos adultos y bacterias es aún más interesante. Algunos de los simbiontes proporcionan una o dos enzimas que pueden descomponer las pectinas. Las pectinas están presentes en las paredes celulares de las plantas y son difíciles de digerir.Las pectinasas pueden descomponerlas para contribuir al suministro de carbohidratos y energía de los insectos herbívoros.
El equipo de investigación elaboró un árbol filogenético de las bacterias simbióticas para rastrear su historia evolutiva. Curiosamente, a lo largo de su evolución, las pectinasas han desaparecido de los genomas simbiontes en cuatro linajes de escarabajos independientes. Escarabajos que no obtienen pectinasas a través desus simbiontes están especializados para vivir en pastos y juncias, plantas con bajas cantidades de pectina ". Estos escarabajos han cambiado sus preferencias de plantas alimenticias. Y debido a que los pastos y juncias solo tienen pequeñas cantidades de pectina en la pared celular, las pectinasas provistas por los simbiontesya no eran útiles y se perdieron posteriormente ", dijo Kaltenpoth. Los escarabajos que continúan alimentándose de nenúfares, juncos de hierba o algas acuáticas todavía tienen al menos una pectinasa.
La simbiosis microbiana puede extenderse y restringir nichos ecológicos
Los resultados revelan que, por un lado, los simbiontes pueden ampliar el potencial ecológico de su huésped y permitir que se adapte a un nuevo nicho. Sin embargo, también muestran que los microbios simbióticos pueden restringir la selección de plantas huésped si sus capacidades enzimáticasse pierden. "Creemos que las especies de escarabajos de caña que viven en pastos y juncias ya no pueden volver a consumir plantas huésped ricas en pectina", concluyó Kaltenpoth.
Los escarabajos de lámina se encuentran entre los pocos grupos de escarabajos que han cambiado de un ciclo de vida terrestre a uno acuático. Los microorganismos simbióticos han hecho una contribución significativa a este movimiento de la tierra al agua al apoyar el suministro de nutrientes de las larvas y los escarabajos adultos. Sin embargo, dado que ciertos tipos de escarabajos de caña ya no tienen pectinasas disponibles, también son responsables de limitar el entorno ecológico que puede ocupar su huésped.
Investigación financiada por una beca ERC Consolidator Grant
La investigación del profesor Martin Kaltenpoth sobre la ecología microbiana de los escarabajos de caña está siendo respaldada por una ERC Consolidator Grant, que le fue otorgada en 2018 para investigar aspectos de simbiosis entre escarabajos y bacterias. El biólogo ha sido profesor de Ecología Evolutiva en la Universidad Johannes GutenbergMaguncia desde 2015. Recientemente fue nombrado nuevo director del Instituto Max Planck de Ecología Química en Jena, donde establecerá el nuevo Departamento de Ecología y Evolución de los Insectos a partir de febrero de 2021.
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Materiales proporcionado por Johannes Gutenberg Universitaet Mainz . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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