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Ecologia quimica

La ecología química examina el papel de las interacciones químicas entre los organismos vivos y su entorno, y las consecuencias de esas interacciones en la etología y la evolución de los organismos involucrados. Por lo tanto, es un campo vasto y altamente interdisciplinario. Los estudios de ecología química se centran en la bioquímica de la ecología y las moléculas específicas o grupos de moléculas que funcionan como señales para iniciar, modular o terminar una variedad de procesos biológicos como el metabolismo. Las moléculas que sirven en tales roles son típicamente sustancias orgánicas fácilmente difusibles de baja masa molecular que derivan de rutas metabólicas secundarias, pero también incluyen péptidos. Los procesos ecológicos químicos mediados por semioquímicos pueden ser intraespecíficos (que ocurren dentro de una especie) o interespecíficos (que ocurren entre especies).

El campo se basa en química analítica y sintética, química de proteínas, genética, neurobiología, ecología y evolución.

Ecologia quimica de plantas

La ecología química en las plantas es el estudio que integra la química y las propiedades biológicas de las plantas y su interacción con el medio ambiente (es decir, microorganismos, insectos fitófagos) y sus antagonistas. La ecología química en las plantas involucra principalmente a las plantas que luchan contra la herbivoría produciendo diversos compuestos fitoquímicos. Estos compuestos pueden ser producidos por las propias plantas o como parte de varias relaciones simbióticas de hongos y bacterias.

La superficie de las partes aéreas primarias de las plantas terrestres está cubierta por una delgada estructura cerosa conocida como la cutícula. La cutícula tiene funciones autecológicas cruciales y juega un papel importante como interfaz en las interacciones tróficas. La cutícula está compuesta por la capa cuticular y la cutícula propiamente dicha, que está cubierta por ceras epicuticulares. Mientras que la fracción de cutina es un biopolímero de tipo poliéster compuesto de ácidos grasos hidroxilo e hidroxiepoxi, las ceras cuticulares son una mezcla compleja de compuestos alifáticos y cíclicos de cadena larga. Estos compuestos altamente lipofílicos determinan la calidad hidrofóbica de la superficie de la planta y, junto con la microestructura de las ceras, varían de una manera específica de especie. Las características fisicoquímicas contribuyen a ciertas características ópticas, limitan la transpiración e influyen en la adhesión de partículas y organismos, y como resultado evitan que se marchite. Aparte de eso, la cutícula actúa como una piel para las plantas, lo que evita cualquier daño mecánico a ellas por las fuentes externas, ya sea organismos vivos o cualquier otro componente abiótico.

En muchos casos, la ecología química de las plantas implica interacciones mutualistas con otros organismos. Una de estas implica interacciones con hongos, y en particular, micorrizas, donde los hongos forman una vaina en el exterior de las raíces, o penetran las raíces que crecen entre las células de la raíz, e incluso empujan a través de las paredes celulares de las células de la raíz individuales. En esta relación, los hongos producen químicos que descomponen la materia orgánica en el suelo alrededor de la raíz, absorben los nutrientes inorgánicos liberados por esta descomposición gracias al área de superficie mucho más grande de los hilos de hongos, en comparación con la superficie absorbente de la raíz, y pasan algo de el agua y los nutrientes de la planta, mejorando así en gran medida la capacidad de las raíces de la planta para extraer nutrientes y agua del suelo. Los hongos también pueden proporcionar una protección química (antibióticos) contra bacterias y hongos nocivos en el suelo.

Interacciones con microorganismos.

Las plantas también interactúan con microorganismos. Para que esto sea posible, los microbios tienen que establecer una interfaz entre ellos y la planta, al crecer en la planta a través de su superficie. Para hacerlo, los microbios necesitan romper la capa cerosa hidrófoba protectora en la superficie de la planta. Para hacer esto, los microorganismos secretan fluidos especiales que descomponen las grasas de la cutícula.

Crecimiento en plantas

La mayoría de las hormonas en las plantas se concentran en sus puntas. Las hormonas auxinas son responsables del crecimiento de las plantas y son estimuladas por ciertos estímulos como la luz. Este fenómeno se llama fototropismo, que es el movimiento hacia o desde una fuente de luz. Este crecimiento permite a la planta obtener elementos esenciales como la luz solar, que es muy necesaria para la fotosíntesis. Por lo tanto, la cutícula es una de las partes fundamentales de la planta debido a sus propiedades físicas y químicas, como la estructura cerosa y delgada que le permite adaptarse a diversos mecanismos, como la hidrofobicidad, las interacciones con los microorganismos y el crecimiento de las plantas.

