Análisis para la determinación de los centros de origen, domesticación y diversidad genética del género Persea y la especie Persea americana (aguacate) Compendio Final Proyecto: Análisis para la determinación de los centros de origen, domesticación y diversidad genética del género Persea y la especie Persea americana (aguacate) Documento realizado por: Dr. Lev Jardón Barbolla, Biol. Valeria Alavez Gómez, M. en C. Violeta Méndez, Biol. Amparo Gaona, Biol. María de Jesús Xóchitl Damián Domínguez, Dr. Daniel Piñero, Instituto de Ecología, UNAM; Sandra Petrone, Adriana Uscanga y M en C. Ana Laura Wegier Briuolo, INIFAP. . Asesores del proyecto: Dr. Francisco Lorea-Hernández (Instituto de Ecología A.C.) y Dr. Michael T. Clegg (UC-Irvine). 1 Análisis para la determinación de los centros de origen, domesticación y diversidad genética del género Persea y la especie Persea americana (aguacate) ÍNDICE PRIMER INFORME PARCIAL Recopilación y análisis de la información existente de las especies de las que México es centro de origen y de diversidad genética I. Relaciones Filogenéticas: El género Persea dentro 7 de la familia Lauraceae II. Evidencia biogeográfica relacionada con los centros de 10 origen y domesticación de Persea americana III. La familia Lauraceae y el género Persea en México IV. Referencias 13 15 ANEXO 1. Revisión de especies centroaméricanas del género Persea que se distribuyen en México de acuerdo a van der Werff (2002) Revisión de especies del género Persea que se distribuyen en el sur de México de acuerdo a Lorea (2002) ANEXO 2 Revisión de ejemplares correspondientes al género Persea, subgénero Persea en el Herbario del Instituto de Ecología A.C., Xalapa (XAL) 2 Análisis para la determinación de los centros de origen, domesticación y diversidad genética del género Persea y la especie Persea americana (aguacate) SEGUNDO INFORME PARCIAL Recopilación y análisis de la información existente acerca de la biología reproductiva y ecología de la especie Persea americana Presentación I. Biología reproductiva del aguacate 18 18 1.1 Fenología 18 1.2 Morfología Floral 19 1.3 Sistemas de reproducción 22 1.4 Visitantes florales y polinizadores 25 1.5 Morfología del fruto 29 1.6 Mecanismos de dispersión 31 1.7 Referencias 31 Anexo 1. Polinizadores y visitantes florales de P. americana II. Revisión bibliográfica de artrópodos 35 asociados a Persea americana Mill. (Lauraceae) 2.1 Introducción 35 2.2 Métodos 35 2.3 Resultados 36 2.4 Discusión 38 2.5 Conclusiones 41 2.6 Referencias 42 Anexo 2. Especies de artrópodos asociados a P. americana 3 Análisis para la determinación de los centros de origen, domesticación y diversidad genética del género Persea y la especie Persea americana (aguacate) TERCER INFORME PARCIAL “Distribución Potencial de Persea americana Mill. y sus parientes cercanos” I. Introducción 45 II. Materiales y método 47 2.1 Coberturas ambientales 47 a. Obtención de la muestra de puntos geográficos 48 b. Modelaje del nicho ecológico 48 c. Evaluación de modelos 51 III. Resultados 52 IV. Discusión y Perspectivas 53 V. Literatura citada 54 4 Análisis para la determinación de los centros de origen, domesticación y diversidad genética del género Persea y la especie Persea americana (aguacate) CUARTO INFORME PARCIAL Análisis de los elementos que permiten sostener a México como Centro de origen, domesticación y/o diversidad para Persea americana I. Introducción a. II. Domesticación de plantas perennes 55 56 Filogenia y Biogeografía 2.1 Centro de Origen (origen del taxón) y dispersión del género Persea 2.2 Relaciones filogenéticas del género Persea 57 58 2.3 Biogeografía del género Persea y sus implicaciones respecto a los centros de origen y domesticación de Persea americana 59 III. Artropofauna y polinizadores asociados a Persea americana 62 IV. Evidencia arqueológica y antropológica 64 4.1 Posible domesticadora temprana del aguacate: la cultura Mokaya 4.2 Evidencias arqueobotánicas, desde Tehuacán hasta Teotihuacán. 4.3 Persea en otras culturas mesoamericanas V. VII. 66 69 Evidencia genética sobre la domesticación y diversidad de Persea americana 70 a. 70 Origen de las formas cultivadas del aguacate 5.2 Diversidad genética en poblaciones dePersea americana VI. 65 71 Conclusiones sobre el origen, domesticación y diversidad de Persea americana. 73 Referencia 74 5 Análisis para la determinación de los centros de origen, domesticación y diversidad genética del género Persea y la especie Persea americana (aguacate) INFORME FINAL Resumen del proyecto: conclusiones generales y recomendaciones para la conservación de Persea americana; recomendaciones en torno a los problemas que presenta el estudio de esta especie domesticada y perspectivas de investigación. ÍNDICE Presentación 80 I. Conclusiones finales del proyecto 80 II. Recomendaciones sobre conservación Implicaciones del área de distribución modelada para la especie La domesticación como un proceso continuo: el caso de Persea schiedeana Algunas consideraciones sobre bioseguridad 82 III. Aspectos a profundizar 85 Validación del área de distribución potencial Análisis de muestras arqueobotánicas y del contexto antropológico del proceso de domesticación en Persea americana. Biología reproductiva del aguacate Genética de poblaciones 83 84 85 86 88 91 92 IV. El aporte de estas perspectivas al conocimiento de la domesticación y la diversidad 94 V. Referencias 96 6 Análisis para la determinación de los centros de origen, domesticación y diversidad genética del género Persea y la especie Persea americana (aguacate) PRIMER INFORME PARCIAL "Recopilación y análisis de la información existente de las especies de las que México es centro de origen y de diversidad genética” I. Relaciones Filogenéticas: El género Persea dentro de la familia Lauraceae El aguacate (Persea americana Mill.) es una especie perteneciente a la numerosa familia de las Lauráceas, la cual comprende alrededor de 50 géneros y cerca de 3000 especies predominantemente arbóreas, distribuidas en regiones tropicales y subtropicales del planeta (Bergh, 1986; Rohwer, 1993). El género Persea ha experimentado numerosas revisiones taxonómicas. En su definición clásica se considera que el género posee alrededor de 190 especies (Van der Werff, 2002): 90 en los neotrópicos, llegando hasta el Este de los Estados Unidos de Norteamérica (Persea borbonia (L.) Spreng, P. humilis Nash y P. palustris Sarg.), Chile (Persea lingue (Ruiz & Pav.) Nees) (Kopp, 1966; Barrientos, 2001; Van der Werff, 2002) y por el oriente hasta las Antillas; una especie, Persea indica (L.) Spreng., que se encuentra en las Islas Canarias (en la región llamada Macaronesia); y alrededor de 100 especies distribuidas en el Sudeste de Asia (Barrientos, 2001; Van der Werff, 2002). No obstante, la evidencia obtenida a partir de estudios recientes indica que las especies distribuidas en el sudeste de Asia pertenecen a otros grupos monofiléticos y por ende se han asignado a otros géneros, principalmente Machilus, lo cual distingue a Persea como un género casi exclusivamente americano, siendo Persea indica, la única especie fuera del continente. Persea indica es endémica de Macaronesia, al oeste de las costas africanas y se considera una especie relicto del género Persea ancestral que se distribuyó en Gondwana millones de años atrás por lo que posiblemente sea asignada a un subgénero propio (Ashworth et al., en prensa; Gómez-Campo et al.,2007; Rohwer, 2009). La diversidad en la morfología floral que se presenta al interior de Persea ofrece otra fuente de evidencia para entender la taxonomía del género. Tradicionalmente se reconocían tres subgéneros al interior de Persea: Eriodaphne, Persea y Machilus, siendo este último de 7 Análisis para la determinación de los centros de origen, domesticación y diversidad genética del género Persea y la especie Persea americana (aguacate) distribución completamente asiática (Rohwer, 1993). En contraste, investigaciones recientes (Rohwer et al., 2009) recuperan a las especies que normalmente se agrupaban en el subgénero Machilus como un grupo monofilético separado del resto del género Persea, lo que coloca a Persea cercanamente emparentado con géneros como Apollonias y Phoebe (Rohwer et al., 2009; Figura 1, Figura 2). Figura 1. Árbol filogenéticoreconstruido a partir de ITS (internal transcribed spacers) ribosomales por Rohwer et al. (2009). Los grupos externos que emplearon fueron Cinnamomeae y Laureae. Los números sobre las ramas son los valores de soporte de Bootstrap y los números bajo ellas son los soportes bayesianos para cada rama. Los círculos vacíos indican soporte de 100% de bootstrap y los sólidos indican soporte de 100% en el análisis bayesiano. Los dos subgéneros restantes, Eriodaphne y Persea, con distribuciones 8 Análisis para la determinación de los centros de origen, domesticación y diversidad genética del género Persea y la especie Persea americana (aguacate) predominantemente americana y completamente americana respectivamente, son los actualmente reconocidos con mayor frecuencia. Si bien Rohwer et al. (2009), señalan la pertinencia de retomar la idea de un género independiente para las especies del subgénero Eriodaphne, nombrándolo género Mutisiopersea (propuesto originalmente por Kostermans en 1993), en el contexto de la discusión posterior sobre la biogeografía del género Persea, se considerará aún la existencia de los dos subgéneros, Eriodaphne y Persea. Figura 2. Filogramade uno de los árboles más parsimoniosos obtenidos por Rohwer (2009) para el Grupo Persea. Del trabajo reciente de Rohwer y colaboradores (2009) se desprenden algunos hechos 9 Análisis para la determinación de los centros de origen, domesticación y diversidad genética del género Persea y la especie Persea americana (aguacate) taxonómicos interesantes pues, a pesar de las dificultades para recuperar un árbol resuelto para el grupo Persea, las especies de Persea, subgénero Persea se recuperan como un grupo monofilético, en concordancia con lo planteado por van der Werff (2002) a partir de la morfología floral con tépalos de tamaño igual o casi igual como carácter diagnóstico. En el caso de Eriodaphne todas sus especies presentan tépalos de tamaño desigual. Otra característica que permite distinguir a los dos linajes y que fue ubicada desde estudios tempranos por Kopp (1966), es la presencia de tépalos con ambas superficies pubescentes en el caso de Persea, subgénero Persea, mientras que en Eriodaphne la superficie adaxial de los tres tépalos externos es glabra. En este sentido, si bien el marcador molecular utilizado por Rohwer y colaboradores (2009;secuencias de ITS ribosomal) ha sido señalado como de utilidad limitada para la inferencia filogenética debido a su alto grado de homoplasia y paralogía (Álvarez & Wendel, 2003), los resultados de este trabajo son relevantes tanto por su concordancia con algunos aspectos de la inferencia hecha a nivel morfológico (Van der Werff, 2002), como por su plausibilidad al resolver algunos aspectos biogeográficos del grupo. Existen tres excepciones dentro de Eriodaphne en las que si bien se presentan tépalos de tamaño desigual, ambas superficies de éstos son pubescentes; estas especies son Persea cinerascens S.F. Blake, P. pallida Mez & Pittier y P. rigens C.K. Allen, todas ellas de distribución mesoamericana. Kopp (1966) hipotetizó que estas especies podrían ser grupos tempranamente divergentes en la rama que originó al subgénero Persea. Esta hipótesis podría ponerse a prueba en posteriores análisis moleculares que abarquen un mayor número de especies mesoamericanas. II. Evidencia biogeográfica relacionada con los centros de origen y domesticación de Persea americana Del conocimiento actual de las relaciones filogenéticas entre las Lauráceas, se puede rescatar que si bien éste es aún incompleto y la posición y delimitación precisa del género Persea dentro de la familia es aún motivo de debate, la evidencia reciente apunta a la existencia de un clado monofilético dentro de éste (el subgénero Persea), de distribución completamente centroamericana en el que se ubica Persea americana Mill. (Van der Werff, 2009). El género Persea tiene alrededor de 80-90 representantes en América tropical y 10 Análisis para la determinación de los centros de origen, domesticación y diversidad genética del género Persea y la especie Persea americana (aguacate) subtropical; siendo el subgénero Eriodaphne el más numeroso con aproximadamente 72 especies (Van der Werff, 2002); otros autores ubican el número de especies para el Género Persea en América en alrededor de 70 (Ashworth et al., 2011). Las especies del subgénero Persea, incluyendo a Persea americana, se distribuyen del centro de México hacia el sur, pasando por Guatemala y cubriendo la mayor parte de Centroamérica (Campos Rojas et al., 2007; Rohwer 2009). Existe debate en torno a si existen 3 ó 5 especies dentro del subgénero Persea, pero el consenso es que ese subgénero sería completamente americano o, con mayor precisión, mesoamericano. El carácter monofilético del subgénero Persea es relevante tanto en términos biogeográficos, al tratarse de un subgénero exclusivamente mesoamericano, como para ubicar el grupo de parientes cercanos de Persea americana y que son trascendentales para la discusión del posible centro de origen de esta especie (vr. gr. allí donde se habría dado el evento de especiación que dio origen al taxón). Desde el punto de vista de la ubicación del posible centro de origen de Persea americana, la evidencia con que se cuenta actualmente apunta a Mesoamérica. Por otra parte, las reconstrucciones filogenéticas disponibles permiten ubicar a Persea schiedeana Nees y P. steyermarkii C.K. Allen como parientes silvestres cercanos de Persea americana. La distribución de estas especies es relevante también porque puede proporcionar datos acerca del lugar donde se dio la domesticación de P. americana, pues la delimitación del área de distribución silvestre de una planta cultivada ha sido considerada un elemento para determinar la localización geográfica del origen de una planta domesticada (Vavilov, 1926; 1931). Dentro de la especie Persea americana se han reconocido por varios autores tres ecotipos de aguacate, de cuyos supuestos centros de origen reciben su nombre: el guatemalteco (Persea americana Mill. var. guatemalensis [L.O. Williams] Scora, nom. inval. = Persea nubigena var. guatemalensis L.O. Williams), el mexicano (Persea americana Mill.var. drymifolia [Schltdl. & Cham.] S.F. Blake) y el indio occidental (Persea americana Mill.var. americana), pero recientemente se sostiene que este último también es de origen guatemalteco (Ashworth & Clegg, 2003; Chen et al., 2009; Asworth et al., 2011). Existe debate acerca de la validez taxonómica de dichas variedades de Persea americana y si bien la distribución geográfica parecería darles sustento, existen pocos tratamientos sistemáticos para sustentar morfológicamente los caracteres diagnósticos. Un estudio de Rhodes et al. (1971), 11 Análisis para la determinación de los centros de origen, domesticación y diversidad genética del género Persea y la especie Persea americana (aguacate) recuperó los tres ecotipos a partir de un análisis numérico y en el tratamiento de Williams (1977) se reconocen los tres subtipos.El trabajo de van der Werff (2002) parte de reconocer solamente la existencia de la especie P. americana, al considerar que la variación en el tamaño del fruto, el tipo de indumento y la forma de la hoja, es resultado del propio proceso de cultivo; lo anterior haría estos caracteres propensos a la homoplasia, devolviendo agregaciones que no necesariamente reflejan la historia filogenética de Persea americana. Por otra parte, otras especies antes reconocidas, como P. floccosa Mez, han sido tratadas en la literatura reciente acerca del género como sinónimos de P. americana (Lorea-Hernández, 2002; van der Werff, 2002). Sería necesario un mayor esfuerzo de colecta y el trabajo sistemático para delimitar los intervalos de variación en las características del fruto de cada uno de las variedades (F. Lorea, comunicación personal). Trabajos recientes como el de Ashworth y colaboradores (2003) han aportado nuevas líneas de evidencia al tema, mismas que se discutirán más a fondo en informes posteriores. Se ha propuesto que originalmente la distribución del género Persea en América ocuparía la paleodistribución de las Lauráceas que habrían abarcado Gondwana y Laurasia (Scora & Berg, 1992), teniendo presencia en Norteamérica desde hace por lo menos 70 millones de años (Schroeder, 1968). Se ha sugerido que algunas plantas que habitaban en Norteamérica migraron hacia el sur, posiblemente como consecuencia de cambios drásticos en la temperatura (Galindo-Tovar, et al., 2008) durante el Plioceno (hace entre 5.3 y 1.8 millones de años). Sin embargo, algunas otras evidencias del registro fósil apuntan a una presencia más vieja del género Persea en México, por lo menos desde el Eoceno, en la época inmediatamente posterior a que el género divergiese (Taylor, 1988). Esta presencia temprana, anterior a la divergencia de los subgéneros Eriodaphne y Persea, explicaría además la distribución disjunta de tres especies de Eriodaphne (Persea borbonia, P. humilis y P. palustris) en el Este de Norteamérica, separadas del resto de las especies de Eriodaphne distribuidas en Centro y Sudamérica (F. Lorea comunicación personal). El hecho de que el género Persea se haya originado hace relativamente mucho tiempo, (alrededor de 40 millones de años atrás, según Chanderbali et al., 2001) se ha utilizado para explicar su distribución disjunta entre Asia y América cuando éste aún incluía el subgénero Machilus (Kopp, 1966); si bien hoy en día se reconoce a Machilus como un género independiente (Rohwer et al., 2009), el hecho sigue teniendo relevancia en la medida en que 12 Análisis para la determinación de los centros de origen, domesticación y diversidad genética del género Persea y la especie Persea americana (aguacate) la distribución actual de la mayor parte de la diversidad del género Persea en América se distribuye en Centro y Sudamérica. En términos de la evolución posterior del género Persea, se ha señalado por algunos autores que la diversidad encontrada en América puede explicarse en términos de los cambios evolutivos que fueron ocurriendo como resultado de la adaptación de la planta a diferentes condiciones ecológicas presentes a lo largo de las diferentes latitudes (Diamond, 2002; Galindo-Tovar et al., 2008). La diversidad de las especies presentes en el subgénero Persea también se encuentra vinculada a la gran diversidad cultural presente en Mesoamérica, de tal manera que la diversidad encontrada en plantas sujetas a aprovechamiento o a cultivo, es también resultado de la intervención humana (Gama-Campillo & Gómez, 1992). Sobre este punto, no se abundará más en este reporte, pues se tratará con más detenimiento al abordar la evidencia arqueológica y etnobotánica que permite sostener a México como Centro de domesticación del aguacate. III. La familia Lauraceae y el género Persea en México A pesar de tratarse de una familia relativamente poco representada en las colectas botánicas, se ha encontrado que hay una gran diversidad en nuestro país, con más de 120 especies (Lorea-Henández, 2002) de las cuales 47.5% son endémicas para el sur de México. El recuento de géneros y especies de Lauráceas que se realizaron por entidad federativa muestra que los estados de Chiapas, Oaxaca y Veracruz son los más diversos (ver cuadro 1). La mayor diversidad y endemismo de la familia se encuentra en áreas más bien húmedas; de las 73 especies que habitan el bosque mesófilo, 40 (casi 55%) son endémicas, y de éstas, 23 sólo se conocen