Introducción

Las especies del género Prosopis (Fabaceae) incluyen árboles de zonas áridas y semiáridas que ofrecen diversos beneficios a los ecosistemas donde se encuentran. En estos sitios los árboles contribuyen de forma importante al enriquecimiento del suelo, aumentando el número de microorganismos y nutrientes (^{Frías-Hernández et al., 1999}; ^{Herrera-Arreola et al., 2007}). Además, los árboles de mezquite proporcionan polen, néctar y sitios de percha a diversas especies de invertebrados y vertebrados, y sus hojas y vainas son utilizadas como alimento por diferentes especies de vertebrados (^{Golubov et al., 2001}; ^{Sánchez-de la Vega y Godínez-Álvarez, 2010}; ^{Sawal et al., 2004}). Sus vainas también son utilizadas por el hombre como alimento (^{Felker et al., 2013}; ^{Galindo y García, 1986}), mientras que la madera es empleada como combustible y en la construcción (^{Rodríguez-Anda et al., 2015}) y algunas partes de la planta como la corteza y las hojas se emplean como medicamentos (^{Galindo y García, 1986}; ^{García-Andrade et al., 2013}) y para la producción de fibra y etanol (^{Reveles-Saucedo et al., 2010}; ^{Saravanakumar et al., 2013}).

La tala de los árboles de mezquite para su aprovechamiento, su lenta regeneración natural y el cambio de uso del suelo han causado una reducción importante en la abundancia de las especies de Prosopis en México (^{Caciano et al., 2011}; ^{Flores, 1993}; ^{Rodríguez et al., 2014}; ^{Vallejo et al., 2012}). Aunado a lo anterior, se conoce que las semillas de las especies de Prosopis son consumidas por escarabajos de la familia Bruchidae (^{Johnson, 1983}; ^{Velez et al., 2018}), pudiendo dañar desde 5% de las semillas en la etapa de la predispersión (^{Velez et al., 2018}) hasta 100% en semillas almacenadas (^{Salas-Araiza et al., 2001}). La herbivoría por brúquidos es de especial interés, ya que durante su desarrollo larvario se alimentan de las semillas, lo cual puede reducir su viabilidad o no germinar al consumirlas parcial o totalmente (^{Johnson, 1983}; ^{Kingsolver et al., 1977}). Sin embargo, el daño por brúquidos también puede elevar la permeabilidad y germinabilidad de las semillas (^{da Silva y Rossi, 2019}; ^{Fox et al., 2010}, ²⁰¹²; ^{Takakura, 2002}). Adicionalmente, los brúquidos pueden seleccionar las semillas de mayor tamaño para ovipositar y proporcionarle a sus crías una mayor cantidad y calidad de alimento y como en algunas especies de Prosopis el tamaño de las semillas está relacionado positivamente con su viabilidad (^{Cope y Fox, 2003}; ^{Cuny et al., 2017}; ^{Johnson y Kistler, 1987}; ^{Manga y Sen, 1995}), la depredación diferencial de semillas de mayor tamaño podría restringir el establecimiento de futuras plántulas (^{Leishman et al., 2000}; ^{Moegenburg, 1996}). Hasta ahora, no se han analizado los posibles efectos que los brúquidos pueden tener sobre la germinación de semillas de mezquites, particularmente en un paisaje agrícola con relictos de mezquitales e individuos aislados. Por lo tanto, en el presente trabajo evaluamos el efecto del consumo de semillas por brúquidos sobre una población de árboles de P. laevigata en el valle del Mezquital, Hidalgo. Para ello se planteó: 1) cuantificar el porcentaje de semillas de Prosopis laevigata (Humb, et Bonpl. ex Willd.) M.C. Johnst. con daño, 2) determinar si el daño causado por brúquidos afecta la germinación de las semillas, 3) si los insectos tienen preferencia por algún tamaño de semilla, y 4) si existe alguna relación entre el tamaño del escarabajo y el tamaño de la semilla de la cual emergió.