Oruga de la mariposa monarca en la planta de algodoncillo.

Interacción planta-insecto

La ecología química de la interacción planta-insecto es un subcampo significativo de la ecología química. En particular, las plantas y los insectos a menudo participan en una carrera armamentista evolutiva química. A medida que las plantas desarrollan defensas químicas contra la herbivoría, los insectos que se alimentan de ellas desarrollan inmunidad a estos venenos y, en algunos casos, reutilizan estos venenos para su propia defensa química contra los depredadores. Uno de los ejemplos más conocidos de esto es la mariposa monarca, cuyas orugas se alimentan de la planta de algodoncillo. Los algodoncillos contienen toxinas de cardenólidos, pero las orugas de la mariposa monarca han evolucionado para no verse afectadas por la toxina. En cambio, secuestran las toxinas durante su etapa larval y el veneno permanece en el adulto, haciéndolo desagradable para los depredadores. Existen muchos otros ejemplos de esto, incluidas las orugas Manduca sexta (polilla de halcón del tabaco) que secuestran activamente la nicotina que se encuentra en la planta de tabaco; y la bella polilla, que secreta una espuma que contiene quinona de su cabeza cuando es perturbada por un posible depredador obtenido de la alimentación de especies de Crotalaria como una oruga.

Ecología química marina

La ecología química marina es cómo la vida orgánica en el medio marino utiliza productos químicos para comer, interactuar, reproducirse y sobrevivir, desde el fitoplancton microscópico hasta las muchas especies de crustáceos, esponjas, corales y peces.

Defensa

El uso de productos químicos a menudo se utiliza como un medio de supervivencia para los organismos marinos. Algunos crustáceos y mesograceadores, como el Pseudamphithoides incurvaria , usan algas y algas marinas particulares como un medio de disuasión al cubrir sus cuerpos con estas plantas. Estas plantas producen alcoholes como pachydictyol-A y dictyol-E, que evitan la depredación de los crustáceos. Cuando estas algas están ausentes o se usan otras algas sin estos alcoholes, la tasa a la que se comen estos crustáceos es mucho mayor. Otros crustáceos utilizan sus defensas naturales en conjunción con los productos químicos producidos para defenderse. Los productos químicos dentro de su orina ayudan a coordinarlos en grupos. Esto combinado con sus picos los convierte en un objetivo mucho más difícil para los depredadores. Otros secretan moco o toxinas que dificultan que los depredadores se los coman, como el Pardachirus marmoratus que usa una toxina capaz de paralizar las fauces de un posible depredador. Simplemente ser un cierto color puede servir como un mecanismo de defensa, como algunos zoanthids que muestran una amplia gama de colores. Esto sugiere que pueden ser tóxicos para comer, lo sean o no.

Reproducción

La liberación de productos químicos es muy importante para coordinar los organismos marinos para reproducirse. Algunos procesos son relativamente simples, como atraer a un individuo a otro. Las lampreas machos atraen a las hembras ovuladas al emitir una bilis que se puede detectar muchos metros aguas abajo. Otros procesos pueden ser más complejos, como los hábitos de apareamiento de los cangrejos. Debido al hecho de que el apareamiento solo se puede hacer poco después de que la hembra se mude de su caparazón, las feromonas se producen y se propagan a través de la orina antes y después del proceso de muda. Los cangrejos machos los detectarán y defenderán a la posible pareja hasta que la concha se haya mudado. Sin embargo, debido a las tendencias cabalísticas de los cangrejos, la hembra produce una feromona adicional para suprimir este impulso. Estas feromonas son muy potentes y han dado ejemplos de que los cangrejos machos han intentado copular con rocas o esponjas expuestas a estas feromonas.

Dominio

La determinación del dominio entre los crustáceos está muy ligada a las señales químicas. Cuando los crustáceos luchan para determinar el dominio, liberan orina, lo que ayuda a determinar el vencedor. Después de concluir una pelea, ambos individuos se reconocerán en el futuro a través de la orina, recordando quién es el dominante de los dos y evitando así una pelea. Esto también puede tener un impacto en futuras peleas. Cuando un individuo se expone a la orina de un crustáceo dominante, actuará de manera más sumisa y opuesta cuando se expone a la orina de un individuo subdominante. Cuando las personas no pueden comunicarse a través de la orina, las peleas pueden ser más largas e impredecibles.