de este tipo de vegetación (Lorea-Hernandez, 2002). Lorea-Hernandez (2002), reconoce 14 especies del género Persea en el sur de México (Ver Anexo) y solamente una más, Persea purpusii L.E. Kopp, fuera del área mesoamericana. Ello habla de una concentración de la diversidad en el género en la parte Sur de México. Adicionalmente, el 66% de las especies de Persea reconocidas hasta ahora para México son endémicas para el país. A partir de esta información podemos ver que el endemismo dentro del Género Persea tiende a distribuirse hacia el sur de México e incluso Centroamérica, pues allí habitan todas las especies de este subgénero (sensu Rohwer et al., 2009). Vavilov (1926, 1931) explicaba que la distribución de la diversidad de los grupos de plantas que se utilizan 13 Análisis para la determinación de los centros de origen, domesticación y diversidad genética del género Persea y la especie Persea americana (aguacate) como cultivos es muy importante para la determinación del lugar donde una especie pudo ser domesticada, pues es allí donde la humanidad habría tenido a su disposición un mayor número de plantas candidatas a ser seleccionadas. Si nos concentramos en el subgénero Persea, observamos que, aunque la nomenclatura de las especies reconocidas pueda cambiar en el futuro (Rohwer et al, 2009), prácticamente todas las especies, se distribuyen en Mesoamérica y se tiene registrado el uso en cultivo de al menos dos de esas especies P. americana, el aguacate más común, y P. schiedeana (LoreaHernandez, 2002). Esta diversidad incluye también a una especie de reciente transferencia Persea pallescens (Mez) Lorea-Hern., que se distribuye en la Sierra Madre Oriental-Norte de Oaxaca, Altos de Chiapas y Guatemala (Lorea-Hernandez, 2009) ratificando la distribución centroamericana del subgénero Persea. Cuadro 1. Número de géneros, número total de especies y número de especies endémicas de Lauráceas por entidad federativa en el sur de México (tomado de Lorea-Hernandez, 2002) Estados Géneros Especies Especies endémicas Campeche 3 7 0 Chiapas 9 77 22 Guerrero 8 32 15 Oaxaca 8 68 27 Puebla 7 15 6 Quintana Roo 4 7 0 Tabasco 5 21 1 Veracruz 9 55 19 Yucatán 3 4 0 La diversidad de Lauráceas en México está acompañada de un aprovechamiento importante de ellas por parte de los seres humanos. Existen reportes de otras Lauráceas como Beilschmedia anay, con un fruto de morfología muy similar a la del aguacate, que también 14 Análisis para la determinación de los centros de origen, domesticación y diversidad genética del género Persea y la especie Persea americana (aguacate) son aprovechadas y manejadas localmente para uso alimenticio (F. Lorea com. pers.). La relevancia de estas especies radica en que ponen en evidencia el carácter dinámico y recurrente del proceso de domesticación en México también en especies arbóreas. IV. Referencias Álvarez I & Wendel JF (2003) Ribosomal ITS and plant phylogenetic inference. Molecular phylogenetics and evolution, 29: 417-434. Ashworth, VE & Clegg MT (2003) Microsatellite Markers in Avocado (Persea americana Mill.): Genealogical Relationships Among Cultivated Avocado Genotypes. Journal of Heredity, 94: 407–415. Barrientos-Priego A & López-López L (2001) Historia y genética del aguacate. Memoria Fundación Salvador Sanchez Colin 1998-2001. Coatepec Harinas (Mexico): CICTAMEX., pp. 100-121. Bergh B & Ellstrand N (1986) Taxonomy of the Avocado. En California Avocado Society 1986 Yearbook 70: 135-146. Campos-Rojas E, Terrazas T & Lopez-Mata L (2007) Persea (avocados) phylogenetic analysis based on morphological characters: hypothesis of species relationships. 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Sin embargo, los estudios realizados hasta la fecha permiten identificar algunas características relevantes tanto para plantear hipótesis acerca del proceso de domesticación de Persea americana, como para comprender algunas de las características ecológicas de esta planta. I. BIOLOGÍA REPRODUCTIVA DEL AGUACATE 1.1 Fenología La floración del aguacate (Persea americana Mill.) comienza en el otoño y termina a finales de la primavera. Desde un punto de vista agronómico, se llegan a reconocer tres razas en los cultivos de aguacate (aunque su validez taxonómica no está reconocida): la Mexicana, la Guatemalense y la de las Indias-Occidentales. Bajo las mismas condiciones ambientales se observan diferencias en los cultivos de estas tres razas o ecotipos. En los climas subtropicales, los árboles mexicanos comienzan a florecer a finales del otoño y principios del invierno y extenderse hasta la primavera (Davenport, 1986; Gazit y Degani, 2002). La temporada de floración dura aproximadamente dos meses, sin embargo, en temperaturas templadas el periodo se reduce y en temperaturas frías se prolonga (Bergh, 1977; Sedgley, 1977). Por ejemplo, el periodo de floración del aguacate mexicano “Hass” es de 85 días a una temperatura de 12 a 17°C y disminuye a 15 días a una temperatura de 28 a 33°C (Gazit y 18 Análisis para la determinación de los centros de origen, domesticación y diversidad genética del género Persea y la especie Persea americana (aguacate) Degani, 2002). La temperatura es el factor responsable de la transición de la etapa vegetativa a la reproductiva, la cual ocurre a final de la expansión de los tallos a finales de julio y principios de agosto (Salazar-García et al., 1998, 1999). Los aguacates subtropicales sólo pueden producir botones florales a bajas temperaturas. En las zonas altas de México, el aguacate “Hass” presenta la llamada “floración loca” en septiembre, sobre todo en los árboles jóvenes y se extiende hasta febrero e incluso marzo (Davenport, 1986; Gazit y Degani, 2002). Lo anterior sugiere que el periodo de floración puede estar influenciado por las condiciones del medio ambiente y que, al igual que otros caracteres, no necesariamente son diagnósticos para determinar las variedades de P. americana. 1.2 Morfología floral Las flores del aguacate son bisexuales, es decir, presentan estambres y pistilos al mismo tiempo y miden aproximadamente 10 mm de diámetro (figura 1). Presentan simetría radial y se producen en grandes cantidades. Cada árbol genera grupos de flores de manera continua, por lo que la floración es constante durante semanas e incluso meses. Casi todos sus verticilos florales están agrupados en múltiplos de tres y presenta dos grupos de estambres, el primero con tres internos y tres externos (verticilo exterior) y el segundo con tres (verticilo interior), todos rodeando un carpelo central (figura 2) (Ish-Am y Eisikowitch, 1991; Chanderbali et al., 2008). A su vez, cuentan con dos grupos de nectarios, los nectarios “estaminoidales” y los nectarios “verdaderos”, cuya función es producir la recompensa para los polinizadores (figura 2). La flor abre dos veces, en cada ocasión por varias horas. En la segunda apertura el diámetro de la flor aumenta 10% con respecto al original (Bergh, 1969; Ish-Am y Eisikowitch, 1991; Gazit y Degani, 2002). 19 Análisis para la determinación de los centros de origen, domesticación y diversidad genética del género Persea y la especie Persea americana (aguacate) Figura 1. Flor de aguacate (tomado de Chanderbali et al., 2008). Figura 2. Morfología de la flor del aguacate (modificado de Ish-Am y Eisikowitch, 1991). Las flores del aguacate presentan dicogamia, es decir, desarrollo secuencial de las funciones reproductoras de la planta. En Persea americana esta dicogamia consiste en dos periodos de apertura, es decir, primero madura la parte femenina o las flores pistiladas (protoginia sincrónica) y posteriormente en la segunda antesis la parte masculina comienza a producir polen (Figura 3; Alcaraz y Hormasa, 2011). A través de la separación temporal de las funciones sexuales se promueve el entrecruzamiento (Richards, 1997), lo cual es relevante, pues indica justamente adaptaciones que promueven el flujo génico entre individuos de esta 20 Análisis para la determinación de los centros de origen, domesticación y diversidad genética del género Persea y la especie Persea americana (aguacate) especie. La protoginia no sólo es común en la familia Lauraceae, sino que se observa también en todas las angiospermas que se encuentran ubicadas en clados de reciente divergencia (Bertin y Newman, 1997; Routley et al., 2004; Endress, 2010). Durante la etapa femenina, el estigma se encuentra receptivo al polen, pero las anteras no lo producen, evitando la autofecundación. Por el contrario, en la etapa masculina las anteras comienzan a producir polen, pero el estigma ya no se encuentra receptivo. Es común encontrar flores femeninas y masculinas al mismo tiempo, sin embargo a temperaturas menores a 15°C, las flores no abrirán en etapa femenina (Bergh, 1977; Ish-Am y Eisikowitch, 1991; Gazit y Degani, 2002). Por lo tanto, el sistema es muy sensible a las condiciones ambientales, ya que puede alterar tanto la duración de cada una de las fases, así como el traslape de ambas funciones sexuales (Alcaraz y Hormasa, 2011). Los cultivos de aguacate se clasifican dependiendo del tiempo en que las flores pasan de una etapa sexual a la otra. Los cultivos de tipo A tienen flores en etapa femenina cuya antesis ocurre en la mañana y pasan a la etapa masculina la siguiente tarde. Las flores de los cultivos de tipo B se abren en etapa femenina en la tarde y pasan a la etapa masculina a la mañana siguiente (Stout, 1933; Sedgley, 1985; Gazit y Degani, 2002). La polinización cruzada ocurre como una consecuencia de este ritmo de floración del aguacate y la siembra en un mismo lugar de los cultivos de tipo A y B se suele recomendar a los agricultores para favorecer el entrecruzamiento y producción de frutos (Stout, 1933; Bergh, 1969; Sedgley, 1977; Gazit y Degani, 2002). El aguacate se considera un caso especial llamado heterodicogamia, en el que dos genotipos diferentes que presentan dicogamia sincrónica, tienen un comportamiento de floración recíproca. En otras palabras, mientras las flores de un individuo se encuentran en etapa femenina, las flores del otro se encuentran en etapa masculina, favoreciendo la entrecruza (Alcaraz y Hormasa, 2011). El néctar es secretado por los nectarios “estaminoidales” durante la fase femenina y por los nectarios “verdaderos” durante la etapa masculina. Las flores pistiladas (etapa femenina) son similares morfológicamente a las flores estaminadas (etapa masculina) debido a la localización equivalente del estilo y el estigma de la flor femenina con los filamentos y las anteras de los tres estambres de las flores masculinas. Además, el arreglo espacial es semejante debido a la disposición de los tépalos y de los nectarios “estaminoidales” en la 21 Análisis para la determinación de los centros de origen, domesticación y diversidad genética del género Persea y la especie Persea americana (aguacate) primera etapa y “verdaderos” en la segunda. Este arreglo favorece la polinización, debido a que el mimetismo entre las flores de cada etapa sexual permite que los polinizadores visiten ambos tipos de flores por igual, favoreciendo el entrecruzamiento (Vane-Wright, 1976; IshAm y Eisikowitch, 1991). Los rasgos adaptativos que favorecen el entrecruzamiento, se reflejan tanto en el sistema de apareamiento de Persea americana como en los visitantes florales que se tiene reportados para esta planta. Ambos temas serán tocados a continuación. Figura 3. Etapas morfológicas de la flor del aguacate (modificado de Ish-Am y Eisikowitch, 1991). 1.3 Sistemas de reproducción Aunque la polinización cruzada parece ser una regla en el aguacate, se ha observado que las flores en etapa masculina pueden producir frutos, lo que permite identificar a la autopolinización como un sistema de reproducción importante, sobre todo en zonas tropicales. Se observan principalmente tres mecanismos de reproducción en el aguacate: la autogamia, la geitonogamia y la polinización cruzada (Gazit y Degani, 2002). Es importante mencionar que los estudios de sistemas de reproducción en Persea americana sólo se han llevado a cabo en plantas cultivadas, debido a su relevancia para la agricultura. 22 Análisis para la determinación de los centros de origen, domesticación y diversidad genética del género Persea y la especie Persea americana (aguacate) Autogamia La autogamia se define como la polinización de las anteras hacia el estigma de la misma flor (Richards, 1997). Debido a la protoginia que presentan las flores del aguacate, la autogamia sólo se puede llevar a cabo durante la apertura de las flores masculinas, mientras el estigma permanezca receptivo y las condiciones para la germinación del tubo polínico sean favorables. Usualmente el polen germina fácilmente cuando las flores estaminadas abren. Sin embargo, en todos los cultivos subtropicales el crecimiento del tubo polínico se detiene en el estilo y el tubo no alcanza el óvulo, por lo que en estos cultivos la autogamia se considera un proceso ineficiente para producir frutos (Bergh, 1977; Davenport, 1989; Gazit y Degani, 2002). En contraste, en los cultivos tropicales se observa que la fecundación se lleva a cabo exitosamente. Entonces, la efectividad de la autogamia depende de la zona en que se localice el cultivo (Gazit y Degani, 2002). Geitonogamia Este tipo de reproducción ocurre cuando el polen de una flor es depositado en el estigma de otra flor, pero del mismo árbol o cultivar. La geitonogamia se puede llevar a cabo de dos formas: 1) Entre flores de diferentes inflorescencias que se encuentran liberando polen. Esto puede ocurrir en flores estaminadas cuyos estigmas aún se encuentren receptivos, lo cual es muy parecido a lo que sucede en la autogamia, pero en este caso el polen se transfiere de una flor cercana a otra. 2) Polinización de flores que se encuentran en el primer periodo de apertura a partir del polen de flores en etapa masculina. Diferentes inflorescencias en un árbol pueden encontrarse en diferentes etapas sexuales, sin embargo, el tiempo de traslape de ambos tipos de flores es muy corto. En general, se observa que cuando las flores femeninas coinciden con la apertura de flores masculinas, éstas últimas no producen polen hasta que las flores postiladas se han cerrado. Por lo tanto, este tipo de polinización sólo se lleva a cabo cuando los ciclos de apertura de las flores femeninas y masculinas se ven modificados por las condiciones ambientales. 23 Análisis para la determinación de los centros de origen, domesticación y diversidad genética del género Persea y la especie Persea americana (aguacate) Para los aguacates subtropicales la geitonogamia efectiva ocurre cuando las etapas femenina y masculina se traslapan antes de que el polen deje de ser viable (Davenport, 1989; Gazit y Degani, 2002). En México, en elevaciones que van de los 1400 a los 2500 m s.n.m. se ha observado el traslape efectivo de las etapas sexuales durante la temporada de floración, el cual es favorecido por la temperatura adecuada (de 10 a 27°C) (Gazit y Degani, 2002). Polinización cruzada La polinización cruzada ocurre cuando el polen es transferido de las anteras de un hacia el estigma de flores que se encuentran en árboles diferentes y alejados uno de otro (Davenport, 1989; Gazit y Degani, 2002). Los vectores que transportan el polen son principalmente insectos (figura 4), los cuales llevan a cabo una función clave en la reproducción y aumento en la variabilidad genética de los aguacates subtropicales, ya que sólo a través de la polinización cruzada se produce una cantidad considerable de frutos (Bergh, 1977; Gustafson y Bergh, 1966; Gazit y Degani, 2002). Por el contrario, en los cultivos tropicales se ha comprobado que la autogamia es suficiente para generar una alta productividad de frutos. La polinización cruzada es crucial cuando no se observa el traslape de la etapas sexuales en plantas de la misma zona y cuando la autogamia no es efectiva para producir frutos (Lesley y Bringhurst; 1951; McGregor, 1976; Gazit y Degani, 2002). Menos del 1% de las flores exitosamente polinizadas llegan a formar un fruto, debido a la pérdida masiva de las mismas y de frutos en desarrollo que ocurre a lo largo de la temporada de floración. Una de las posibles explicaciones a la baja proporción de frutos resultantes con respecto al número de flores producidas es la limitación de los recursos disponibles asignados a la formación del fruto (Alcaraz et al., 2010). Figura 4. Ejemplo de polinizadores de la flor del aguacate (tomado de la página web: 24 Análisis para la determinación de los centros de origen, domesticación y diversidad genética del género Persea y la especie Persea americana (aguacate) http://www.nzavocado.co.nz/Best%20practice/Best%20Practice%20pollination%20avocado.pdf.). Aunque son necesarios estudios que involucren a poblaciones silvestres de Persea americana, existen reportes de que las especies del Subgénero Persea (al que pertenece el aguacate) son interfértiles (Ashworth et al., en prensa), es decir pueden producir frutos cuando son polinizadas con polen correspondiente a otras especies. Lo anterior plantea aspectos relevantes para el caso de Mesoamérica, donde habitan hasta 5 especies del Subgénero Persea y, al menos en principio, existe la posibilidad de hibridización entre Persea americana y parientes silvestres de esta planta. 1.4 Visitantes florales y polinizadores Entre los órdenes de insectos que tienen actividad asociada con las flores del aguacate, se mencionan Hymenoptera, Diptera, Coleoptera, Neuroptera y Thysanoptera. Una revisión bibliográfica sobre la diversidad se puede consultar en el Anexo 1, mientras que en la Tabla 1 se muestra el número de familias y especies registradas como visitantes y polinizadores del aguacate, aunque cabe destacar que estos resultados se basan en trabajos de huertas de aguacate de diferentes variedades y no en plantas silvestres, por lo que es de esperarse que el número de especies pueda aumentar dependiendo del sitio de estudio. Tabla 1. Número de registros por categoría taxonómica para polinizadores (antes de la diagonal) y visitantes florales del aguacate (después de la diagonal). Orden Familias Especies Coleoptera 5/5 5/3 Diptera 6 / 10 52 / 31 Hemiptera 0/5 0/5 Hymenoptera 6/8 36 / 14 Lepidoptera 0/2 0/2 Neuroptera 0/1 0/1 Thysanoptera 1/3 1 / 40 En los cultivos la aplicación frecuente de insecticidas disminuye la riqueza y densidad de las especies visitantes y polinizadoras (Castañeda-Vildózola et al., 1999; Ish-Am et al., 25 Análisis para la determinación de los centros de origen, domesticación y diversidad genética del género Persea y la especie Persea americana (aguacate) 1999), lo cual podría repercutir en las tasas de visita y la efectividad de la polinización. Los polinizadores efectivos del aguacate incluyen a Apis mellifera, abejas silvestres (Apidae: Meliponinae), algunas especies de Bombus (Apidae: Bombinae), la avispa colectora de néctar Brachygastra mellifica (Vespidae) y la mosca Chrysomamegacephala (Calliphoridae). Sin duda alguna, y debido a la estrategia de forrajeo y a las características anatómicas, los himenópteros son los insectos más importantes como polinizadores del aguacate. Sin embargo, las especies de abejas silvestres pueden ser fácilmente desplazadas por Apis mellifera, sobre todo en zonas perturbadas o en los lugares donde Apis mellifera ha sido introducida intencionalmente. En los cultivos comerciales las colmenas de A. mellifera son utilizadas con frecuencia para realizar la polinización, aunque esta especie puede detener el forrajeo sobre el aguacate si hay especies cercanas en floración que le resultan más atractivas (Eardley y Mansell, 1996; Ish-Am et al., 1999; Vithanage, 1990), este comportamiento ha demostrado ser un factor limitante en la producción de frutos en Israel (Ish-Am y Eisikowitch, 1998). Por otra parte, en muestras de miel de aguacate de diferentes regiones de España, Terrab y colaboradores (2004) encontraron una alta diversidad de granos de polen correspondientes a 56 taxa de 36 familias; lo que muestra el comportamiento de visita generalista de A. mellifera. Vithanage (1990) reporta que entre el polen colectado por esta especie, además del aguacate, se encuentra el de Vitis vinifera, Acacia victoriae, Asphodelus fistulosus yel de Arctotheca calendula, mientras que en la miel se encuentra abundante polen de Citrus spp. Cuando A. mellifera no es un polinizador eficiente otras especies, en particular abejas sin aguijón y moscas califóridas, como Stomorhinia spp., pueden actuar como polinizadores efectivos (Eardley y Mansell 1996). El trabajo de Can-Alonzo y colaboradores (2005) muestra que especies nativas de los Trópicos como Nannotrigona perilampoides y Trigona nigra pueden ser polinizadores tan efectivos como A.mellifera, pues tienen tasas de visita, picos de actividad y número de granos de polen transportados similares. A las características mencionadas se suma el tamaño corporal, que parece más adecuado para realizar el transporte de polen y acceder al néctar de las flores (Figura 5). Mohammed (1999) reporta que en Trinidad las cargas polínicas de Trigona nigra incluyen polen de 10 especies entre las que se encuentran Citrus aurantifolia (Rutaceae), Cocos nucifera (Palmae) y Mimosa pudica (Mimosaceae), por lo que es no es un polinizador específico del aguacate. 