Materiales y métodos

La recolecta de vainas para obtener las semillas se realizó en 20 árboles durante el ciclo de fructificación de 2009-2010 en un área de 20 × 20 km en el valle del Mezquital, Hidalgo. Los 20 árboles, de un diámetro a la altura del pecho > 40 cm, estaban separados entre sí por más de 500 m y alejados por más de 30 m de algún otro árbol en fructificación. Se utilizó una distancia de 500 m entre árboles para tener independencia entre los árboles de estudio (^{Baltazar-Meneses, 2011}). Se recolectó un total de 2,880 vainas de los 20 árboles, 36 de cada árbol en 4 etapas de su desarrollo. La primera recolecta se realizó en junio 2009, cuando las vainas ya secas aun estaban adheridas a la planta (predispersión) y a los 2 (septiembre), 4 (noviembre) y 6 (enero) meses después de que los frutos habían caído al suelo. En los árboles la recolecta se realizó de la siguiente manera: 3 vainas de la parte inferior, 3 de la parte media y 3 de la parte superior del dosel, en cada uno de los 4 puntos cardinales (36 vainas en total en cada árbol). Las vainas recolectadas en el suelo bajo el dosel (36 vainas en cada árbol para cada fecha de recolecta) fueron producidas por los árboles en el año 2009, por lo que representaban la herbivoría acumulada del mismo ciclo. Se recolectaron vainas de 9-12 cm de longitud (10.43 ± 0.13 cm; promedio ± EE, n = 360).

Las vainas recolectadas se colocaron dentro de una incubadora a 25 ± 1 ^oC y fueron revisadas cada 12 h durante 5 semanas para aislar a los brúquidos que iban emergiendo, posteriormente se obtuvo el porcentaje de semillas con daño. Para cuantificar las semillas dañadas que habían caído al suelo, éstas se revisaron después de 5 semanas de haberlas recolectado. Estudios previos indican que 4 semanas es el tiempo en que los brúquidos completan su desarrollo de huevo a adulto a 25 ± 1 ^oC, por lo que, si de una semilla no emergió un insecto después de 5 semanas, se consideró que no había sido ovipositada. De esta forma no sólo se cuantificó el daño ocasionado por los insectos que ya habían emergido, sino también el daño ocasionado por los brúquidos que fueron saliendo de las semillas (^{Velez et al., 2018}).

Para determinar si los insectos afectan la germinación de las semillas y medir el daño ocasionado en el tejido interno, se utilizaron semillas de las vainas recolectadas durante la etapa de predispersión. Las semillas se extrajeron manualmente y se revisaron y separaron en 2 grupos, semillas que presentaban orificio de salida de insectos y semillas sin daño. Estas últimas se pusieron en contenedores y fueron inspeccionadas cada 12 h para identificar cada insecto que emergía y la semilla de la que había salido. Si al momento de examinar las semillas se encontraban 2 o más brúquidos, éstos no se consideraban ya que se desconocía la semilla de la cual había emergido cada uno y estas semillas se separaban del resto. Se aislaron e identificaron 179 brúquidos y las semillas de las cuales éstos emergieron en 10 de los 20 árboles. Se seleccionaron al azar 70 de las 179 semillas con orificio de emergencia para evaluar su germinación y compararla con la germinación de 279 semillas sin daño elegidas aleatoriamente. Las semillas sin presencia de brúquidos no presentaban orificio de emergencia, ni larvas y huevos. Las semillas fueron escarificadas mecánicamente y colocadas en cajas Petri con papel filtro húmedo dentro de una incubadora a 35 ± 1 ^oC para registrar su germinación durante un periodo de 30 días (^{Sobrevilla-Solis et al., 2013}). Para registrar el porcentaje de tejido removido por los insectos, se utilizaron 71 de las 179 semillas con orificios, y también se determinó si había daño en el embrión. El embrión se consideró dañado cuando éste no estaba presente en la semilla. Las semillas se pesaron y su peso se restó del peso registrado en semillas no dañadas. Para estimar el peso que tendría una semilla si no hubiera recibido daño por el brúquido, se utilizó la función lineal Y = 0.0726X + 0.00883, donde Y es el peso estimado que la semilla tendría de no haber sido consumida y X = largo + ancho + espesor de la semilla dañada (R² = 91%). El largo, ancho y espesor de cada semilla se midió con un micrómetro insertado en uno de los oculares de un microscopio estereoscópico.

