Domesticación de plantas

Escrito por Paulina Corona Tejeda y Johnattan Hernández Cumplido

Todas las personas nos hemos beneficiado, de manera directa o indirecta, de la domesticación de las plantas. Al menos una vez al día consumimos algún alimento que ha pasado por este proceso, ya que el maíz, aguacate, lechugas y zanahorias, forman parte de nuestra dieta regular.

Se estima que 2,500 especies de plantas en el mundo han sido domesticadas y sin duda, este procedimiento puede ser considerado como uno de los grandes saltos que la humanidad ha dado para establecerse de manera sedentaria y así, dar origen a las civilizaciones modernas.

 

Pero ¿qué es la domesticación?

La domesticación se refiere al proceso por el cual se modifica la información genética de una especie silvestre con la finalidad de crear una nueva forma que se adapte a las necesidades humanas. Por lo tanto, las plantas domesticadas son aquellas que se diferencian morfológica y en algunos casos genéticamente de sus ancestros silvestres debido a la selección artificial de caracteres que satisfacen nuestras necesidades. En la actualidad se reconocen seis centros de domesticación de plantas en el mundo (fig. 1). De manera particular, Mesoamérica es uno de estos centros. En esta región tenemos una serie de plantas que hemos domesticado desde tiempos ancestrales como el maíz, el frijol, el chile, la calabaza, el aguacate, las cuales actualmente son consumidas a nivel mundial y otras plantas que son consumidas localmente como el zapote, la guayaba y la vainilla, por mencionar las más importantes de valor económico.

Debido a este proceso de selección hemos sido capaces de modificar y fijar, distintos caracteres de las estructuras de las plantas, como las hojas (lechuga y col), semillas (frijol, maíz, trigo), frutos (aguacate, arándano, calabaza) e incluso raíces (papas y zanahorias).

Al conjunto de características que marcan la divergencia de un cultivo y su ancestro silvestre se le denomina “síndrome de domesticación”. Pero… ¿sólo se pueden modificar las características físicas de las plantas? La respuesta es NO, pues otros de los beneficios que obtenemos con la domesticación es que la fisiología y las propiedades químicas de las plantas también se modifiquen, lo cual se refleja en un mejor sabor y color del producto, en la producción y la estacionalidad.

Como consecuencia, la domesticación ha llevado a que las especies muestren cambios estratosféricos, lo cual hace que muchas de las plantas cultivadas que vemos actualmente se parezcan muy poco a sus “parientes” silvestres. Aquí te mostramos unos ejemplos: 

Un ejemplo de esto se encuentra en la familia Brassicaceae con la planta silvestre Brassica oleracea (fig. 2), la cual podemos encontrar en baldíos y pasa como una hierba común. Sin embargo, esta planta es el ancestro de 20 variedades de coles, brócolis y coliflores de las que podemos disfrutar hoy en la mesa.

 

Otro caso muy conocido por los mexicanos, es el del maíz (Zea mays). Con base en evidencia genética, en 1939 se propuso que los teocintles son los ancestros directos del maíz. No obstante, éstos son morfológicamente diferentes (fig. 3). Por un lado, el teocintle tiene múltiples ramas con numerosas espigas (inflorescencias masculinas) y pequeñas mazorcas (inflorescencias femeninas), mientras que el maíz generalmente tiene un solo tallo, una espiga terminal y unas pocas ramas laterales sobre las cuales crecen las mazorcas. Las mazorcas del teocintle tienen entre 5 y 12 granos, en contraste, las de maíz pueden tener más de 500 granos. Otra característica que los distingue es que los granos del teocintle están encerrados en una cubierta que los protege contra patógenos y herbívoros, pero que también evita que puedan ser usados fácilmente por las personas. Gracias a la domesticación, esta última característica fue eliminándose en el maíz y ahora podemos disfrutar de granos “desnudos” en las mazorcas y podemos consumirlos fácilmente (fig. 3).

 

Y… ¿la domesticación sólo afecta la relación entre la planta y el ser humano?

Ante todos estos cambios que hemos creado en las plantas, podríamos decir que los humanos somos los únicos que los percibimos (finalmente, son para nuestro provecho). Sin embargo, las modificaciones que ocasionamos en las plantas también han llevado a que se modifiquen sus propiedades químicas. En conjunto, esto ha hecho que sus relaciones con los insectos que las consumen también cambien. Por ejemplo, la domesticación ha provocado que el maíz que consumimos actualmente y su ancestro sean afectados negativamente por diferentes especies de insectos herbívoros (fig. 4).