26 Análisis para la determinación de los centros de origen, domesticación y diversidad genética del género Persea y la especie Persea americana (aguacate) Tanto Nannotrigona perilampoides y Trigona nigra, son especies nativas de México, y son especies que por sus características de tamaño pueden ser polinizadores muy eficientes para Persea americana. Por otra parte, éstas abejas son polinizadores generalistas y existen reportes de la participación de Nannotrigona perilampoides en la polinización de especies del género Capsicum (Palma et al., 2008). Si bien, en principio la evidencia sugiere una relación no tan estrecha entre estas abejas y Persea, la presencia de polinizadores de este tipo en México sugiere la presencia en México de fuentes de alimento desde hace bastante tiempo, lo cual aporta evidencia colateral al origen mexicano de Persea. Debido a que fuera de las áreas de distribución original del aguacate los servicios de polinización limitan la productividad del cultivo, se ha experimentado con la introducción de polinizadores de gran tamaño, como Bombus terrestris, que han mostrado ser más efectivos en el transporte de polen y la polinización cruzada que A. mellifera (Ish-Am et al., 1998). IshAm y colaboradores (1999) mencionan que antes de la introducción de A. mellifera las principales especies polinizadoras debían ser abejas sin aguijón (Apidae: Meliponinae) debido a que el tamaño corporal permite que hagan contacto eficiente entre los órganos reproductivos de la flor y que su conducta de forrajeo es un movimiento constante entre flores masculinas y femeninas, además de que en México fueron encontradas polinizando eficientemente diferentes variedades de aguacate. Figura 5. El tamaño relativo de las abejas que visitan las flores de aguacate en Yucatán, de 27 Análisis para la determinación de los centros de origen, domesticación y diversidad genética del género Persea y la especie Persea americana (aguacate) izquierda a derecha: Nannotrigona perilampoides, Trigona nigra y Apis mellifera (Tomado de Can-Alonzo et al. 2005). La avispa Brachygastra melifica colecta néctar para alimentar a sus larvas y transporta polen en cabeza, tórax y patas, así como dentro de las cavidades torácicas, se ha registrado una alta tasa de visitas y altas densidades en algunas localidades, por lo que se considera un polinizador efectivo (Castañeda-Vildózola et al., 1999; Ish-Am et al., 1999). Otras especies de avispas de los géneros Polistes, Mischocyttarus, Belonogaster y Metabolybia se han registrado visitando las flores de aguacate, y transportando polen, pero al registrar bajas tasas de visita pueden contribuir en menor proporción a la polinización (Eardley y Mansell, 1996; Ish-Am et al., 1999; Papademetriou, 1976; Wysoki et al., 2002). En cuanto a los dípteros, se han registrados especies de las familias Calliphoridae, Muscidae y Syrphidae que pueden transportar grandes cantidades de polen, pero la mayor actividad de forrajeo la hacen colectando néctar sin tocar los órganos reproductivos (Eardley y Mansell, 1996; Ish-Am et al., 1999), pero no son polinizadores especialistas, sino generalistas; inclusive moscas de los géneros Calliphora, Lucilia, Eristalis y Osmia son polinizadores eficientes en Allium cepa (Clement et al. 2007). Este último aspecto es relevante, pues aporta elementos sobre la gama de posibles interacciones entre Persea americana y otras plantas. Al existir un buen número de polinizadores de tipo generalista que visitan esta planta, se puede esperar que tanto en condiciones cultivadas como silvestres, éstos polinizadores muevan sustancias químicas, granos de polen e incluso a otros insectos, entre Persea americana y otras plantas; lo anterior es particularmente cierto para el caso de lugares, como Mesoamérica, donde es posible encontrar más de una especie del género Persea. Otros insectos registrados en baja proporción pertenecen a Coleoptera, aunque las estructuras setosas presentes en zonas de la mandíbula y el cuerpo los convierten en organismos que pueden transportar polen (Krenn et al.,2005), es frecuente que se encuentren visitando flores masculinas de aguacate, por lo que no llevan a cabo polinización (Ish-Am et al. 1999), e incluso pueden estar comiéndolo. De forma similar, el hemíptero Stenomacra marginella se encontró transportando grandes cantidades de polen, pero no se detectó sobre las flores femeninas (Ish-Am et al., 1999). Un orden que fue altamente diverso en la revisión de visitantes florales fue Thysanoptera, y aunque existen reportes de polinización especializada para Castilla elástica 28 Análisis para la determinación de los centros de origen, domesticación y diversidad genética del género Persea y la especie Persea americana (aguacate) (Sakai, 2001) y Wilkiea huegeliana (Williams et al., 2001) es posible que en las flores del aguacate se encuentren alimentándose de polen. Cabezas y Cuevas (2007) reportan a Frankliniella occidentalis como polinizador en España, probablemente debido a la alta densidad que esta especie puede alcanzar en los cultivos, aunque comúnmente esta especie es tratada como plaga (Wysoki et al.,2002; Equihua-Martínez et al., 2007). Es importante señalar que la inmensa mayoría de los reportes publicados hasta la actualidad corresponden a los visitantes florales de los cultivos comerciales de Persea americana, mientras que las poblaciones silvestres se encuentran prácticamente inexploradas a este respecto. Lo anterior es relevante en el sentido de que la revisión actual abarca probablemente solo una submuestra de los visitantes florales y polinizadores del aguacate. Por otra parte, la presencia de un número importante de polinizadores de tipo generalista, relacionada con el hecho de que las flores de las Lauráceas suelen carecer de adaptaciones especializadas en la atracción de polinizadores, probablemente facilitó que para la llegada de los españoles, el cultivo ya estuviese ampliamente expandido hacia el Caribe y Sudamérica (Ashworth et al., en prensa). 1.5 Morfología del fruto El fruto del aguacate se conoce como baya, se trata de un fruto carnoso con una sola semilla, el cual presenta una gran variedad de formas, colores de piel y textura de la pulpa (ver Figura 6; Raven, 2005). Dicho fruto presenta una de las mayores cantidades de aceite que se conocen entre las angiospermas y probablemente uno de los más nutritivos (Gazit y Degani, 2002). El desarrollo y posterior maduración de esta baya es diferente con respecto a otros frutos, puesto que, en general, el proceso de formación de los frutos carnosos se lleva a cabo a través de una etapa temprana de rápida división celular, seguida por el aumento de tamaño de las células. En contraste, en el aguacate la división celular se realiza continuamente en el mesocarpo hasta que el fruto es cosechado. Entonces, la diferencia en el tamaño del fruto depende del número de células generadas, a diferencia de otros frutos en los que su dimensión depende del tamaño de sus células (Chanderbali et al., 2008). En el caso particular de los aguacates mexicanos, éstos permanecen acumulando aceite mientras permanezcan unidos al árbol y no madurarán hasta que sean separados del mismo (Gazit y Degani, 2002; Chanderbali et al., 2008). El fruto del aguacate se caracteriza por presentar una semilla de 29 Análisis para la determinación de los centros de origen, domesticación y diversidad genética del género Persea y la especie Persea americana (aguacate) gran tamaño, la cual le confiere ciertas ventajas. Por ejemplo, las plantas del aguacate pueden establecerse en bosques cerrados en donde la luz es escasa, pues debido a la gran cantidad de tejido nutritivo que presenta, la planta puede crecer durante un año sólo con las reservas de la semilla. Respecto a los cambios ocurridos en el fruto o en la flor debidos al proceso de domesticación, la literatura consultada no contiene información relevante, principalmente debido a la ausencia de estudios comparativos de los patrones de variación morfológica entre plantas silvestres y cultivadas. Debido a lo anterior, con la información disponible hasta el momento, es difícil establecer la naturaleza del síndrome de dispersión que se habría presentado en el aguacate. Sin embargo, es importante señalar que aparentemente el proceso de domesticación en el aguacate habría ocurrido sin pérdidas sensibles de diversidad genética (Chen et al., 2008; Ashworth et al., en prensa), lo cual se correspondería con el elevado nivel de variación que se observa en Persea americana en caracteres como el tamaño del fruto. 30 Análisis para la determinación de los centros de origen, domesticación y diversidad genética del género Persea y la especie Persea americana (aguacate) Figura 6. Fruto del aguacate (tomado de Chanderbali et al., 2008). 1.6 Mecanismos de dispersión Probablemente las aves son los principales agentes de dispersión del aguacate, aunque no existen estudios específicos sobre tales mecanismos en plantas silvestres. La mayoría de las especies de la familia Lauraceae presentan el síndrome de la ornitocoria (Nathaniel et al., 1984; Kubitzki y Kurz, 1984; Ávila et al., 1996; Solórzano, 2000). Algunas hipótesis señalan que el fruto del aguacate coevolucionó con dispersores de gran tamaño, que en la actualidad están extintos, como los grandes mamíferos del Cenozoico (Barlow, 2000). Es posible que con el paso del tiempo y debido a la desaparición de sus dispersores originales, el fruto experimentara cambios en tamaño, permitiendo a los animales más pequeños su fácil manipulación. En general, los frutos del aguacate silvestre son más pequeños que los cultivados, por lo que las aves pueden alimentarse de éstos tomándolos al vuelo de las ramas distales (Ávila et al., 1996). 1.7 Referencias Alcaraz ML & Hormaza JI (2011) Influence of physical distance between cultivars on yield, outcrossing rate and selective fruit drop in avocado (Persea americana, Lauraceae). Annals of Applied Biology, 158: 354–361. Alcaraz ML, Hormaza JI & Rodrigo J (2010) Ovary starch reserves and pistil development in avocado (Persea americana). Physiologia Plantarum 140: 395–404. 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(Lauraceae) 2.1 Introducción El aguacate (Persea americana Mill) pertenece a la familia Lauraceae, que incluye a especies de porte arbóreo o arbustivo, con flores reducidas y cuyos frutos son bayas, conocidas y domesticadas por habitantes de México, América Central y Sudamérica (Zentmyer et al. 1987). La familia Lauraceae se encuentra entre los clados basales de angiospermas y por ello las flores carecen de mecanismos especializados para la atracción de los polinizadores pues los sépalos y pétalos casi no se encuentran diferenciados y tienen una coloración verdosa (Chanderbali et al. 2008). El aguacate es un cultivo altamente preciado por sus frutos, siendo de amplio interés la documentación de las especies que ocasionan daños en los huertos y representan fuertes pérdidas económicas. Sin embargo, menos interés se ha puesto en la investigación de los ensambles de polinizadores y visitantes florales, a pesar de que la productividad de los cultivos está limitada por la polinización poco eficiente de Apis mellifera. 2.2 Métodos En los buscadores Scopus y Google Scholar se usaron las siguientes palabras clave para encontrar documentos relacionados con los artrópodos asociados al aguacate: Persea, arthropods, pollinators, pest, flower. Se localizaron 18 artículos. Posteriormente y con las referencias en ellos se localizaron otras fuentes bibliográficas. Se realizó una base de datos para obtener el listado faunístico de las especies de artrópodos relacionados con el aguacate, clasificados por Orden, Familia, Género y Especie. Además se consideró el gremio o papel ecológico de las especies, bajo los siguientes criterios: Depredadores. Organismos que utilizan la planta para cazar otros organismos que les sirven de alimento. 35 Análisis para la determinación de los centros de origen, domesticación y diversidad genética del género Persea y la especie Persea americana (aguacate) Polinizadores. Son aquellos organismos que llevan a cabo el transporte de polen y permiten la deposición de éste en el estigma de la flor. Visitantes. Organismos que contactan hojas o flores de la planta, pero que no tocan las partes reproductivas. Parasitoides. Organismos que pasan su estado larvario alimentándose dentro del cuerpo de sus huéspedes y al ser adultos emergen de éste. Parásitos. Organismos que obtienen sus recursos a partir de otro organismo. Herbívoros generalistas. Organismos que se alimentan de las hojas, tallos o tejidos florales. Plagas. Organismos de importancia económica que causan efectos negativos a la sobrevivencia o desarrollo de los cultivos. Plagas secundarias: Organismos con densidades poblacionales generalmente bajas, y que no son sujetos a medidas de control, pero que bajo ciertas condiciones podrían tener impacto sobre la producción agrícola. 2.3 Resultados Se revisaron 18 artículos y 5 capítulos de libros, obteniendo 718 registros (Anexo 2), en los que se encontraron 563 especies de artrópodos clasificados en 379 géneros, 115 familias y 10 órdenes (Anexo 2). Del total de especies, 78 pertenecen a Arachnida, aunque 77 especies son ácaros (13.7%) y una especie de araña no identificada. Las restantes son de insectos, de los cuales el orden Hymenoptera tiene el 22% de especies totales, le siguen Thysanoptera con el 17%, Diptera con el 16.7 % y Hemiptera con el 15.5% (Tabla 1, Figura 1). Tabla 1. Artrópodos asociados a Persea americana. Orden Familias Géneros Especies % especies Acari 14 38 77 13.7 Araneae 1 1 1 0.2 Coleoptera 14 31 41 7.3 Diptera 13 74 94 16.7 Hemiptera 23 71 87 15.5 Hymenoptera 26 100 124 22.0 36 Análisis para la determinación de los centros de origen, domesticación y diversidad genética del género Persea y la especie Persea americana (aguacate) Isoptera 1 2 2 0.4 Lepidoptera 15 31 36 6.4 Neuroptera 3 5 5 0.9 Thysanoptera 5 26 96 17.1 115 379 563 100 TOTAL Familias Géneros Especies 270 240 210 180 150 120 90 60 30 0 Figura 1. Número de familias, géneros y especies de artrópodos asociados al aguacate registrados por nivel taxonómico. En cuanto al papel ecológico que desempeñan las especies registradas, la Tabla 2 detalla el número de registros por nivel taxonómico en cada gremio, la información más específica puede consultarse en el Anexo 2 de este reporte. El 30.5% de las especies registradas son considerados plagas, le siguen los depredadores con 18.9% y los polinizadores con 15.3% y los visitantes florales con el 15%. Tabla 2. Papel ecológico de los artrópodos asociados a Persea americana . Gremio Orden Familias Géneros Especies % especies Depredador 10 36 70 115 18.9 Herbívoro 4 9 15 16 2.6 Parásito 1 4 8 8 1.3 Parasitoide 3 21 57 67 11.0 37 Análisis para la determinación de los centros de origen, domesticación y diversidad genética del género Persea y la especie Persea americana (aguacate) Plaga 7 42 124 185 30.5 Plaga secundaria 2 12 28 32 5.3 Polinizador 4 19 71 93 15.3 Visitante floral 6 30 59 91 15.0 TOTAL 37 173 432 607 100 Orden 360 Familias Géneros Especies 320 280 240 200 160 120 80 40 0 Figura 2. Gremios de las especies de artrópodos asociadas con Persea americana. 