Para determinar si los brúquidos tuvieron preferencia por semillas de mayor tamaño para ovipositar, se comparó el peso estimado de las semillas de las cuales emergieron escarabajos (semillas seleccionadas; n = 71) con el peso de semillas sin daño seleccionadas al azar (semillas sin presencia de brúquidos; n = 60). Para estimar el peso que tendría una semilla si no hubiera recibido daño por el brúquido, se empleó la función lineal anteriormente descrita. Para determinar si el tamaño del insecto estaba relacionado con el tamaño de la semilla de la cual emergió, se examinó la relación entre el ancho del pronoto de los insectos y el peso estimado de las semillas. El ancho del pronoto ha sido utilizado como una medida del tamaño corporal en brúquidos, que a su vez está relacionado positivamente con el éxito reproductivo de estos insectos (^{Colgoni y Vamosi, 2006}; ^{Fox et al., 1995}; ^{Gianoli et al., 2007}).

El porcentaje de germinación de las semillas con y sin daño se comparó con pruebas de bondad de ajuste de X ². Se utilizó un análisis de varianza de una vía para comparar el tamaño de las semillas sin presencia de escarabajos con aquellas seleccionadas por las diferentes especies de brúquidos y las comparaciones a posteriori se realizaron con una prueba de Tukey. Se utilizaron regresiones lineales simples para analizar la relación entre el tamaño de los insectos y el peso estimado de las semillas. Se verificaron los supuestos de homogeneidad de varianzas y normalidad de los datos para el análisis de varianza y la regresión lineal. Todos los análisis se realizaron con el paquete estadístico SAS (^{SAS Institute, 1997}).

Resultados

Se encontró que las especies de brúquidos Mimosestes protractus (Horn, 1873), M. amicus (Horn, 1873), Algarobius johnsoni^{Kingsolver, 1986} y A. atratus^{Kingsolver, 1986} se alimentan de semillas de P. laevigata en la etapa de predispersión, al igual que a los 2, 4 y 6 meses después de que éstas han caído al suelo. También se encontró a parasitoides himenópteros emergiendo de estas semillas en un bajo porcentaje (< 1%). En los análisis de germinación, daño de los tejidos internos y selección de semillas solamente se incluyeron semillas de las cuales emergieron individuos de A. johnsoni y A. atratus debido a que se encontraron muy pocos individuos de M. protractus y M. amicus (n = 2/179 y n = 5/179, respectivamente) y solamente para 10 de los 20 árboles se tuvo certeza de que cada brúquido que emergió pertenecía a una semilla particular.

El porcentaje de semillas que presentaron daño causado por brúquidos en la etapa de predispersión fue de 22.0% (1,901 de 8,640 semillas) y después de 2, 4 y 6 meses de que las vainas habían caído al suelo fue de 32.0% (2,923 de 9,135), 54.4% (4,465 de 8,208) y 66.3% (3,100 de 4,680), respectivamente. Los porcentajes de semillas con daño por brúquidos por árbol variaron entre 17 y 29 en la etapa de predispersión y después de 2, 4 y 6 meses de que las vainas habían caído al suelo el porcentaje de semillas con daño por árbol varió entre 29 a 37, 46 a 62 y 56 a 72, respectivamente, y los árboles que recibieron mayor y menor porcentaje de daño en sus semillas no fueron los mismos en los 4 muestreos.

El porcentaje de germinación de las semillas dañadas por brúquidos de la etapa de predispersión fue de 0% (A. johnsoni, n = 35 y A. atratus, n = 35) y difirió del porcentaje de germinación de las semillas sin daño, el cual fue de 15.8% (n = 279) (X ² = 12.63, g.l. = 1, p = 0.001). Algarobius johnsoni y A. atratus removieron el 57.66 ± 1.02% (n = 38) y el 53.92 ± 1.88% (n = 33) del tejido interno de las semillas y ambas especies consumieron el embrión.