De forma natural, las plantas producen una gran variedad de defensas para contrarrestar a sus insectos herbívoros. Sin embargo, estas defensas tanto físicas como químicas pueden verse comprometidas por la crianza selectiva, ya que el síndrome de domesticación más común en las plantas engloba cambios en los metabolitos secundarios (ej.: la pérdida de compuestos que nos resultan amargos o tóxicos), seguido por cambios en su morfología. De hecho, un paradigma que se ha propuesto es que el proceso de domesticación afecta negativamente la cantidad de recursos que las plantas pueden asignar para la defensa contra herbívoros y, por ende, ésta se reduce.

Recientemente, Turcotte y colaboradores (2014) propusieron tres explicaciones (no excluyentes), sobre la reducción de defensas en plantas domesticadas. Ellos mencionan que 1) muchas de las características defensivas son seleccionadas de forma negativa durante la domesticación, debido a que son tóxicas o de mal sabor para los humanos o el ganado; 2) dado que la domesticación incrementa el valor nutricional de la estructura que está sujeta a selección (raíz, fruto o semilla), el desempeño de los herbívoros será mayor, y 3) la asignación diferencial de recursos para defensa y reproducción trae como consecuencia una asignación asimétrica a una mayor producción a costa de los recursos asignados a la defensa vegetal.

Algo que es importante resaltar es que una gran parte de la investigación está enfocada al mejoramiento de los cultivos bajo distintas condiciones climáticas, así como a factores bióticos y abióticos que les generan estrés. Sin embargo, pocos programas de mejoramiento de cultivos han puesto énfasis en seleccionar caracteres que estén relacionados con la defensa en contra de sus insectos herbívoros.

Pero ¿qué evidencia existe de esto y en qué afecta al ser humano que las plantas pierdan sus defensas?

De los grandes problemas que presentan los cultivos es, que, debido a la expansión del mercado internacional, hemos creado un caldo de cultivo para que muchas especies de insectos herbívoros se vuelvan plagas. Dentro de los factores que han favorecido el ataque de los insectos destacan: i) el reemplazo de policultivos por monocultivos los cuales servían de refugio para enemigos naturales de los herbívoros, ii) el uso de mayores áreas de suelo destinados a la agricultura para hacer cultivos extensivos, lo cual incrementa el recurso para los insectos herbívoros, iii) el uso excesivo de cultivos clonales o de una sola variedad (ej. el aguacate y el agave), los cuales pueden tener problemas a corto plazo debido a la baja variabilidad genética y iv) el uso desmedido de plaguicidas (aunque en algunos países ya se tienen políticas de regulación, en México no se tiene un control para su uso, lo cual favorece el incremento de la resistencia a éstos por parte de las plagas).

Existen estudios que han evaluado la susceptibilidad de las plantas domesticadas ante los insectos herbívoros. Un ejemplo es el frijol ayocote (Phaseolus coccineus) y el gorgojo Zabrotes subfasciatus (fig. 5). Este insecto se alimenta de semillas del género Phaseolus a lo largo de Mesoamérica y es considerado como una de las plagas más importantes en cultivos y granos almacenados, en particular de los frijoles. El ayocote tiene su centro de origen en las montañas mexicanas, donde se concentra la alta diversidad de formas silvestres y domesticadas. En un estudio realizado por Betty Benrey y colaboradores (1997) con dos variedades cultivadas (P. c. coccineus y P. c. darwinianus) y una silvestre del acoyote (P. c. formosus), se encontró que los gorgojos fueron atraídos principalmente por las variedades cultivadas. También encontraron que estos insectos fueron más grandes, y que su tiempo de desarrollo fue más corto en estas variedades, en comparación con la silvestre. Otro caso de esto lo representa el maíz (Zea mays L.), pues se ha encontrado que los teocintles tiene mayor resistencia contra plagas, en comparación con las variedades cultivadas.