2.4 Discusión Es posible encontrar una variedad de artrópodos asociados con el aguacate, en algunos casos, su presencia es ocasional y puede depender de las condiciones microclimáticas o del muestreo realizado en el sitio de estudio. Entre los artrópodos registrados ocasionalmente se encuentran los órdenes Araneae, Isoptera y Neuroptera. La araña es reportada como depredador de ácaros y trips (Yee et al. 2001), mientras que las dos especies de isópteros, las termitas Macrotermes spp. y Microhodotermes spp., se reportan como plagas en África, al ser herbívoros de raíces y madera en los árboles jóvenes (Wysoki et al. 2002). Las especies de neurópteros referidos forman parte del gremio de depredadores y son enemigos naturales de plagas como Aleurocanthus woglumi (Hemiptera: Aleyrodidae) o Protopulvinaria pyriformis (Hemiptera: Coccidae), y en algunos lugares se han utilizado como control biológico (Wysoki et al. 2002). Los ácaros se encuentran asociados a varios cultivos de importancia económica y generalmente se les encuentra asociados con trips y otros insectos. Como plagas dañan los 38 Análisis para la determinación de los centros de origen, domesticación y diversidad genética del género Persea y la especie Persea americana (aguacate) tejidos provocando clorosis, deformación de las áreas de crecimiento y necrosis además de que pueden atacar hojas, flores y frutos (Equihua-Martínez et al. 2007). Las especies de plagas más importantes se clasifican en la familia Tetranychidae, siendo las más importantes Oligonychus coffeae, O. punicae, O. perseae, O. yothersi y Eotetranychus sexmaculatus. Los ácaros también son importantes enemigos naturales de otros ácaros, entre los que se encuentran Anysts baccarum (Anystidae), Agistemus africanus, A. tranatalensis (Stigmaeidae) y Eupalopsellus brevipilus (Eupalopsellidae) (Meyer 2001). Durante su estado larvario y como herbívoros voraces, los lepidópteros pueden ser plagas importantes, como Cryptoptila immersana (Lepidoptera: Metarbelidae, Australia), Stenoma catenifer (Lepidoptera: Oecophoridae, Neotrópico), Tortrix capensana (Lepidoptera: Tortricidae, África) (Wysoki 2002); o plagas secundarias, entre las que se consideran Copaxa multifenestrata (Lepidoptera: Saturniidae), Papilio garamas garamas (Lepidoptera: Papilionidae) y Pyrrohopyge chalybea (Lepidoptera: Hesperiidae) (Equihua-Martínez 2007). Como adultos se han reportado como visitantes florales (Eardley y Mansell 1996) y es posible que realicen la toma de néctar, pero debido a la morfología, tanto de la flor como de las mariposas, es difícil que puedan llevar a cabo el transporte de polen. Entre las plagas con gran importancia en los huertos comerciales están los trips (Thysanoptera), los cuales pueden provocar la deformación de frutos, disminuir su calidad y limitar su comercialización, a pesar de su pequeño tamaño (0.3 a 14 mm, Johansen y MojicaGuzmán 1997). Para México se han registrado más de 80 especies de trips asociadas a Persea americana (Hoddle et al. 2002), a comparación de las pocas especies registradas en otras partes del mundo. Las especies mexicanas pertenecen a la familia Thripidae con los géneros Scirtothrips, Neohydatothrips, Frankiniella y Heliothrips y a Phlaeothripidae el género Pseudophilothrips. Según la clasificación de gremios de Equihua-Martínez y colaboradores (2007), se considera que pueden actuar como fitófagos (incluidos en este trabajo como plagas y herbívoros) dañando el follaje y frutos.; o como visitantes, siendo dispersadas por el viento, a partir de la maleza dentro de los cultivos, o en especies de ecosistemas cercanos. Existe un reporte (Cabezas y Cuevas 2007) de que Frankliniella occidentalis, una plaga importante (Wysoki et al. 2002) puede actuar como polinizador en España, probablemente debido a la alta densidad que esta especie puede alcanzar en los cultivos. En estado adulto los trips también pueden actuar como depredadores de ácaros, otros trips, hormigas y pequeños 39 Análisis para la determinación de los centros de origen, domesticación y diversidad genética del género Persea y la especie Persea americana (aguacate) hemípteros (Johansen y Mojica 1996). Presentes en los cultivos de aguacate, los escarabajos se consideran plagas por ser herbívoros de hojas y frutos, los más importantes son Monolepta apicalis, M. australis y M. bfasciata (Coleoptera: Chrysomelidae) (Erichsen y Schoeman 1993, Wysoki 2002), en México Conotracheolus aguacatae y C. serpentinus (Coleoptera: Curculionidae). Como insectos benéficos pueden fungir como depredadores de trips, hemípteros, ácaros, entre otras especies (de Villiers y van den Berg 1987), y pueden incluso ser visitantes florales, aunque debido a que se alimentan de polen sólo visitan las flores de aguacate durante la etapa masculina, y no llevan a cabo polinización (Ish-Am et al. 1999). Las especies de hemípteros más importantes en términos de plagas son Coccidae, Coreidae, Diaspididae y Miridae que penetran las hojas y los frutos con las estructuras bucales para succionar líquidos celulares; éstas especies pueden cubrir el dosel de los árboles al punto de tonarlo café, mientras que disminuyen la calidad de los frutos (Peña et al. 2003), algunas especies son enemigos naturales de trips y ácaros. Los dípteros puede constituir plagas al ovipositar sobre los frutos, y aunque las larvas no llevan a cabo daños sobre ellos, el daño estético producido limita la comercialización, estas especie son Ceratitis rosa (Diptera: Tephritidae), Bactrocera spp. y Anastrepha spp. (Wysoki et al. 2002). Especies de las familias Caliphoridae y Muscidae pueden ser visitantes que transportan grandes cantidades de polen, mientras que las especies de la familia Syrphidae colectan néctar sin tocar los órganos reproductivos (Eardley y Mansell, 1996; Ish-Am et al., 1999). Las moscas Chrysomiamegacephala (Calliphoridae) (Castañeda-Vildózola et al. 1999) o Stomorhinia spp. (Eardley y Mansell 1996) pueden actuar como polinizadores efectivos Los himenópteros pueden clasificarse en varios gremios, algunas especies de los géneros Oligosita, son empleadas como control biológico ya que una parte de su ciclo de vida pueden estar como parasitoides en plagas. También hay especies depredadoras, especialmente de hormigas que seleccionan a sus presas entre los trips, ácaros o hemípteros, pero el papel más importante lo desempeñan como polinizadores y visitantes florales. Se ha comprobado que entre los polinizadores efectivos del aguacate están Apis mellifera, abejas silvestres (Apidae: Meliponinae), algunas especies de Bombus (Apidae: Bombinae) y la avispa colectora de néctar Brachygastramellifica (Vespidae). Especies silvestres como Nannotrigonaperilampoides y Trigonanigra en Yucatán (Can-Alonzo et al. 2005) o 40 Análisis para la determinación de los centros de origen, domesticación y diversidad genética del género Persea y la especie Persea americana (aguacate) Getrigona acapulconis y Brachygastra mellifica,en Michoacán y el estado de México (Castañeda-Vildózola et al. 1999), pueden ser polinizadores tan efectivos como A.mellifera, pues tienen tasas de visita, picos de actividad y número de granos de polen transportados similares. Entre los visitantes también se han encontrado avispas de los géneros Polistes, Mischocyttarus, Belonogaster y Metabolybia, que pueden transportar polen, pero que al registrar bajas tasas de visita pueden contribuir en menor proporción a la polinización (Castañeda-Vildózola et al. 1999, Eardley y Mansell, 1996; Ish-Am et al., 1999; Papademetriou, 1976; Wysoki et al., 2002). 2.5 Conclusiones Las fuentes revisadas en este trabajo señalan la falta de estudios realizados en poblaciones silvestres de P. americana, y la necesidad de determinar los ensambles de artrópodos asociados, así como los polinizadores silvestres en la zona de distribución de esta especie (Can-Alonzo et al. 2005, Castañeda-Vildózola et al. 1999, Ish-Am et al. 1999). Ish-Am y colaboradores (1999) mencionan que antes de la introducción de A. mellifera los polinizadores debían ser abejas sin aguijón (Apidae: Meliponinae) debido a que el tamaño corporal permite que hagan contacto eficiente entre los órganos reproductivos de la flor y que su conducta de forrajeo es un movimiento constante entre flores masculinas y femeninas, además de que en México fueron encontradas polinizando eficientemente diferentes variedades de aguacate. Esto es de gran importancia, pues a pesar de que A. mellifera es utilizada ampliamente para llevar a cabo la polinización en las huertas (Gazit y Degani 2002), no es un polinizador natural y ello reduce la eficiencia y atracción que el aguacate ejerce sobre ella (Afik et al. 2006, Ish-Am y Eisikowitch 1998, Vithanage 1990), por lo que los polinizadores nativos cobran importancia en posibles esfuerzo para aumentar la productividad (Eardley y Mansell 1996). En los cultivos la aplicación frecuente de insecticidas disminuye la riqueza y densidad de las especies visitantes y polinizadoras (Castañeda-Vildózola et al., 1999; Ish-Am et al., 1999), lo cual podría repercutir en las tasas de visita, la efectividad de la polinización, y en la actividad ecológica de otras especies de artrópodos asociados, sobre todo de aquellos depredadores o enemigos naturales de las plagas. Desde el punto de vista de la domesticación de Persea americana, resulta interesante 41 Análisis para la determinación de los centros de origen, domesticación y diversidad genética del género Persea y la especie Persea americana (aguacate) que uno de los hemípteros que se tiene reportado como plaga para esta especie, Pseudacysta perseae, tiene como hospederos alternativos a otras lauráceas americanas como Persea borbonia (Hoddle et al., 2005; Ahsworth et al., en prensa); conocer el grado de especificidad o la forma de una posible coevolución (específica o difusa) entre Persea americana y algunas de sus plagas, podría arrojar elementos acerca del área en la que el grupo evolucionó y del área donde probablemente se comenzó a cultivar. Sin embargo, como hemos señalado, el grueso de la información respecto a la artropofauna asociada a Persea americana proviene de los cultivares de aguacate, desconociéndose hasta el momento el tipo de cambios que se habrían producido en esta en el proceso de domesticación. 2.6 Referencias Afik O, Dag A & Shafir S (2006) The effect of avocado (Persea americana) nectar composition on its attractiveness to honey bees (Apis mellifera). Apidologie, 37:317325. Cabezas C & Cuevas J (2007) Avocado pollinators in southeast Spain. Proceedings VI Worl Avocado Congress. Can-Alonzo C, Quezada-Euán JJG, Xiu-Ancona P, Moo-Valle H, Valdovinos-Núñez GR & Medina-Peralta S (2005) Pollination of “criollo” avocados (Persea Americana) and the behavior of associated bees in subtropical Mexico. Journal of Apicultural Research, 44: 3-8. 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INTRODUCCIÓN Los modelos de distribución de especies tienen un amplio campo de aplicación y han sido empleados para evaluar la amenaza potencial de ciertas pestes o especies invasivas, para obtener conocimiento sobre la biología y biogeografía de las especies, para identificar zonas relevantes para especies amenazadas o para predecir biodiversidad para priorizar áreas para conservación y para establecer locaciones adecuadas para la translocación de especies o cultivos. Además, los modelos de distribución de especies son actualmente el único medio por el cual es posible evaluar la magnitud potencial de los cambios en la distribución de múltiples especies a causa del cambio climático (Beaumont et al., 2005). La predicción de distribuciones actuales o futuras se ha realizado principalmente siguiendo modelos bioclimáticos que asumen que el clima, al final, es el factor restringe la distribución de las especies. Estos modelos resumen un número de variables climáticas dentro del intervalo de distribución conocido para una especie dada, generando así una ‘cobertura bioclimática’. Así, los modelos pueden ser empleados para a) identificar la distribución potencial actual de una especie, es decir, todas las áreas con valores climáticos dentro de la cobertura bioclimática de la especie y b) evaluar si estas áreas se mantendrán climáticamente adecuadas bajo escenarios climáticos futuros (Beaumont et al., 2005). El modelaje del espacio climático tiene su fundamento en la teoría del nicho ecológico. Hutchinson (1957) definió el nicho ecológico fundamental como aquellas condiciones ambientales en las cuales una especie puede sobrevivir y crecer. Éste podría completamente definir las propiedades ecológicas de una especie: un espacio conceptual 45 Análisis para la determinación de los centros de origen, domesticación y diversidad genética del género Persea y la especie Persea americana (aguacate) cuyos ejes incluyen todas las variable ambientales que la afectan. Por ello, se puede entender al espacio climático o cobertura bioclimática como los componentes climáticos que constituyen al nicho ecológico fundamental o bien, ‘el nicho climático’ (Pearson y Dawson, 2003). Los modelos bioclimáticos, a pesar de ser criticados por excluir las interacciones bióticas y los escenarios de dispersión, constituyen una herramienta fundamental en la evaluación de distribuciones potenciales y son ‘filtros’ muy útiles en la identificación de áreas y especies que pueden estar en un riesgo importante debido al cambio climático (Pearson y Dawson, 2003; Beaumont et al., 2005). Al mismo tiempo, si bien las áreas de distribución potencial no pueden incluir toda la diversidad de interacciones ecológicas que forman parte del nicho realmente existente 1, sí permiten aproximarse a la identificación del área donde esa diversidad de interacciones tiene lugar. En este sentido, las áreas de distribución potencial nos acercan a conocer el espacio donde el nicho ecológico, en el sentido de Hutchinson (1957) es definido por los organismos. Lo anterior tiene relevancia en el marco de la bioseguridad para plantas domesticadas, pues desde esta perspectiva, la distribución potencial se aproximaría a un área mínima en la que las interacciones (por ejemplo con la artropofauna documentada en el Segundo informe parcial de este proyecto) podría ocurrir. Adicionalmente, las áreas de distribución potencial ayudarían a delimitar áreas prioritarias (si bien no únicas) para el estudio de las interacciones entre el cultivo y sus parientes silvestres). En el marco de la recopilación de información acerca de los centros de origen y diversidad de Persea americana, la generación de modelos de distribución potencial es relevante en la medida en que ésta se base en el empleo de puntos de colecta provenientes de plantas en estado silvestre o semi-silvestre. A partir de este tipo de información, la distribución modelada puede dar elementos para ubicar las regiones geográficas donde las poblaciones silvestres del género Persea habrían sido sujetas a domesticación por los seres 1 Esto, más que un defecto, es una característica de todo modelo, pues se trata de aproximar el comportamiento general de una parte, relevante para comprender un fenómeno, de la realidad. Ver por ejemplo Soberón (1990). 46 Análisis para la determinación de los centros de origen, domesticación y diversidad genética del género Persea y la especie Persea americana (aguacate) humanos, pues es allí donde se distribuyen las poblaciones naturales de un cultivo o sus parientes silvestres donde se pudo dar la domesticación. Dentro del género Persea, las especies del subgénero Persea se distribuyen en su totalidad en México. Estas cinco especies son Persea americana Mill. (aguacate), Persea cinerascens S.F. Blake, Persea pallescens (Mez) Lorea-Hern., Persea schiedeana Nees (aguacate de perro o aguacate chinin), Persea steyermarkii C. K. Allen. II. MATERIALES Y MÉTODOS 2.1 Coberturas ambientales Para elaborar los mapas de distribución potencial se trabajó con las variables bioclimáticas (Bioclim) de WorldClim. Las variables o coberturas bioclimáticas se derivan de valores mensuales de temperatura y precipitación con el propósito de generar variables biológicamente más significativas, particularmente en estudios sobre el modelaje del nicho ecológico. Las variables bioclimáticas representan tendencias anuales, estacionalidad y factores ambientales extremos o limitantes (Hijmans et al., 2005). Éstas se enlistan a continuación: 1. Temperatura media anual 2. Intervalo de temperatura diurna (promedio mensual [temperatura máxima – temperatura mínima]) 3. Isotermalidad 4. Temperatura estacional 5. Temperatura máxima del mes más cálido 6. Temperatura mínima del mes más frío 7. Intervalo de temperatura anual 8. Temperatura promedio del cuarto de año más húmedo 9. Temperatura promedio del cuarto de año más seco 10. Temperatura promedio del cuarto de año más cálido 11. Temperatura promedio del cuarto de año más frío 12. Precipitación anual 47 Análisis para la determinación de los centros de origen, domesticación y diversidad genética del género Persea y la especie Persea americana (aguacate) 13. Precipitación del mes más húmedo 14. Precipitación del mes más seco 15. Coeficiente de variación de la precipitación estacional. 16. Precipitación del cuarto de año más húmedo 17. Precipitación del cuarto de año más seco 18. Precipitación del cuarto de año más cálido 19. Precipitación del cuarto de año más frío El tamaño de todas las coberturas se cortó para cubrir únicamente el territorio Nacional (Sur: 14 32’ 27”, Norte: 32 43’ 06”, Este: 86 42’ 36”, Oeste: 118 22’ 00” (INEGI, 2009)), a una escala de 1 : 1,000,000. Se emplearon aquellas coberturas que contienen condiciones climáticas actuales, representativas del periodo 1950-2000. 2.2 Obtención de la muestra de puntos geográficos 2.2.1 Procedencia de los datos:Herbario del Instituto de Ecología A.C. (XAL) y Herbario Nacional (MEXU). Se revisaron también los herbarios de la universidad de Querétaro y de la Universidad de Guadalajara (GUADA). 2.2.2 Criterios para la selección de puntos: Se seleccionaron ejemplares validados geográfica y taxonómicamente, determinados o revisados por los especialistas Francisco Lorea Hernández, Lucille E. Kopp o Henk van der Werff. Se omitieron los cultivos y aquellos registros cuyo hábitat no estaba determinado, con el propósito de incluir únicamente organismos silvestres con validez taxonómica y geográfica. Con base en estos criterios, se obtuvieron un total de 81 puntos de Persea americana Mill., 21 de P. schiedeana Nees. y 2 de P. pallescens Lorea-Hernández. Para P. cinerascens Blake no se obtuvieron puntos que reunieran los criterios necesarios para realizar este análisis. En este último aspecto es importante señalar que P. pallescens fue recientemente reclasificada (Lorea, 2009) pues anteriormente se le clasificaba dentro del género Phoebe, por lo que aún no existen muchos registros geo-referidos para esta especie. Los puntos de colecta utilizados en la modelación de la distribución potencial se 48 Análisis para la determinación de los centros de origen, domesticación y diversidad genética del género Persea y la especie Persea americana (aguacate) incluyen en el archivo TercerInfPersea.xls, anexo al presente informe. 2.3 Modelaje del Nicho Ecológico GARP (Genetic Algorithm for Rule-set Production) es un algoritmo genético que crea un modelo del nicho ecológico de una especie, el cual representa las condiciones ambientales donde esa especie podría ser capaz de mantener poblaciones. GARP procura encontrar correlaciones no aleatorias entre la presencia y la ausencia de las especies y los valores de los parámetros ambientales empleando diversos tipos de reglas (atómico, regresión logística, cobertura bioclimática y cobertura bioclimática negada). Cada tipo de regla implementa un método diferente para construir los modelos de predicción de especies (Scachetti-Pereira, 2001). Para P. americana se corrió el GARP con 50% de los puntos para entrenamiento. Se realizaron 100 corridas con un límite de convergencia de 0.01 y un máximo de iteraciones de 1000. Los parámetros para la selección del mejor subconjunto de modelos implicó una medida de omisión extrínseca; el porcentaje de omisión fue del 5% y se seleccionó un total de 100 modelos bajo un umbral de omisión duro. El umbral de comisión cubrió un 10% de la distribución (Figura 1). Figura 1. Condiciones del GARP para P. americana. 49 Análisis para la determinación de los centros de origen, domesticación y diversidad genética del género Persea y la especie Persea americana (aguacate) Para P. schiedeana el GARP se corrió bajo las mismas condiciones que para P. americana con la excepción de que se empleó el 76% de los puntos para entrenamiento (Figura 2). Figura 2. Condiciones del GARP para P. schiedeana. Para P. pallescens 100% de los puntos se emplearon para entrenamiento por lo tanto para la selección del mejor subconjunto de modelos se optó por una medida de omisión intrínseca. Se realizaron 100 corridas con un límite de convergencia de 0.01 y un máximo de iteraciones de 1000. El porcentaje de omisión fue del 10% y se seleccionó un total de 20 modelos bajo un umbral de omisión duro. El umbral de comisión cubrió un 50% de la distribución. 50 Análisis para la determinación de los centros de origen, domesticación y diversidad genética del género Persea y la especie Persea americana (aguacate) Figura 3. Condiciones del GARP para P. pallescens. 2.4 Evaluación de modelos El GARP arrojó 10 mejores modelos para cada especie, los cuales fueron sumados en ArcView 3.3 (ESRI, Redlands, CA, USA). Los mapas resultantes(figuras 4, 5 y 6) muestran las zonas geográficas predichas para la distribución potencial de cada especie,dada por la superposición (acumulación) de los mejores modelos obtenidos con el GARP. 51 Análisis para la determinación de los centros de origen, domesticación y diversidad genética del género Persea y la especie Persea americana (aguacate) III. RESULTADOS Figura 4. Distribución potencial de Persea americana. Figura 5. Distribución potencial de Persea schiedeana. 