Los datos para el análisis de varianza y la regresión lineal cumplieron con los supuestos de homogeneidad de varianzas y normalidad. Los resultados del análisis mostraron que el tamaño de las semillas seleccionadas por A. atratus (0.052 ± 0.001 g, n = 38) y A. johnsoni (0.051 ± 0.002 g, n = 33) fue significativamente mayor que el tamaño de las semillas sin presencia de brúquidos (0.047 ± 0.001 g, n = 60) (F_2,130 = 4.89, p = 0.009; Fig. 1) y los tamaños de las semillas seleccionadas por las 2 especies de brúquidos no difirieron significativamente (p = 0.898) (Fig. 1). Por otro lado, se encontró una relación positiva y significativa entre el tamaño de los insectos y el tamaño de las semillas de las cuales emergieron (A. atratus: F_1,32 = 17.8, R² = 34.4, p = 0001 y A. johnsoni: F_1,30 = 8.8, R² = 20.6, p = 0.006; Fig. 2).

Figura 1. Peso promedio (±1 E.E.) de las semillas sin presencia de brúquidos y de las que emergieron Algarobius atratus y A. johnsoni. Barras con letras distintas difieren significativamente (Tukey, p < 0.05). 

Figura 2. A) Relación entre el tamaño de las semillas de acuerdo a su peso (g) y el tamaño de los insectos de Algarobius atratus emergidos (R² = 34.41; p < 0.001); B) relación entre el tamaño de las semillas de acuerdo a su peso (g) y el tamaño de los insectos A. johnsoni emergidos (R² = 20.63; p < 0.001). 

Discusión

Los porcentajes de semillas que presentaron daño por brúquidos en la etapa de predispersión y después de que éstas habían caído al suelo se encuentran dentro de los rangos reportados para otras especies de Prosopis en su hábitat nativo (^{Ortega-Baes et al., 2001}; ^{Velez et al., 2018}); sin embargo, en la mayoría de los estudios en los que se ha registrado el daño de las semillas de Prosopis por brúquidos, solamente se ha cuantificado el daño en la etapa de predispersión (^{Velez et al., 2018}). Nosotros encontramos que el porcentaje de daño se incrementa cuando las semillas están en el suelo, lo cual muestra que el daño por brúquidos en la etapa de predispersión representa una subestimación del daño total, como ha sido sugerido por ^{Velez et al. (2018)}. La actividad de los brúquidos en el valle del Mezquital se detiene en noviembre, cuando los insectos entran en diapausa en el interior de las semillas y se reanuda en marzo, cuando los escarabajos salen de la diapausa (datos no publicados). Por lo tanto, el porcentaje de daño de las semillas podría incrementar si al salir de la diapausa, los brúquidos tienen acceso a las semillas que permanecen en el suelo (^{Ortega-Baes et al., 2001}).

Las 4 especies de brúquidos encontradas en este trabajo ya han sido reportadas alimentándose de las semillas de P. laevigata (^{Salas-Araiza et al., 2001}). También se ha reportado que las especies de Algarobius son los brúquidos más abundantes en P. laevigata (^{Reséndez-Velázquez y González-Castillo, 2016}; ^{Salas-Araiza et al., 2001}), lo cual probablemente se debe a que las especies de Algarobius son especialistas de Prosopis, mientras que las especies de Mimosestes se alimentan de varias especies de leguminosas (^{Johnson, 1983}; ^{Kingsolver, 1986}).

Las semillas con daño por brúquidos no germinaron. En algunas especies de fabáceas se ha registrado que los orificios hechos por brúquidos en las semillas incrementan su permeabilidad y germinabilidad cuando los insectos consumen un bajo porcentaje de los tejidos y no dañan el embrión (^{Fox et al., 2012}; ^{Halevey, 1974}; ^{Lamprey et al., 1974}; ^{Takakura, 2002}). Sin embargo, esto no ocurrió en las semillas de P. laevigata estudiadas, de las cuales emergieron principalmente A. johnsoni y A. atratus, ya que los insectos dañaron el embrión. Hasta donde tenemos conocimiento, éste es el primer trabajo que demuestra que los brúquidos depredan las semillas de P. laevigata debido al daño que causan al embrión. Sin embargo, otros autores como ^{Palleres (2007)}, han encontrado que algunos brúquidos como Scutobruchus vinalicola no dañan los embriones de las semillas de algunas especies de Prosopis, P. flexuosa, y solo consumen parcialmente los cotiledones. Por lo tanto, es recomendable realizar pruebas de germinación y cuantificar el daño infringido por los brúquidos en las semillas de diferentes especies de Prosopis para poder tener mayor certeza del efecto que estos escarabajos pueden tener sobre la viabilidad de las semillas (^{Fox et al., 2012}).