Actualmente, el poder entender como la domesticación ha modificado la fisiología y respuestas químicas de la planta es muy importante, ya que hay muy pocos programas de fitomejoramiento que incluyan el seleccionar caracteres de defensa y el conocer el “armamento” que podemos tener como reservorio en las variedades silvestres puede ayudar a que nuestras plantas no sean tan dañadas por los insectos plaga. Por otro lado, es importante señalar que los efectos de la domesticación sobre la interacción planta - insecto herbívoro no son los mismos en todos los casos. Los efectos pueden depender de: 1) el modo de alimentación del insecto; por ejemplo, están los masticadores (larvas de mariposas o los chapulines), y los picadores-succionadores (como los pulgones y chinches) 2) la estructura de la planta sujeta a selección (si se trata de hojas, raíces o semillas) y 3) el grado de especialización del insecto (es decir, si se alimenta de una sola planta o de una gran variedad).

Indudablemente la domesticación de plantas ha sido un proceso que ha marcado el inicio y desarrollo de los asentamientos humanos. No obstante, si deseamos seguir disfrutando de sus beneficios debemos ser conscientes de que los cambios en las plantas van de la mano con la expresión e intensidad de sus defensas químicas, así como con las interacciones con sus insectos herbívoros, lo cual a largo plazo puede llegar a comprometer el rendimiento del cultivo. Por esto, es importante profundizar en el estudio de dichas interacciones para poder desarrollar programas de mejoramiento de cultivos que permitan superar ese desafío.

 

Benrey, B., Callejas A., Rios L., Oyama K. y Denno R.F. (1998). The effects of domestication of Brassica and Phaseolus on the interaction between phytophagous insects and parasitoids. Biological Control, 11:130-140.

https://ac.els-cdn.com/S1049964497905909/1-s2.0-S1049964497905909-main.pdf?_tid=7612bfa9-bf7a-4d43-ba9f-1d18ed2901df&acdnat=1533067384_2c38d5953b9457321c67254c94df7373

 

Bautista-Lozada, A., Parra-Rondinel F. y Espinosa-García F.J. (2012). Efectos de la domesticación de plantas en la diversidad fitoquímica. En: J. C. Rojas y E. A. Malo (eds.). Temas Selectos en Ecología Química de Insectos. El Colegio de la Frontera Sur. México. pp:253-267.

https://www.researchgate.net/publication/233408389_Efectos_de_la_Domesticacion_de_Plantas_en_la_Diversidad_Fitoquimica

 

de Lange, E.S., Balmer D., Mauch-Mani B. y Turlings T.C.J. (2014). Insect and pathogen attack and resistance in maize and its wild ancestors, the teosintes. New Phytologist, 204:329-341.

https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/nph.13005

 

Doebley, J.F., Gaut B.S. y Smith B.D. (2006). The molecular genetics of crop domestication. Cell, 127:1309-1321.

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0092867406015923?via%3Dihub

 

Turcotte, M., Turley N.E. y Johnson M.T.J. (2014). The impact of domestication on resistance to two generalist herbivores across 29 independent domestication events. New Phytologist, 204:671-681.

https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/nph.12935

 

Zulueta-Rodríguez R., Lara-Capistrán L. y Trejo-Aguilar D. (2011). Aprovechamiento de plantas y animales en Mesoamérica: la domesticación de especies.

https://www.uv.mx/cienciahombre/revistae/vol24num1/articulos/mesoamerica/

 

Johnattan Hernández Cumplido es biólogo egresado de la Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo, con estudios de Maestría en Ecología en el Instituto de Ecología (UNAM) y Doctorado en Entomología en la Universite de Neuchatel, Suiza. Desde 2017, es profesor asociado al departamento de Ecología y Recursos Naturales de la Facultad de Ciencias (UNAM). Una de sus principales líneas de investigación, es el estudio del efecto de la domesticación de las plantas sobre sus interacciones con las comunidades de insectos, teniendo como modelo de estudio tanto el aguacate (Persea americana) como las pitayas (Stenocereus queretaroensis). Además, trabaja con efectos del dioicismo de plantas de interés económico, en las interacciones entre plantas y los insectos.

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Paulina Corona Tejeda es bióloga egresada de la Facultad de Ciencias (UNAM) y actualmente es estudiante de la maestría en Ciencias Biológicas del IIES (Instituto de Investigaciones en Ecosistemas y Sustentabilidad), UNAM campus Morelia

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