52 Análisis para la determinación de los centros de origen, domesticación y diversidad genética del género Persea y la especie Persea americana (aguacate) IV. DISCUSIÓN Y PERSPECTIVAS Los modelos de nicho estimados para Persea americana y P. Schiedeana, son congruentes con lo que se sabe acerca de las características ecológicas de estas dos especies. En el caso de P. americana el intervalo de distribución modelado abarca Mesoamérica y algunas extensiones con condiciones de suficiente humedad hacia el norte a lo largo de ambas Sierras Madres y la planicie costera de Tamaulipas y Sinaloa. La correspondencia con los puntos donde se ha colectado la especie en condiciones silvestres es bastante buena. En el caso de P. schiedeana, existe una mancha disjunta en el noroeste de México, en la frontera entre Sinaloa y Durango, correspondiente a la Sierra Madre Occidental. Es importante mencionar que la distribución potencial se construye a partir de las áreas donde sería posible en términos climáticos encontrar a una especie. Ello no toma en cuenta el hecho de que la distribución real de las especies es el resultado no sólo de las regiones donde se encuentran condiciones bioclimáticas adecuadas, sino el resultado de procesos históricos. Así, sería posible y esperable desde el punto de vista teórico, que P. schiedeana no se distribuyese en el Noroeste del país. El resto de la distribución predicha, contenida en el sureste de México principalmente, cae dentro del intervalo reconocido por lo taxónomos para la distribución natural del subgénero al que pertenece la especie. Para las demás especies del subgénero Persea la cantidad de puntos de colecta disponibles, validados y con coordenadas geográficas, es insuficiente para elaborar mapas de distribución potencial confiables. En buena medida esto se debe a que el esfuerzo de colecta se ha centrado en Persea americana, mientras que las demás especies no se han colectado con la misma frecuencia. Por otra parte, contar con los mapas de distribución de P. americana y P. schiedeana es relevante por ser éstas las especies del género que son aprovechadas por el ser humano (Lorea-Hernandez, 2002). En el caso de estos mapas, la tarea que nos parece sería más relevante en el mediano plazo sería la validación de las áreas de distribución. Para P. schiedeana, varias de las colectas revisadas en los herbarios dan cuenta del uso que se hace de esta especie con fines comestibles e incluso en algunos casos, se señala su presencia en traspatios o huertos familiares (obviamente, estos puntos no fueron utilizados en 53 Análisis para la determinación de los centros de origen, domesticación y diversidad genética del género Persea y la especie Persea americana (aguacate) la elaboración de los mapas). Sin embargo, no existe en la literatura que hemos consultado hasta ahora un tratamiento sistemático que haya analizado este aprovechamiento desde un punto de vista etnobotánico o agronómico. En el caso de P. cinerascens, P. pallescens y P. steyermarkii, es importante en el mediano-largo plazo incrementar el esfuerzo de colecta que permita delimitar de manera más clara su área de distribución. V. LITERATURA CITADA Beaumont LJ, Hughes L, & Poulsen M (2005). Predicting species distributions: use of climatic parameters in BIOCLIM and its impact on predictions of species’ current and future distributions. Ecological Modelling, 186, 250-269. ESRI. (1999) ArcView GIS. Version 3.2. Environmental Systems Research Institute, Inc. Redlands, California Hijmans RJ, Cameron SE, Parra JL, Jones PG & Jarvis A (2005) Very high resolution interpolated climate surfaces for global land areas. International Journal of Climatology 25: 1965-1978. Hutchinson GE (1957) Concluding remarks. Cold Spring Harbour Symposia on Quantitative Biology 1957, 22: 415-427 INEGI. Instituto Nacional de Estadística y Geografía. http://www.inegi.org.mx. (Consulta: Agosto, 2009) Pearson RG & Dawson TP (2003) Predicting the impacts of climate change on the distribution of species: are bioclimate envelope models useful? Ecology, 361- 371. Scachetti-Pereira R (2001): Desktop GARP. http://www.nhm.ku.edu/desktopgarp/index.html. (Consulta: Agosto, 2009). Soberón J (1990) Ecotecnología, predicción y ciencia, o por qué los ecólogos tienen las esferas de cristal sucias. Ciencias, No. Especial 4: 65-74. 54 Análisis para la determinación de los centros de origen, domesticación y diversidad genética del género Persea y la especie Persea americana (aguacate) CUARTO INFORME PARCIAL “Análisis de los elementos que permiten sostener a México como Centro de origen, domesticación y/o diversidad para Persea americana” I. Introducción La distribución de las poblaciones silvestres de una especie es resultado del proceso de especiación y el área geográfica donde este proceso ocurrió es el Centro de Origen de la especie o taxón. Este Centro de Origen es el área de distribución de las poblaciones silvestres y/o los parientes cercanos de la especie o taxón de las cuales proviene el acervo genético que puede dar origen a una planta domesticada a través del manejo y selección de los seres humanos (Paul Gepts, comunicación personal). El proceso de domesticación de una planta consiste en una serie de cambios evolutivos originados por la selección artificial de los organismos que presentan características deseables para los seres humanos (Gepts, 2004). La domesticación inicia con la diferenciación genotípica y fenotípica entre las poblaciones silvestres y las poblaciones manejadas; continúa posteriormente con el mejoramiento, la adaptación y la diversificación en nuevas variedades de la planta domesticada dentro o fuera de la región donde se inició el proceso de domesticación; y se encuentra vigente hoy en día en las prácticas de selección y de manejo que continúan llevando a cabo los campesinos y agricultores. Por ello el proceso de domesticación, por lo menos en su forma de domesticación primaria (en el sentido de Vavilov, 1926), parte de la variación encontrada en las poblaciones silvestres de una especie. En este sentido, el área geográfica biocultural en la que existe evidencia del proceso de domesticación de una especie o taxón es el Centro de domesticación de esa planta. Para comprender el proceso de domesticación, su naturaleza y consecuencias en el terreno de la variación biológica (genética, morfológica, fisiológica, etcétera) es necesario incorporar evidencia que proviene de diferentes campos que van de la comprensión de las relaciones entre las plantas silvestres y cultivadas (sistemática, filogenética y la biogeografía) al análisis de la distribución actual de la variación (por ejemplo desde una perspectiva genética) pasando por la evidencia directa de uso, manejo o selección de una planta por pueblos en el pasado (información arqueológica y antropológica). Por lo anterior, desde el Método geográfico diferencial de Vavilov (1926) hasta estudios recientes sobre la domesticación (Gepts, 2004; Zeder, et al. 2006) se ha planteado la necesidad de analizar información proveniente de diversos campos. El enfoque multidisciplinario para inferir el 55 Análisis para la determinación de los centros de origen, domesticación y diversidad genética del género Persea y la especie Persea americana (aguacate) origen de las plantas domesticadas fue propuesto explícitamente desde 1971 por Harlan, quien retoma el enfoque de de Candolle, y propone integrar información proveniente de diversas fuentes de evidencia (Zeder, et al. 2006). A fin de entender mejor los procesos de origen, domesticación y diversidad en el aguacate (Persea americana Mill.), a lo largo de los informes parciales de este proyecto hemos recopilado información filogenética, biogeográfica y ecológica relevante. En el presente documento analizamos esta información junto con datos provenientes de excavaciones arqueológicas, así como con la información que se ha generado en los principales estudios que han abordado la domesticación y origen de P. americana utilizando herramientas de la genética evolutiva. La información filogenética y biogeográfica, así como la evidencia obtenida a partir de la revisión de los polinizadores de P. americana, son líneas de evidencia del Centro de Origen de la especie Al mismo tiempo, parte de la evidencia biogeográfica (distribución de los parientes silvestres de P. americana), así como la información genética y arqueológica soportan el Centro de Domesticación de P. americana. Por último, en las últimas dos décadas, la información proveniente del uso de marcadores moleculares ha brindado evidencia, si bien incipiente, de la distribución de la variación genética en las poblaciones de P. americana; esta evidencia se expone y discute hacia el final del presente documento. 1.1 Domesticación de plantas perennes Las plantas perennes como Persea americana al tener ciclos de vida más largos, estadios juveniles prolongados y generaciones que se sobrelapan, responden de manera diferente a la selección artificial (Miller y Gross, 2011). En particular, se puede esperar que las tasas de evolución a nivel morfológico sean más bajas respecto a las plantas anuales (Zeder et al., 2006; Olsen y Schaal, 2007), lo cual se traduciría en síndromes de domesticación menos desarrollados. Estudios basados en marcadores moleculares citados por Miller y Gross (2011) han detectado menores niveles de estructuración genética entre poblaciones en plantas perennes en relación a las plantas anuales y dentro de las plantas perennes, los niveles de estructura genética son menores mientras más longevas son éstas (por ejemplo en el caso de los árboles). Lo anterior se debe a que durante un ciclo de vida largo, suele haber una serie de eventos reproductivos con individuos de varias cohortes. Algunos aspectos del proceso de domesticación son compartidas por las especies perennes y las anuales. Así, las especies perennes domesticadas también presentan semillas menos tóxicas, mayor contenido graso y menores periodos de latencia. De la misma manera 56 Análisis para la determinación de los centros de origen, domesticación y diversidad genética del género Persea y la especie Persea americana (aguacate) que las plantas anuales, las plantas perennes domesticadas suelen tener frutos más grandes y mayor variación en color respecto a los parientes silvestres. En este sentido, la principal diferencia asociada al proceso de domesticación de plantas perennes leñosas, como el aguacate, respecto a otras plantas domesticadas, es el grado de desarrollo de estas características; es decir, el estado del síndrome de domesticación. La domesticación del aguacate ha implicado algunas peculiaridades respecto a otros procesos de domesticación, pues se ha reportado que algunas características morfológicas, tales como la forma de la copa habrían sido relevantes, tendiendo a seleccionarse las de menor altura y, en el caso de la variedad drymifolia (de origen mexicano), de copa más estrecha, (Miller y Gross, 2011; Ashworth et al., 2011). Este marco de referencia permite entender por qué puede resultar complicado, por ejemplo, distinguir las poblaciones silvestres de las domesticadas en el caso del aguacate, particularmente cuando se trata de cultivares criollos. Al mismo tiempo, permite suponer que caracteres reproductivosse encuentran escasamente modificados, permitiendo compartir visitantes florales entre las poblaciones silvestres y domesticadas. II. Filogenia y Biogeografía 2.1 Centro de Origen (origen del taxón) y dispersión del género Persea Como se mencionó en el primer informe parcial de este proyecto, el género Persea pertenece a la familia Lauraceae. De acuerdo a evidencias paleontológicas, la familia Lauraceae tiene su origen en el Cretácico temprano (144-94 millones de años) al Oeste de Gondwana, al igual que otras angiospermas (Raven & Axelrod, 1974). A partir de entonces, la familia migró y se diversificó hasta comprender alrededor de 50 géneros y cerca de 3000 especies predominantemente arbóreas, distribuidas en regiones tropicales y subtropicales del planeta (Bergh, 1986; Rohwer, 1993). Los ancestros del género Persea migraron de Gondwana hacia Norteamérica, vía Laurasia, estableciéndose en las regiones semi-tropicales Norteamericanas durante el Cretácico tardío (94-74 millones de años) y durante el Terciario temprano (65-33 millones de años). La migración de estas plantas ocurrió de Norte a Sur en el continente americano y la evidencia fósil sugiere que su distribución cubrió las costas del Pacífico, desde Alaska hasta California, llegando inclusive al Norte de México (Li et al, 2011). Para México, existe evidencia clara de presencia de lauráceas desde hace por lo menos 70 millones de años, mientras que evidencia indirecta permite inferir la posible presencia del Persea en México desde hace por lo menos unos 15-20 millones de años, pues para esa época ya existirían bosques mesófilos del tipo de los que suelen ser el hábitat del género (Rzedowski & Palacios, 57 Análisis para la determinación de los centros de origen, domesticación y diversidad genética del género Persea y la especie Persea americana (aguacate) 1977). Aún no es posible determinar los mecanismos tempranos de dispersión de las plantas pertenecientes al género Persea (Galindo-Tovar et al., 2008), sin embargo, es posible que los frutos pudieron ser dispersados por aves o mamíferos (Hodkinson y Thompson, 1997; MacDougall, 2003; Renner, 2004) como los osos perezosos gigantes (Megatherium sp.) que habitaron América durante la edad de hielo (Diamond, 1999; Barlow, 2002). 2.2 Relaciones filogenéticas del género Persea El género Persea ha experimentado diferentes revisiones taxonómicas. En su definición clásica se considera que el género posee alrededor de 190 especies distribuidas en los neotrópicos, hasta el Este de Estados Unidos y al Sudeste de Asia (Barrientos, 2001; Van der Werff, 2002). No obstante, la evidencia obtenida a partir de estudios recientes indica que las especies asiáticas pertenecen a otros grupos monofiléticos y por ende se han asignado a otros géneros, principalmente Machilus, lo cual distingue a Persea ‘sensu stricto’ como un género casi exclusivamente americano, siendo Persea indica2, la única especie fuera del continente (Ashworth et al., en prensa; Gómez-Campo et al., 2007; Rohwer et al., 2009). Considerando a Persea en este sentido estricto, el género se divide en 2 subgéneros: Persea con distribución mesoamericana y Eriodaphne con distribución predominantemente sudamericana. La diversidad morfológica (particularmente la floral) que se presenta al interior del género (Campos-Rojas et al., 2007) así como algunos estudios con marcadores moleculares ofrecen otra fuente de evidencia que cuestiona la taxonomía infragenérica de Persea (Rohwer et al., 2007; 2009). Con base en estos análisis, una vez más Machilus se distingue como un clado monofilético independiente bien soportado, al igual que Persea subgénero Eriodaphne, no así el subgénero Persea (Rohwer et al., 2009) De acuerdo a este estudio, el subgénero Persea, al cual pertenecen P. americana, P. steyermarkii y P. 2 Persea indica es endémica de Macaronesia, al oeste de las costas Africanas y se considera una especie relicto del género Persea ancestral que se distribuyó en Gondwana millones de años atrás por lo que posiblemente sea asignada a un subgénero propio (Ashworth et al., en prensa). 58 Análisis para la determinación de los centros de origen, domesticación y diversidad genética del género Persea y la especie Persea americana (aguacate) schiedeana, se mostró más cercanamente emparentado con algunas especies de géneros de lauráceas de distribución asiática como Alseodaphne, Apollonias y Phoebe (Rohwer et al., 2009; Figura 1). Figura 1.Árbol filogenético reconstruido a partir de ITS (internal transcribed spacers) ribosomales por Rohwer y colaboradores (2009). Los grupos externos que emplearon fueron Cinnamomeae y Laureae. Los números sobre las ramas son los valores de soporte de Bootstrap y los números bajo ellas son los soportes bayesianos para cada rama. Los círculos sólidos indican soporte de 100% de bootstrap y los vacíos indican soporte de 100% en el análisis bayesiano. El subgénero Persea aparece como un grupo monofilético, distribuido exclusivamente en Centroamérica. 2.3 Biogeografía del género Persea y sus implicaciones respecto a los centros de origen y 59 Análisis para la determinación de los centros de origen, domesticación y diversidad genética del género Persea y la especie Persea americana (aguacate) domesticación de Persea americana Las especies del subgénero Persea, incluyendo a Persea americana, se distribuyen del centro de México hacia el Sur, pasando por Guatemala y cubriendo la mayor parte de Centroamérica (Kopp, 1966; Campos Rojas et al., 2007; Rohwer et al., 2009). Existe debate en torno a si existen 3 ó 5 especies dentro del subgénero Persea, pero el consenso es que este subgénero sería completamente Mesoamericano. Así, desde el punto de vista de la ubicación del posible centro de origen de P. americana, la evidencia con que se cuenta actualmente apunta a Mesoamérica. Por otra parte, las reconstrucciones filogenéticas disponibles permiten ubicar a P. schiedeana Nees y P. steyermarkii C.K. Allen como parientes silvestres hermanos de P. americana. La distribución de estas especies es relevante también porque puede proporcionar datos acerca del lugar donde se dio la domesticación de P. americana, pues la delimitación del área de distribución silvestre de una planta cultivada ha sido considerada como un elemento para determinar la localización geográfica del origen de una planta domesticada (Vavilov, 1926; 1931). El carácter monofilético del subgénero Persea es relevante tanto en términos biogeográficos, al tratarse de un subgénero exclusivamente mesoamericano, como para ubicar el grupo de parientes cercanos de Persea americana y que son trascendentales para la discusión del posible centro de origen de esta especie (es decir, allí donde se habría dado el evento de especiación que dio origen al taxón). Vavilov (1926) propuso que los centros de concentración de especies que están genéticamente relacionadas, las zonas de endemismo y la distribución de las especies o variedades silvestres emparentadas, constituyen elementos que fortalecen la hipótesis de que una zona determinada es el centro de domesticación de una especie. En este sentido, nuestro país posee una gran diversidad de lauráceas, con más de 120 especies de las cuales 47.5% son endémicas para el Sur de México, particularmente de Chiapas, Veracruz y Oaxaca (Lorea-Henández, 2002). Específicamente, el 66% de las 15 especies del género Persea reconocidas para México hasta ahora son endémicas del país y prácticamente todas las especies del subgénero Persea, se distribuyen en Mesoamérica. Más aún, es ahí donde se tiene evidencia del aprovechamiento actual y temprano de P. americana y P. schiedeana (Lorea-Hernandez, 2002), al igual que de otras lauráceas como Beilschmedia anay, la cual presenta un fruto de morfología muy similar al del aguacate y también es manejada localmente para uso alimenticio (F. Lorea com. pers.). A lo anterior se suma la evidencia que aporta el mapa de la distribución potencial de P. americana, reportado en el Tercer Informe Parcial de este proyecto, ya que las áreas en las 60 Análisis para la determinación de los centros de origen, domesticación y diversidad genética del género Persea y la especie Persea americana (aguacate) que potencialmente se distribuyen los parientes silvestres del aguacate cultivado incluyen las zonas de endemismo y de distribución de especies cercanamente relacionadas con el aguacate, lo cual es consistente con los supuestos de Vavilov (1926). Figura 2. Distribución potencial de Persea americana. Se ha señalado que P. americana pudo haber sido domesticado en al menos tres ocasiones a partir de poblaciones geográficamente distintas al progenitor de la especie (Chen et al., 2009). Se ha sugerido que el posible progenitor silvestre del aguacate cultivado, fue un árbol polimórfico que se distribuyó desde las tierras altas del Este y centro de México y Guatemala hasta las costas del Pacífico en Centroamérica (Smith 1966). Cada uno de los tres ecotipos que surgieron en distintas zonas de Mesoamérica, geográficamente aisladas y a partir de su relación con distintos grupos humanos se