Los resultados muestran que los brúquidos A. atratus y A. johnsoni emergen de semillas de mayor tamaño que el tamaño promedio de las semillas sin estos escarabajos. Éste es un fenómeno común en este grupo de escarabajos, ya que las hembras seleccionan para ovipositar semillas que les proporcionen a sus crías una mayor cantidad y/o calidad de recursos (^{Cope y Fox, 2003}; ^{Fox et al., 1996}; ^{Szentesi y Jermy, 1993}; ^{Yang y Fushing, 2008}). Al parecer, la relación positiva entre el tamaño de los individuos de A. atratus y A. johnsoni y el tamaño de las semillas de las cuales emergieron no se debe a la cantidad total de tejido de las semillas ya que los insectos sólo consumieron el 55.6 ± 1.01% del tejido de las semillas (entre 34.2 y 67.9%, n = 71). Por lo tanto, es probable que los insectos estén seleccionando semillas de mayor tamaño debido a que éstas contienen un mayor contenido de nutrientes y/o una menor concentración de metabolitos secundarios, como se ha visto que ocurre en otras especies de brúquidos que seleccionan semillas de mayor tamaño (^{Schlichta et al., 2018}).

Si las semillas de mayor tamaño son seleccionadas primero por los insectos, entonces el tamaño promedio disponible para oviposición iría disminuyendo con el tiempo (e.g., ^{Morandini y de Viana, 2009}) y posiblemente también el tamaño de los brúquidos, lo cual tendría repercusiones en el desempeño de los insectos, ya que su tamaño corporal está relacionado con su éxito reproductivo (^{Fox et al. 1995}; ^{Gianoli et al., 2007}). Además, si el tamaño de las semillas de P. laevigata está relacionado positivamente con su viabilidad, como en otras especies de Prosopis (^{Manga y Sen, 1995}), los brúquidos afectarían negativamente el establecimiento de las plántulas (^{Leishman et al., 2000}; ^{Moegenburg, 1996}). Por lo tanto, es importante entender la dinámica de la interacción de estas 2 especies, y si este tipo de efectos se presentan en otras poblaciones.

En este trabajo se cuantificó la depredación de semillas debida a los insectos que se desarrollan en el interior de las semillas cuando los frutos están adheridos a la planta y cuando éstos han caído al suelo. Sin embargo, es necesario considerar la pérdida de semillas causada por otro tipo de depredadores como las hormigas, las cuales pueden ser responsables de la pérdida adicional de un número importante de semillas del suelo (^{Milesi y Lopez-De Casanave, 2004}, P. Parra-Gil, obs. pers.). Por otro lado, las semillas de Prosopis pueden ser dispersadas por diversas especies de vertebrados y escapar de la depredación que ocurre junto a los árboles progenitores (^{Campos y Ojeda, 1997}; ^{Sánchez-de la Vega y Godínez-Álvarez, 2010}; ^{Solbrig y Cantino, 1975}; ^{Velez et al., 2016}). Adicionalmente, el efecto que pueden tener los vertebrados que se alimentan de las semillas de mezquite con los brúquidos también puede ser un factor importante en la dinámica de la interacción. Por ejemplo, en Sudáfrica se ha intentado controlar una especie invasora de Prosopis empleando brúquidos y la falta de éxito en algunos sitios se debe a que algunos de los vertebrados que se alimentan de las semillas de mezquite matan a los brúquidos que se encuentran desarrollándose en éstas (^{Zachariades et al., 2011}; ^{Zimmermann, 1991}). Por ello la cuantificación de diversos componentes del sistema permitirá entender mejor los procesos que llevan a la pérdida de semillas de la planta y que pueden contribuir a conocer y predecir el cambio en el tamaño de las poblaciones de los mezquites en México.