logró una diferenciación morfológica y ecológica que permite reconocerlos como: el indio occidental (Persea americana Mill.var. Americana), de tierras bajas de la costa de Guatemala y conocido como aguacate de las Antilllas; el mexicano (Persea americana Mill.var. drymifolia [Schltdl. & Cham.] S.F. Blake) (regiones montañosas de México) y el guatemalteco (Perseaamericana Mill. var. guatemalensis [L.O. Williams] Scora, nom. inval. = Persea nubigena var. guatemalensis L.O. Williams) (tierras altas de Guatemala) (Ashworth et al., 2011; Storey et al., 1986) . Este incipiente proceso de domesticación a partir de un ancestro silvestre común que 61 Análisis para la determinación de los centros de origen, domesticación y diversidad genética del género Persea y la especie Persea americana (aguacate) dio origen a las tres formas semidomesticadas 3 se llevó a cabo sin la pérdida apreciable de diversidad genética (Chen et al., 2008) y a partir de la sucesión de diferentes culturas mesoamericanas que fueron manteniendo y removiendo árboles selectivamente, tanto en los bosques como en huertos familiares (Ashworth, et al. 2009). La diversidad de P. americana puede explicarse en términos de los cambios evolutivos que ha tenido la especie para adaptarse a diferentes condiciones ecológicas como estacionalidad, duración del día, hábitats y enfermedades presentes en distintas latitudes (Diamond, 2002). Sin embargo, su diversidad no sólo está relacionada a aspectos ecológicos, Mesoamérica se caracteriza por la presencia de muchas diferentes culturas (Toledo et al., 2001) las cuales han contribuido en la generación de dicha diversidad (Gama-Campillo y Gómez-Pompa, 1992; Perales et al., 2005). De acuerdo a varios autores (Ashworth et al., 2011; Storey et al., 1986; Galindo-Tovar et al., 2008) P. americana se divide en nueve variedades botánicas, tres de las cuales se diferenciaron claramente (ecotipos). Su reconocimiento no es aún un consenso entre los especialistas, pero resulta interesante considerarlas ya que se podrían distinguir a algunos posibles parientes silvestres del aguacate dentro de la misma especie aunque aún no es claro si las variedades silvestres derivan del mismo taxón ancestral silvestre que dio origen al aguacate o si fueron seleccionadas tempranamente antes de escapar de nuevo al ambiente (Ashworth et al., 2011). Por lo anterior, las relaciones entre seis de las nueve variedades silvestres de P. americana (costaricensis, floccosa, nubigena, steyermarkii, tolimanensis, zentmyeri) y los ecotipos reconocidos – variedades americana, drymifolia y guatemalensis – son aún especulativas (Ashworth et al., 2011) y de hecho, no existe consenso taxonómico sobre la validez de las mismas. Por ejemplo, P. steyermarkii ha sido reconocida en diferentes ocasiones (Lorea-Hernández, 2002; Rohwer et al., 2009) como especie, mientras que Ashworth y colaboradores (2011) hablan de ellas como subespecies siguiendo a Scora et al. (2002). III. Artropofauna y polinizadores asociados a Persea americana La composición de la artropofauna asociada a P. americana resulta de interés desde dos puntos de vista. Por una parte, conocer la composición de esta artropofauna asociada permite correlacionar las regiones donde se distribuye o donde se ha inferido el origen de dicha 3 Evidencias genéticas sugieren que los tres ecotipos son variantes de una misma especie ya que presentan el mismo número de cromosomas somáticos: 2n = 24 (Storey et al., 1986). 62 Análisis para la determinación de los centros de origen, domesticación y diversidad genética del género Persea y la especie Persea americana (aguacate) artropofauna con la diversidad del género Persea, lo cual de nueva cuenta nos puede dar información sobre el origen del taxón P. americana. Por otro lado, desde el punto de vista de la bioseguridad resulta indispensable conocer por lo menos con qué organismos interactúan un cultivo y sus parientes silvestres. Lo anterior permitiría aquilatar de mejor manera, por ejemplo, el posible impacto de organismos genéticamente modificados. Si bien no se cuenta con mucha información proveniente de poblaciones silvestres de P. americana, la revisión hecha en el Segundo Informe Parcial de este proyecto permitió extraer algunos puntos relevantes, sobre todo considerando que en términos generales podemos esperar que aspectos como el síndrome de polinización hayan sido relativamente poco modificados en el curso de la domesticación de P. americana, al tratarse de una especie perenne (Miller y Gross, 2011), por lo que las poblaciones silvestres y las domesticadas tienen el potencial para compartir visitantes florales. La planta de aguacate tiene recursos como polen y néctar a los que acceden una gran cantidad de artrópodos, ya sea para mantener interacciones positivas, como la polinización, o negativas, como la herbivoría y el parasitismo. En este apartado se presenta información relevante sobre aquellas especies que posiblemente han evolucionado como polinizadores en el aguacate. En el Segundo Informe Parcial de este proyecto se registraron 93 especies de polinizadores, pero de ellas sólo 82 corresponden a especies que se han registrado en México. Las especies más eficientes, en cuanto al transporte de polen, son las abejas Nannotrigona perilampoides y Trigona nigra, así como la mosca Chrysomia megacephala (Castañeda-Vildózola et al., 1999). Las dos abejas son nativas del Neotrópico, mientras que la mosca es de origen europeo (Sing y Wells, 1999). Las evidencias moleculares y morfológicas indican que los géneros de abejas Plebeia, Trigona y Scaptotrigona pertenecen al linaje americano de la subfamilia Meliponinae (Michener, 1990). Se ha sugerido que posteriormente este linaje divergió del africano durante la fragmentación de Gondwana (Michener, 1990). De esta forma podemos suponer la existencia de una historia evolutiva conjunta entre las especies de abejas nativas reportadas como polinizadores eficientes del género en México. De hecho, en trabajos previos se esbozaron hipótesis al respecto (Ish-Am et al., 1999 y Can-Alonzo et al., 2005), indicando que la polinización era realizada por estas abejas nativas antes de la llegada de la abeja generalista Apis mellifera a México, basadas tanto en el tamaño corporal como en la eficiencia en el transporte de polen. Una de las interacciones con polinizadores más interesantes es con la avispa Brachygastra mellifica. Reportes de Sugden y McAllen (1994) indican que esta especie puede alimentar a sus larvas con néctar de las flores que forrajea, y que pueden visitar plantas 63 Análisis para la determinación de los centros de origen, domesticación y diversidad genética del género Persea y la especie Persea americana (aguacate) nativas y exóticas. Por otra parte en el estudio de Arévalo y colaboradores (2004) se confirma con caracteres moleculares, anatómicos y de comportamiento que las avispas sociales del género Polistes nativas de América, que se registraron como polinizadores del aguacate, son monofiléticas, mientras que las de Europa son parafiléticas. Carpenter (1996) mantiene la hipótesis de que la separación de los linajes neotropical y paleártico debió darse durante el rompimiento de Gondwana. El género Chrysomya es nativo de las regiones tropicales y subtropicales de Europa (Singh y Wells, 2011), comparado con otros géneros de la familia Calliphoridae son muy diversos en morfología y hábitats (Singh et al., 2011). La mosca Chrysomia megacephala, pertenece al linaje con distribución en el Holártico/Paleártico (Singh y Wells, 2011). Se trata de una especie con importancia médica y forense, registrada en América desde 1977, por lo que suponemos que el forrajeo de polen y néctar en las flores del aguacate es una característica que muestra la plasticidad en la conducta de la especie. Es posible que el fácil acceso al polen y néctar de los huertos y plantaciones comerciales sean la razón por la que esta especie se registró con alta frecuencia de visitas y granos de polen, pero es necesario realizar observaciones para confirmar que realizan la polinización cruzada. Otro grupo de dípteros interesante asociados a P. americana fue el ensamble de especies del género Allograpta, un género de sírfidos con una alta diversidad de especies en regiones tropicales. Los caracteres moleculares y anatómicos indican que el género es monofilético (Mengual et al., 2008), y los polinizadores del aguacate pertenecen al linaje nativo del Neotrópico. A pesar de la posibilidad de la coevolución entre el aguacate y estas especies, es muy posible que los dípteros mantengan interacciones de tipo generalista (SouzaSilva et al., 2001). En resumen, si bien la coevolución de P. americana con sus polinizadores podría ser más bien difusa, es significativo que buena parte de los organismos que se han registrado hasta ahora, corresponden a insectos polinizadores de origen neotropical, americano y en ocasiones con una alta diversidad para Mesoamérica. Lo anterior es evidencia que, considerada en el contexto de la biogeográfica y filogenética del propio género Persea y fortalece la hipótesis de un origen mesoamericano de P. americana. IV. Evidencia arqueológica y antropológica Persea americana Mill. es uno de los árboles que tiene una historia temprana en cuanto a su relación con grupos humanos (Galindo-Tovar et al.,, 2008). A partir de evidencias arqueobotánicas (de las que hablaremos más adelante), lingüísticas e históricas se sugiere a 64 Análisis para la determinación de los centros de origen, domesticación y diversidad genética del género Persea y la especie Persea americana (aguacate) Mesoamérica como la región donde se inicia el proceso de domesticación para P. americana. En esta sección presentaremos algunos aspectos que apoyan esta aseveración. 4.1 Posible domesticadora temprana del aguacate: la cultura Mokaya Se considera a los Mokayas como aquellos que iniciaron con el proceso de domesticación del aguacate incluso antes de la domesticación de plantas anuales (Galindo-Tovar et al., 2008). Ya que el árbol de aguacate es común en la región del Soconusco, donde habitaban los Mokayas (Debouck y Ferla, 1995), podría haber representado uno de los elementos nutricionales importantes, promoviendo así el cuidado, selección y propagación de su fruto (Galindo-Tovar et al., 2008). Los Mokayas habitaron la zona costera de Chiapas y Guatemala hace 3,800 años, y sucedieron a grupos que fueron cazadores, pescadores y recolectores seminómadas (Clark, 1991), en particular a la cultura Chantuto pertenecientes al Arcaico Tardío (2000 a.C.). El núcleo importante de la población estuvo en el Sureste de Chiapas, en los municipios de Mazatán, Huixtla, Tapachula e Hidalgo, en el Soconusco y se consideran como la cultura que precedió a la cultura Olmeca. Evidencias en cambios en los modos de producción (se dejaron de usar los concheros del estero (Voohrhies, 1976), se establecieron algunas aldeas sedentarias donde probablemente inicia un tipo de agricultura y se desarrollaron y usaron las primeras cerámicas) junto con un posible incremento en la población, contribuyeron con un proceso de diferenciación social que inicia alrededor de 1650 a.C. y concluye 500 años después con el desarrollo de la cultura Olmeca (Clark, 1989). Mokaya es una modificación de dos palabras indígenas de las lenguas mixe y zoque. Mok 'haya significa “gente de maíz” en estas 2 lenguas (Clark, 1991). El cambio del Arcaico Tardío al Formativo Temprano parece haber sido un cambio de un modo de producción de cazadores-recolectores-pescadores, a una forma de vida agrícola basada en cultivos como el maíz, el cual adaptaron de las tierras altas (Clark, 1991). Sin embargo, a partir del análisis de artefactos y restos óseos humanos indican que el maíz no fue tan importante (nutritivamente) en la dieta de los Mokayas. (Clark, 1991; Taube, 2004). Antropológicamente, esta cultura es muy importante ya que se considera como uno de los primeros agricultores sedentarios en Mesoamérica y también una de las primeras culturas en utilizar tecnologías alfareras, además de ser la lengua histórica de la cual provienen las lenguas y dialectos mixe y zoque actuales. Sin embargo, hasta ahora no se han encontrado 65 Análisis para la determinación de los centros de origen, domesticación y diversidad genética del género Persea y la especie Persea americana (aguacate) registros de cerámica en esta zona que representen al árbol o fruto del aguacate. Datos arqueológicos indican que los Mokayas tenían una economía mixta basada en la caza, la pesca, la recolección y el cultivo. La tendencia en arqueología, especialmente en Mesoamérica, es estudiar la cerámica como parte de un conjunto de la vida neolítica que incluyó aldeas, vida sedentaria y cultivo de plantas domesticadas. De acuerdo a esta lógica, la presencia de cerámica en la cuenca del Grijalva señala un posible proceso de sedentarismo agrícola que puede sugerir cambios en el manejo y uso de las plantas locales. La influencia de los Mokayas en la cuenca del Grijalva abarcó otras regiones adyacentes como la costa Sureste de Guatemala, las tierras bajas del Golfo y partes de Oaxaca (Clark, 1991). Evidencias que demuestran semejanza en la cerámica del formativo temprano (2000 a.C.- 950 a.C.) y los préstamos lingüísticos de la lengua mixezoqueana a muchas otras lenguas en Mesoamérica son evidencia de la influencia e interacción de las sociedades del formativo temprano cuya raíz principal se encuentra en los Mokayas (Clark, 1991). El uso y conocimiento que los Mokayas pudieron tener del árbol del aguacate y de muchos otros recursos, fue heredado tanto a la cultura Olmeca como Maya. Entre 1500-900 a.C. El aguacate era ya cultivado por la gente de Ajalpan (MacNeish, 1964). Desde esta perspectiva, podrían ser los olmecas (1600-500 a.C.) los que además de continuar con el proceso de domesticación, herencia de los Mokayas, fueron un elemento fundamental en su dispersión a través de amplias redes de intercambio que ya existían en aquel entonces en Mesoamérica (Ortiz y Rodríguez, 2000). Por ejemplo, hay evidencias de restos de semillas de aguacate encontrados en las excavaciones de Río Claro que indican un contacto entre Olmecas y Papayecas de Honduras (alrededor de 1200-1000 a.C.; Healy, 1978). Lucille E. Kopp (1966) se refirió al aguacate como “una especie que probablemente surge en una región comprendida por Chiapas (México), Guatemala y Honduras, que es donde podemos encontrar aguacate silvestre. Su origen es poco claro por su estrecha relación con civilizaciones representativas tempranas que vivían en esta zona y valoraban su fruto. Su origen es un problema etnobotánico” (Storey, 1986). Este planteamiento coincide con lo planteado por Galindo-Tovar et al. (2008) sobre que P. americana tiene una historia temprana en cuanto a su relación con grupos humanos, en particular con los Mokaya. En conclusión, la región habitada por los Mokayas, no necesariamente es el único centro de domesticación de P. americana, sin embargo, la información con que se cuenta hasta el momoento, permite indicar que esta región fue uno de los lugares donde se dieron los primeros encuentros entre grupos humanos y la especie en cuestión. 4. 2 Evidencias arqueobotánicas, desde Tehuacán hasta Teotihuacán. 66 Análisis para la determinación de los centros de origen, domesticación y diversidad genética del género Persea y la especie Persea americana (aguacate) A partir de la colección de evidencias arqueológicas, lingüísticas e históricas, se coloca a Mesoamérica como un muy probable centro de domesticación para Persea americana (Ashworth et al., 2011). Como ha sido reportado por algunos autores (Galindo-Tovar et al., 2008; Ashworth et al., 2011) la evidencia del registro fósil más antigua de P. americana es una serie de semillas y cotiledones (hojas seminales constitutivas de la semilla y que se encuentran en el embrión) encontrados en diferentes horizontes de varias cuevas en el Valle de Tehuacán, Puebla (Tabla 1). Se estima que el cotiledón encontrado en la cueva de Coxcatlán fechado con Carbono 14 tiene una antigüedad de entre 8000 y 7000 años a.C. Esta sería la evidencia más antigua reportada del contacto entre esta planta y el ser humano (Smith, 1966). Es importante tomar en cuenta que a partir de nuevos fechamientos con acelerador de espectrometría de masas de las mazorcas de maíz encontradas en la misma zona, se hizo una corrección a los años de antigüedad que se habían estimado (Piperno, et al., 2001), de tal manera que para las mazorcas encontradas en la Cueva de San Marcos en Tehuacán, Puebla se estima una antigüedad de aproximadamente 5500 años. El resto de las muestras biológicas (como aquellas correspondientes a Persea o Gossypium) encontradas en la misma zona no han sido sometidas a nuevas técnicas de fechamiento (McClung, E., comunicación personal), de tal manera que los años de antigüedad propuestos por Smith para los restos arqueobotánicos de Persea deben ser considerados con reserva. Sería importante someter a nuevas técnicas de fechamiento al conjunto de muestras biológicas encontradas en la zona, incluyendo los cotiledones y semillas de P. americana, con el fin de tener información más precisa sobre su antigüedad ya que es relevante para la determinación de sitios donde posiblemente ocurrieron los primeros contactos de grupos humanos con diferentes géneros botánicos incluyendo Persea. A pesar de lo anterior, la información recopilada por Smith proporciona datos interesantes en cuanto a cambios morfológicos en las muestras encontradas así como en los posibles contextos ambientales y culturales en los cuales pudieron darse los primeros acercamientos de grupos humanos a P. americana. Las semillas y cotiledones encontrados en el Valle de Tehuacán en Puebla, son evidencia de un consumo estable y de un manejo más formal de cultivo pero que ocurre en zonas mucho más húmedas (Smith, 1966). Desde hace 12,000 años no han ocurrido cambios significativos en los patrones pluviales y climáticos de la zona, así como tampoco en su vegetación (Smith, 1966; Smith, 1968) por lo que es poco probable que los cotiledones encontrados sean nativos de los suelos semi-desérticos de Tehuacán. Los ambientes más cercanos en donde pudieran encontrarse 67 Análisis para la determinación de los centros de origen, domesticación y diversidad genética del género Persea y la especie Persea americana (aguacate) árboles de P. americana , se ubican en las barrancas de la Sierra de Zongolica, hacia el Este del Valle de Tehuacán y es de aquí de donde pudieron haberse llevado las semillas más antiguas encontradas en las cuevas del valle (Smith, 1966). Un aspecto interesante, es que se cuenta con evidencia arqueológica proveniente de diferentes localidades y épocas, lo cual permite, si bien con ciertas limitaciones, seguir la secuencia de cambios morfológicos a nivel de los cotiledones de las semillas. El incremento en tamaño (largo y ancho) que van presentando los cotiledones de los diferentes horizontes culturales en las cuevas de Tehuacán, es evidencia de que para los 900 a.C. ya existía un proceso de selección mucho más formal que busca un fruto de mayor tamaño (Smith, 1966). La muestra más antigua encontrada en la zona XXIV de la cueva de Coxcatlán y varios de la Fase El Riego provienen de árboles silvestres y otras muestras de esta misma fase presentan un mayor tamaño (MacNeish, 1964), lo que sugiere una selección temprana como ya lo mencionamos. Tabla 1. Información relevante de algunos cotiledones encontrados en las cuevas de Coxcatlán, El Riego y Purrón (y en algunos de sus horizontes culturales) en el Valle de Tehuacán, Puebla y en Guila Nacquitz, Oaxaca (este dato abarca diferentes Fases y horizontes). Cuevas/Horizontes culturales Años de antigüedad (aproximadamente) Características de los cotiledones x Largo (cm) x Ancho (cm) El Ajuereado 6500-8000 a.c. 2.1 2.2 El Riego 6600 a.c. 2.4 2.7 Coxcatlán 4000 a.c 1.9 1.6 Las Abejas 2900-3200 a.c. 1.95 1.75 Santa María 300-500 a.c. 2.3 1.98 Palo Blanco 200-600 d.c. 2.1 1.8 Venta Salada 800-1500 d.c. 2.5 2 Guila Naquitz 6,900 a.c.- 700 d.c. 2.9 1.6 Guila Naquitz, Oaxaca En la zona B-1 de la cueva de Guila Naquitz, cerca de Mitla en el Valle de Oaxaca, se han encontrado también semillas y cotiledones de aguacate. 68 Análisis para la determinación de los centros de origen, domesticación y diversidad genética del género Persea y la especie Persea americana (aguacate) En los estudios realizados por Smith (1969) en esta zona, se midieron un total de 118 cotiledones cuyos promedios de largo y ancho fueron de 2.9 cm 1.6 respectivamente. Entre los cotiledones encontrados, hubo algunos que aún presentaban el tegumento que recubre al cotiledón, los cuales se deshidrataron pero la cubierta conservó en gran medida su tamaño original (ver fig. 3). Estos tegumentos proporcionan información ineresante respecto del tamaño que pudieron tener originalmente las semillas frescas, a partir de lo cual Smith comparó los promedios de largo y ancho de las semillas encontradas en Tehuacán con estas del Valle de Oaxaca. A partir de esta comparación, Smith (1969) sugiere que la gente del Valle de Tehuacán practicaba un proceso más claro de selección para obtener un fruto de mayor tamaño y probablemente mejor calidad que el fruto silvestre del cual provenía, mientras que en el Valle de Oaxaca, se podría asumir que hicieron poco por incrementar el tamaño del fruto. Figura 3. Tegumento intacto y cotiledones encontrados en Guila Naquitz, Oaxaca. Smith (1969) hace incapié en notar el encogimiento de éstos ultimos debido a la deshidratación. La escala está en mm. Sobre este punto es importante recordar que dada la morfología del fruto de P. americana, del tipo de las bayas, su dispersión pudo darse a partir de la megafauna pleistoscénica (Barlow, 2002). De esta manera, cuando ésta última se extingue hace aproximadamente 10,000 años, los grupos humanos habrían comenzado a seleccionar un fruto atípico, de alto contenido nutricional. Sobre los cotiledones más antiguos encontrados en la Zona B-1 de la cueva (6900 a.C.) y otro en la Zona D (7800 a.C.), Smith (1969) sugiere que pudieron ser cotiledones arrastrados por animales de carga a estos depósitos más profundos y más antiguos. 69 Análisis para la determinación de los centros de origen, domesticación y diversidad genética del género Persea y la especie Persea americana (aguacate) 4.3 Persea en otras culturas mesoamericanas Evidencias más recientes sobre la continuación del proceso de domesticación en P. americana, o bien de su uso como una planta con importancia cultural, son los materiales arqueobotánicos encontrados en diferentes ofrendas ubicadas en Tlaltelolco (500 a.C.). Los materiales de P. americana encontrados junto con muchas otras plantas en las ofrendas al dios Ehécatl-Quetzalcóatl muestra la importancia que tenían como alimento y en ritos y ceremonias para la cultura tlaltelolca (Montúfar, 2003). Los toltecas también tuvieron un papel importante en el proceso de domesticación de P. americana (1,000–1,200 d.C.) como se menciona en la Suma de visita de pueblos de Paso y Troncoso (1905) (Galindo-Tovar et al., 2008). El interés que diferentes culturas mesoamericanas han tenido hacia el aguacate se ve representado en la gran diversidad lingüística para referirse al árbol del aguacate, tanto en el pasado como en el presente: Huasteco (uj), Maya, Tzental, Tzontil y Chanabal (on), Chontal and Tzotzil (un), Choi (um), Quekchi (o), Pokomchi, Pokoman, Cakchiquel, Quiche , Uspanteca, Aguacateca (oj) (Gama-Campillo y Gomez, 1992), Otomi (nttzani), Azteca (ahuacatl), Zapotea (yasu, yashu, ishu, and isu), Mixe (cuchpa), Inca (palta) (Popenoe, et al., 1997). V. Evidencia genética sobre la domesticación y diversidad de Persea americana 5.1 Origen de las formas cultivadas del aguacate Varios trabajos han utilizado marcadores moleculares con el objetivo explícito de abordar el tema del origen de las formas cultivadas de Persea americana (Davis et al., 1998; Chen et al., 2008; Chen, 2009). En particular, la investigación se ha enfocado en buscar los rasgos genéticos que distinguirían a los tres ecotipos o razas de aguacate, si bien la existencia de éstos y su relación con categorías taxonómicas no es del todo clara. En este mismo contexto, se ha buscado establecer las relaciones de parentesco entre algunos cultivares o variedades híbridas de origen relativamente recientes (el último siglo y medio) con las formas, a veces categorizadas como variedades botánicas, otras como ecotipos, más distinguibles de P. americana. Datos provenientes de microsatélites de núcleo obtenidos por Schnell y colaboradores (2003), parecerían sugerir la existencia de las tres variedades o ecotipos al recuperarse tres grupos mediante Análisis de Componentes Principales, correspondientes a las variedades mexicana, guatemalteca y la llamada de las “Indias Occidentales”. Sin embargo, como los propios autores señalan, la ausencia de variación genética exclusiva que permita identificar a 70 Análisis para la determinación de los centros de origen, domesticación y diversidad genética del género Persea y la especie Persea americana (aguacate) una u otra, así como la ausencia de muestreos más exhaustivos (a pesar de que el realizado por ellos es uno de los más amplios realizados hasta ahora), limitan las conclusiones que se pueden obtener. El análisis de secuencias codificantes de celulasa, chalcona sintasa (CHS), flavonona3-hidroxilasa (F3H) y serin-treonin-cinasa (STK), fue empleado por Chen y colaboradores (2009) para asignar algunos cultivares a los ecotipos silvestres de P. americana. La principal conclusión de este estudio tiene que ver con que existe una alta diversidad en los 33 cultivares (poblaciones domesticadas) de aguacate que ellos analizaron, cubriendo entre el 80 y el 90% de la diversidad presente en las poblaciones silvestres. Un primer hecho que se desprende de este estudio es el potencial de este conjunto de marcadores para posteriores estudios de genética de poblaciones o bien de filogeografía, pues presentan alta variación. Si bien los propios autores reconocen la posibilidad de que el muestreo de las poblaciones silvestres sea aún insuficiente (Chen et al., 2011), por no decir incipiente, esta evidencia puede ser discutida en el contexto de la teoría sobre la domesticación de plantas perennes. La alta variación que se ha encontrado en varios cultivos frutales perennes como P. americana podría deberse, de acuerdo a Miller y Gross (2011), a una combinación de factores que incluyen: 1) que las poblaciones domesticadas se han reproducido durante relativamente pocas generaciones por separado de las poblaciones silvestres; 2) que han existido diferentes poblaciones ancestrales (diferentes geográfica y/o genéticamente) que han dado origen en múltiples ocasiones a las poblaciones domesticadas; 3) que existe hibridación, sea mediada por el ser humano o bien flujo génico natural entre las poblaciones nativas y las poblaciones cultivadas. Lo anterior tiene relevancia porque Chen y colaboradores (2009) infirieron de los datos genéticos, al menos tres posibles orígenes genéticos para los cultivares que analizaron; uno de esos orígenes serían poblaciones mexicanas de P. americana, correspondientes a la variedad que ha sido llamada drymifolia, al tiempo que otras poblaciones ancestrales (correspondientes a Guatemala) también habrían aportado variación a los cultivares actuales. La composición de cada una de las tres variedades de P. americana parece ser de mucha relevancia en la historia de su domesticación, pues varios estudios han encontrado evidencia de que los cultivos comerciales se han formado a partir de la cruza de más de una variedad de P. americana (Ashworth y Clegg, 2003, 2011). Es importante destacar que tanto la variedad drymifolia, llamada “aguacate mexicano” en la literatura, como la variedad guatemalensis, llamada “aguacate guatemalteco” en la literatura, pero con poblaciones en el Sureste de México, contienen variación genética estrechamente relacionada con las formas cultivadas en la actualidad (Ashworth y Clegg, 2003, 2011; Chen et al., 2009). Chen y colaboradores (2009) sostienen que los tres ecotipos de P. americana evolucionaron por 71 Análisis para la determinación de los centros de origen, domesticación y diversidad genética del género Persea y la especie Persea americana (aguacate) separado en poblaciones de tamaño medio aún antes de que el proceso de uso y selección por los seres humanos comenzara; de acuerdo a ellos, la distribución de la variación genética indica que una vez que comenzó la domesticación, esta ocurrió in situ de manera separada para cada una de las variedades. 5.2 Diversidad genética en poblaciones de Persea americana Diversos tipos de marcadores moleculares se han utilizado para analizar la distribución de la variación genética en las poblaciones de P. americana, si bien no todos los estudios han incluido colectas en poblaciones naturales. Un primer hecho que queda claro a partir de estos estudios es que la diversidad genética, de la cual la heterocigosis 4 es una medida de referencia, en la especie es considerable y se encuentra distribuida ampliamente. Así, un estudio hecho con fragmentos de restricción de DNA (Ashworth y Clegg, 2003), reveló niveles de heterocigosis altos (42%) tanto en colectas provenientes de plantas silvestres como de cultivadas. Los estudios hechos empleando microsatélites también han encontrado niveles elevados de heterocigosis: 64% (Ashworth y Clegg, 2003), 83% (Schnell et al., 2003); mientras que los niveles más bajos de heterocigosis reportados corresponden a los cultivos de Ghana, lugar en donde no hay poblaciones naturales de P. americana y la heterocigosis esperada fue de 51% (Acheampong et al., 2008). Estos resultados coinciden con lo observado en diferentes estudios de plantas perennes domesticadas, en donde se encuentran poblaciones silvestres con altos niveles de variación intrapoblacional y estructura débil (Miller y Gross, 2011). Otro hecho que se desprende de estos estudios es que existe baja diferenciación genética, o poca estructuración entre las poblaciones de P. americana; esto indica que ha existido un elevado flujo génico entre ellas, lo cual hace que la variación genética se distribuya de manera relativamente uniforme a lo largo de la distribución de la especie. Aún así, entre las poblaciones de P. americana var. drymifolia se logran distinguir dos grupos por diferencias en altitud y latitud (Chen et al., 2009; Galindo-Tovar et al., 2011). Sin embargo, es importante señalar que el estudio de Chen y colaboradores se basó en un número pequeño (11) de individuos silvestres correspondientes a P. americana provenientes de México, por lo que el agrupamiento que lograron podría no ser representativo de la estructura genética en el total de poblaciones de P. americana en México. 4 La heterocigosis como medida indica la probabilidad de que dos copias de un gen, tomadas al azar de una población, sean diferentes (en sentido estricto esto es la heterocigosis esperada bajo condiciones de equilibrio). De esta manera, en poblaciones con porcentajes de heterocigosis altos la mayoría de las copias de un gen son diferentes entre sí, es decir, esa población tiene lata diversidad genética. 72 Análisis para la determinación de los centros de origen, domesticación y diversidad genética del género Persea y la especie Persea americana (aguacate) Los microsatélites nucleares desarrollados por Sharon y colaboradores (1997) han sido utilizados en uno de los estudios más amplios (en términos del número de individuos muestreados) que ha analizado de manera comparativa los niveles de diversidad genética entre las tres variedades de P. americana. Así, Schnell y colaboradores (2003), trabajaron muestras provenientes de 254 colectas; en este estudio, los mayores niveles de diversidad genética, tanto en términos de la riqueza alélica como de la heterocigosis se encontraron para las poblaciones de P. americana var. drymifolia (mexicana) y de P. americana var. guatemalensis (guatemalteca), con 83 y 81% respectivamente. Sin embargo, este estudio no encontró alelos privados que permitiesen distinguir de forma clara a estas variedades de P. americana. VI. Conclusiones sobre el origen, domesticación y diversidad de Persea americana. 1) La evidencia filogenética y biogeográfica con que se cuenta hasta ahora permite sostener que Mesoamérica es el Centro de Origen biogeográfico del Género Persea (en la forma delimitada por Rohwer et al., 2009). Todas las especies del género Persea así delimitado habitarían en México. Lo anterior permite sostener que es plausible que la especie P. americana haya evolucionado y aparecido en Mesoamérica. Al mismo tiempo, el área de distribución potencial de P. americana modelada a partir de localidades silvestres reportadas para esta especie permite sostener que una parte importante del territorio de México tiene condiciones adecuadas para que habite esta especie. 2) La presencia de parientes silvestres de una planta cultivada en una región es uno de los elementos que históricamente (Vavilov, 1926; 1931) se ha considerado como evidencia de que esa región es Centro de Domesticación de esa planta cultivada. En el caso de P. americana, gran parte del territorio nacional es área de distribución potencial de poblaciones silvestres de P. americana, al tiempo que al menos cuatro especies más viven aquí: P. cinerascens, P. pallescens, P. schiedeana y P. steyermarkii. Adicionalmente, en el caso de P. schiedeana tanto datos reportados por LoreaHernandez (comunicación personal), como datos incluidos en las etiquetas de herbario de algunos de los ejemplares revisados para este trabajo indican aprovechamiento y promoción del crecimiento de esta especie en algunas localidades del Sureste mexicano; esto constituye evidencia de procesos de domesticación sobre otras especies del género Persea ocurriendo en la actualidad. 3) Las áreas donde se distribuye la diversidad de los grupos de artrópodos asociados a P. 73 Análisis para la determinación de los centros de origen, domesticación y diversidad genética del género Persea y la especie Persea americana (aguacate) americana corresponde de nueva cuenta a Mesoamérica. Si bien las relaciones coevolutivas entre P. americana y los polinizadores reportados para la especie son difusas, la presencia de diversidad de artrópodos asociados en la misma región donde se distribuyen en la actualidad los representantes del género Persea fortalece de nueva cuenta la inferencia de que el género se originó en México. 4) La evidencia antropológica con que se cuenta documenta un uso temprano de la especie P. americana en el Sureste de México por la cultura Mokaya. La evidencia de este uso temprano de la especie se ve complementada por algunos datos arqueológicos que sugieren modificación por parte de los grupos humanos de algunas características morfológicas de los cotiledones de P. americana en el curso de diferentes horizontes culturales. Lo anterior es evidencia del proceso de domesticación y si bien no significa que la domesticación haya ocurrido solamente en los valles de Tehuacán y Oaxaca, sí es evidencia sólida de que en esas regiones ocurrió selección y manejo por parte de los grupos humanos. 5) La evidencia genética permite sostener que el proceso de domesticación de P. americana ha ocurrido más de una vez y que la variedad mexicana P. americana var. dryimifolia es una de las variedades que ha aportado material genético a los cultivares modernos de aguacate. 6) La diversidad genética al interior de P. americana es elevada. La mayor parte de los estudios está basado en el análisis de poblaciones o colectas correspondientes a las formas cultivadas de aguacate y se ha encontrado mayor diversidad genética en los cultivares de Mesoamérica en relación a lugares donde no hay poblaciones silvestres del género Persea. Por otra parte, hasta la fecha no se ha estudiado suficientemente en las poblaciones silvestres y existe un déficit en el conocimiento de la variación genética en las variedades criollas. Para comprender de mejor manera la relación entre las poblaciones silvestres de aguacate y sus poblaciones bajo domesticación, es necesario aumentar el número de individuos incorporados en los estudios así como mejorar el esfuerzo de muestreo de las poblaciones silvestres. Los elementos anteriores permiten sostener, que si bien existen áreas en las que es necesario profundizar la investigación, y que se detallarán en informes posteriores, es claro que en México ocurrió al menos la domesticación de P. americana var. drymifolia, quedando pendiente la cuestión de si este proceso ocurrió en un área localizada o si, como parecen indicar los datos genéticos y el estado actual de conocimiento sobre domesticación de plantas perennes, se dio en múltiples ocasiones a lo largo de un intervalo de tiempo y de espacio 74 Análisis para la determinación de los centros de origen, domesticación y diversidad genética del género Persea y la especie Persea americana (aguacate) amplios. VII. Referencias Arévalo E, Zhu Y, Carpenter JM & Strassmann JE (2004) The phylogeny of the social wasps subfamily Polistinae: evidence from microsatellite flanking sequences, mitochondrial COI sequence, and morphological characters. BMC Evolutionary Biology: 4 (8): 14712148. 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A partir de lo anterior, en este trabajo se analizó la información recopilada que permite sostener a México como Centro de Origen y diversidad de Persea americana y de sus parientes silvestres. Se generaron mapas de distribución potencial para las dos especies para las que en los herbarios existe suficiente información sobre plantas silvestres. 80 Análisis para la determinación de los centros de origen, domesticación y diversidad genética del género Persea y la especie Persea americana (aguacate) Presentamos también recomendaciones para la conservación del grupo, considerando la importancia la amplia distribución encontrada en la especie y las evidencia del manejo antropogénico continuo, además de los aspectos que pueden ser de interés en bioseguridad. El análisis integral que fue llevado a cabo permite identificar áreas en las que resulta necesario profundizar la investigación para lograr la determinación de los centros de origen y diversidad genética de las especies del genero Persea con mayor certidumbre, por lo que al final del presente documento se explican con detalle las razones de cada uno de los estudios sugeridos. I. Conclusiones finales del proyecto 1. La evidencia filogenética y biogeográfica con que se cuenta hasta ahora permite sostener a Mesoamérica como Centro de Origen biogeográfico del género Persea (en la forma delimitada por Rohwer et al., 2009). Todas las especies del género Persea (sensu Rohwer et al., 2009) habitan en Mesoamérica. Lo anterior permite sostener que es plausible que la especie P. americana haya evolucionado y aparecido en esta área. Al mismo tiempo, el área de distribución potencial de P. americana modelada a partir de localidades silvestres reportadas para esta especie permite sostener que una parte importante del territorio de México tiene condiciones adecuadas para que habite esta especie, con lo que nuestro país sería parte del área de distribución natural del taxón a partir del cual se dio el posterior proceso de domesticación. 2. La presencia de parientes silvestres de una planta cultivada en una región es uno de los elementos que históricamente (Vavilov, 1926; 1931) se ha considerado como evidencia de que esa región es Centro de Domesticación de esa planta cultivada. En el caso de P. americana, gran parte del territorio nacional es área de distribución potencial de poblaciones silvestres de P. americana, además de que al menos cuatro especies más viven aquí: P. cinerascens, P. pallescens, P. schiedeana y P. steyermarkii. Adicionalmente, en el caso de P. schiedeana tanto Lorea-Hernandez (comunicación personal), como datos incluidos en las etiquetas de herbario de algunos de los ejemplares revisados para este trabajo indican aprovechamiento y promoción del crecimiento de esta especie en algunas localidades del Sureste mexicano; esto constituye evidencia de procesos de domesticación sobre otras 81 Análisis para la determinación de los centros de origen, domesticación y diversidad genética del género Persea y la especie Persea americana (aguacate) especies del género Persea continúan ocurriendo en la actualidad. 3. Las áreas donde se distribuye la diversidad de los grupos de artrópodos asociados a P. americana corresponde de nueva cuenta a Mesoamérica. Si bien la evidencia sugiere una coevolución difusa ( de la relación entre P. americana y los polinizadores reportados para la especie, la presencia de diversidad de artrópodos asociados en la misma región donde se distribuyen en la actualidad los representantes del género Persea fortalece de nueva cuenta la inferencia de que el género se originó en México. 4. La evidencia antropológica con que se cuenta documenta un uso temprano de la especie P. americana en el Sureste de México por la cultura Mokaya. La evidencia de este uso temprano de la especie se ve complementada por algunos datos arqueológicos que sugieren modificación por parte de los grupos humanos de algunas características morfológicas de los cotiledones de P. americana en el curso de diferentes horizontes culturales. Lo anterior es evidencia del proceso de domesticación y si bien no significa que la domesticación haya ocurrido solamente en los valles de Tehuacán y Oaxaca, sí es evidencia sólida de que en esas regiones ocurrió selección y manejo por parte de los grupos humanos. 5. La evidencia genética permite sostener que el proceso de domesticación de P. americana ha ocurrido más de una vez y que poblaciones a veces consideradas como la variedad dryimifolia han aportado material genético a los cultivares modernos de aguacate. 6. La diversidad genética al interior de P. americana es elevada. La mayor parte de los estudios están basados en el análisis de poblaciones o colectas correspondientes a las formas cultivadas de aguacate y se ha encontrado mayor diversidad genética en los cultivares de Mesoamérica en relación a lugares donde no hay poblaciones silvestres del género Persea. Por otra parte, hasta la fecha no se ha estudiado suficientemente a las poblaciones silvestres y existe un déficit en el conocimiento de la variación genética en las variedades criollas. Para comprender de mejor manera la relación entre las poblaciones silvestres de aguacate y sus poblaciones bajo domesticación, es necesario aumentar el número de individuos incorporados en los estudios así como mejorar el esfuerzo de muestreo de las poblaciones silvestres. 82 Análisis para la determinación de los centros de origen, domesticación y diversidad genética del género Persea y la especie Persea americana (aguacate) Los elementos anteriores permiten sostener, que si bien existen áreas en las que es necesario profundizar la investigación, es claro que en México ocurrió al menos la domesticación de algunas poblaciones de P. americana, quedando pendiente la investigación acerca de si este proceso ocurrió en un área localizada o si, como parecen indicar los datos genéticos y el estado actual de conocimiento sobre domesticación de plantas perennes, se dio en múltiples ocasiones a lo largo de un intervalo de tiempo y de espacio amplios. II. Recomendaciones sobre conservación En esta sección, a partir de la información que hemos recopilado, señalamos algunos aspectos que resultan relevantes para la conservación de la especie Persea americana y de la diversidad contenida en ellas, particularmente de las poblaciones silvestres y criollas de México. Implicaciones del área de distribución modelada para la especie La revisión del material de los herbarios y la generación de los mapas de distribución potencial realizados durante esta investigación mostró que el área de distribución potencial de Persea americana abarca gran parte del territorio nacional. A reserva de la validación en campo (una de las perspectivas de trabajo) de dicha área de distribución potencial, resulta claro que las poblaciones silvestres de P. americana que se encuentren dentro de esa área de distribución potencial constituirían reservorios de diversidad que potencialmente podrían estar involucrados en los procesos de domesticación de la especie. El área de distribución de las poblaciones silvestres de P. americana nos habla, en última instancia, de la distribución de las poblaciones silvestres más cercanamente emparentadas con las formas cultivadas. El área de distribución potencial de la especie en estado silvestre, abarca, de acuerdo a Gepts (comunicación personal) el área donde podría haberse dado el proceso de domesticación de la especie, entendido como la modificación de los patrones de variación en estado silvestre como resultado de la selección artificial. Existe la posibilidad, en vista de la presencia de un elevado número de polinizadores generalistas asociados a la especie P. americana en nuestro país, que pudiese existir flujo génico entre las poblaciones cultivadas y sus parientes silvestres (si bien el conocimiento exacto de esto requiere, como mencionaremos más delante de mayores estudios de la 83 Análisis para la determinación de los centros de origen, domesticación y diversidad genética del género Persea y la especie Persea americana (aguacate) variación y estructura genética de esta especie en estado silvestre). La información acerca de la variación genética de las formas silvestres y de cultivares tradicionales en México es escasa, por lo que resulta de gran relevancia preservar las poblaciones silvestres para que puedan ser estudiadas desde diferentes puntos de vista. Así, la conservación in situ de P. americana es una prioridad. La conservación in situ se realiza a nivel de ecosistemas (conservación de especies en su hábitat natural) o agroecosistemas (conservación de especies cultivadas en sistemas de agricultura tradicional; Ramírez et al., 2000). Para una planta como Persea americana, sujeta a manejo local (como resultó claro de la información recopilada en las etiquetas de los herbarios visitados) este aspecto tiene relevancia ya que posibilita la conservación de poblaciones silvestres, de bosques secundarios, cultivadas y/o variedades nativas o criollas, además de la conservación de otros parientes silvestres cercanamente emparentados (Meilleur y Hodgkin, 2004). Este enfoque de la conservación adquiere mayor trascendencia toda vez que P. americana es una planta en la que continúan llevándose a cabo procesos de domesticación en diferentes comunidades campesinas, como pudimos constatar en la información de los herbarios. En este trabajo pudimos estimar el área de distribución de P. schiedeana, uno de los parientes silvestres de P. americana. Desde el punto de vista de la conservación, el área de distribución potencial de los parientes silvestres de una planta cultivada cobra relevancia porque: 1) habla del área donde pudo haber ocurrido el proceso de domesticación, 2) es un área donde pueden estar desarrollándose procesos de domesticación contemporáneos y 3) es un área que puede contener variación genética relevante para el fitomejoramiento. Es importante recordar que la diversidad presente en los cultivos no es una diversidad estática, sino una diversidad constantemente cambiante, por lo que todo banco de germoplasma depende, en última instancia de la conservación del espacio donde se genera la diversidad, a saber, las poblaciones silvestres y domesticadas de P. americana y por lo menos P. schiedeana, fuente primaria de la diversidad genética (Vavilov, 1994; Casas et al., 2007). La falta de conocimiento de la distribución de la diversidad de P. americana hace necesario que, por el momento, se considere prioritaria la conservación de su distribución potencial como un área mínima. Como se ha señalado desde los inicios de la genética de poblaciones (Haldane, 1946) la conservación de reservorios de variación genética es vital para que sea 84 Análisis para la determinación de los centros de origen, domesticación y diversidad genética del género Persea y la especie Persea americana (aguacate) posible hacer frente a cambios medioambientales que puedan afectar a las condiciones de vida de los cultivos de interés, sea que los cambios ambientales tengan un origen geológico o biótico, o bien sean ocasionados de manera directa por la actividad humana. La domesticación como un proceso continuo: el caso de Persea schiedeana Para al menos uno de los parientes de P. americana, la especie P. schiedeana, también existen reportes de uso y promoción de su crecimiento para comunidades del sureste, particularmente en Tabasco (Lorea-Hernández, comunicación personal; Scora et al., 2002). La especie P. schiedeana reviste especial importancia por tratarse de uno de los parientes silvestres de la especie más ampliamente utilizada dentro del género. Se ha reportado el consumo de las bayas de P. schiedeana (también llamado “aguacate cimarrón”, Scora et al., 2002) en la zona de los Tuxtlas, para la que se ha reportado una cantidad importante de variación en la morfología y composición química de los frutos (JoaquínMartínez et al., 2007). Será interesante en lo sucesivo comparar los niveles de variación, por ejemplo genética, de las poblaciones silvestres, pero consumidas, de P. schiedeana, con los de las poblaciones de P. americana para identificar patrones comunes al proceso de domesticación. Para Persea schiedeana se ha reportado además su uso como árbol de sombra en cafetales en el sureste de México (Scora et al., 2002), lo cual implica algún grado de manejo por parte de la población campesina de la zona. Este manejo, que podría corresponder a etapas tempranas de un nuevo proceso de domesticación, ubicándose en las etapas que Casas y colaboradores (2007) denominan b) y c) del proceso de domesticación, en las que, respectivamente, una especie es conservada como parte del agroecosistema (b) y posteriormente se promueve su crecimiento mediante la modificación del entorno en el que crecen las plántulas (c). De esta manera, la conservación de los procesos de domesticación de P. americana y de sus parientes silvestres debería incluir la conservación de las dinámicas de manejo que hacen posible la ocurrencia contemporánea de procesos de domesticación como los que ocurren en P. schiedeana. Algunas consideraciones sobre bioseguridad Como señalamos en el segundo informe de este proyecto, la inmensa mayoría de la 85 Análisis para la determinación de los centros de origen, domesticación y diversidad genética del género Persea y la especie Persea americana (aguacate) información que se tiene acerca de la artropofauna asociada a P. americana proviene de las variedades comerciales sembradas en monocultivos, por lo que se requiere más información acerca de las poblaciones silvestres y criollas. Sin embargo, es notable el hecho de que gran parte de los polinizadores que se han documentado para P. americana en México son insectos de tipo generalista. Esto es relevante porque implica que en la medida en que en que se comparten polinizadores entre P. americana y muchas otras plantas, modificaciones o perturbaciones de origen antrópico que afecten a las poblaciones de aguacate podrían, al menos potencialmente, afectar a otras plantas. III. Aspectos a profundizar Evidentemente, y como señalamos en el Cuarto informe parcial del proyecto “Análisis para la determinación de los centros de origen, domesticación y diversidad genética del género Persea y la especie Persea americana (aguacate)”, si bien hay mucha evidencia que apunta a que México es el Centro de Origen y diversidad de P. americana, existen áreas en las que sería importante profundizar para tener un mejor conocimiento de los proceso de domesticación de esta especie en nuestro país. En estas áreas ubicamos algunas perspectivas de estudio orientadas a completar la documentación del proceso histórico de domesticación del aguacate, y a ampliar el conocimiento de la variación a diferentes niveles (morfológico, ecológico, genético, etc.) y las huellas que los procesos de domesticación han dejado en ella. Validación del área de distribución potencial Validar el área de distribución potencial de P. americana resulta fundamental por cuanto permitiría ubicar el espacio en el que en potencia han ocurrido y podrían estar ocurriendo en el presente procesos de domesticación. El recorrido de las áreas predichas en el modelo de nicho ecológico que presentamos en el Tercer Informe Parcial del Proyecto “Recopilación de información que permite sostener a México como Centro de Origen y diversidad de la especie Persea americana (Mill.)” permitirá en el mediano plazo validar esta área de distribución (ver Figura 1). 86 Análisis para la determinación de los centros de origen, domesticación y diversidad genética del género Persea y la especie Persea americana (aguacate) Figura 1. Mapa con el área de distribución potencial de P. americana estimada utilizando el algoritmo GARP, a partir de los puntos de colecta indicados en azul. En este mapa se muestra una amplia zona potencial de distribución en la península de Yucatán, la cual resulta inesperada, toda vez que siendo una zona comparativamente cálida, no se caracteriza por presentar comunidades vegetales parecidas a los bosques mesófilos o de montaña (Rzedowski, 1997), que son las zonas donde más comúnmente habita P. americana de manera silvestre. Así, en estudios sobre la composición de la vegetación de Calakmul, no ha sido reportado como un elemento encontrado allí como parte de la vegetación silvestre (Martínez & Galindo-Leal, 2002). Una posible explicación es que los puntos que encontramos reportados en los herbarios como parte de vegetación silvestre, correspondan en realidad a individuos remanentes de introducciones antiguas de la especie a través del cultivo toda vez que éste se dispersó muy rápidamente en épocas prehispánicas (ver la sección de información arqueológica y antropológica del presente documento). Por ello consideramos que sería relevante trabajar en dos líneas: 1) la consulta de material de biológico de P. americana que ha quedado pendiente, depositado en la colección del género Persea ubicada en la Unidad de Recursos Genéticos del Centro de Investigación Agrícola Bajío, Celaya, Gto., del INIFAP; 2) realizar visitas a la zona de la península de Yucatán donde podría distribuirse P. americana. 87 Análisis para la determinación de los centros de origen, domesticación y diversidad genética del género Persea y la especie Persea americana (aguacate) Figura 2. Mapa con el área de distribución potencial para P. schiedeana estimada mediante el algoritmo GARP empleando como referencia los puntos geográficos marcados en azul. En el otro extremo tenemos la zona de transición entre el eje neovolcánico transversal y la región del Bajío. En esta zona, si bien no hemos encontrado registros de la presencia de P. americana, no se puede descartar que la especie se distribuya en cañadas aisladas, donde pudiese haber remanentes de vegetación de montaña (F. Lorea-Hernández, comunicación personal). Sin embargo, se trata de una región con fuerte presión antrópica, cuyo uso de suelo ha sido ampliamente modificado, por lo que no se puede descartar que el mapa de distribución potencial en este caso, nos esté indicando la distribución histórica de la especie y no la contemporánea. Al respecto, Rzedowski (1979) ha descrito para zonas del eje neovolcánico, remanentes de bosque mesófilo, si bien no se cuenta con evidencia directa de la presencia de P. americana en ellos. Análisis de muestras arqueobotánicas y del contexto antropológico del proceso de domesticación en Persea americana. A partir de la información recopilada a lo largo de este trabajo, consideramos relevante dirigir 88 Análisis para la determinación de los centros de origen, domesticación y diversidad genética del género Persea y la especie Persea americana (aguacate) futuros esfuerzos en dos direcciones: 1) realizar análisis morfológicos y genéticos a las muestras arqueobotánicas encontradas hasta ahora, y 2) recabar y analizar la información etnoligüística y antropológica que nos permita identificar elementos presentes en el proceso de domesticación de P. americana a lo largo de un intervalo de tiempo y espacio amplio, como ocurre con las plantas perennes, así como aquellos que han contribuido con la generación de diversidad presente en el aguacate. Con la evidencia arqueobotánica de P. americana localizada en el Valle de Tehuacán y en el Valle de Oaxaca y reportadas en el cuarto informe de este trabajo, no es posible afirmar que en alguno de estos valles inició el proceso de domesticación. Sin embargo, analizar este material desde distintas aproximaciones puede proporcionar información respecto de cómo este proceso se desarrolla en esta especie perenne. Por lo tanto, con relación a la información que proviene del registro fósil sugerimos: a) Realizar nuevas estimaciones de fechamiento en las muestras arqueobotánicas que provienen tanto del Valle de Tehuacán como del Valle de Oaxaca. Sería igualmente importante incluir muestras colectadas recientemente en otras zonas del país (GutiérrezDíez et al., 2009). b) Actualizar la información morfométrica del material existente. c) Realizar un nuevo análisis morfométrico comparativo entre los registros provenientes de muestras de la misma zona pero que no han sido analizadas hasta ahora; hacer igualmente un análisis entre los datos de las diferentes zonas donde se tiene registro fósil de P. americana. d) Considerar la posibilidad de realizar análisis de la variación genética, tanto neutral como posiblemente adaptativa presente en el material arqueobotánico para compararla con la variación actual de cultivares y poblaciones criollas. Para poder llevar a cabo estos análisis, es necesario establecer contacto con Aurora Montúfar del Laboratorio de Paleobotánica del Instituto Nacional de Antropología e Historia, ya que las muestras se encuentran bajo su resguardo en esta institución. Igualmente sugerimos consultar a investigadores en paleobotánica, entre los cuales sugerimos a Emily McClung del Instituto de Investigaciones Antropológicas de la UNAM y al Laboratorio de Palinología de la 89 Análisis para la determinación de los centros de origen, domesticación y diversidad genética del género Persea y la especie Persea americana (aguacate) Escuela Nacional de Antropología e Historia. De acuerdo a estudios en antropología (Clark, 1989, 1991; Gutiérrez y Villanueva, 2007; Landon, 2009), etnolingüística (Gama-Campillo y Gómez-Pompa, 1992; Berlin et al., 1973) y arqueobotánica (Smith, 1966, 1968, 1969; McClung, 1979; Montúfar, 2003), el aguacate se hace presente en Mesoamérica no sólo como elemento extraído de la naturaleza con fines alimentarios sino también como parte de la cosmovisión, los rituales y jardines (Landon, 2009) de las culturas de esta región en el pasado. Estos elementos forman parte de las motivaciones detrás de los trazos que tiene el proceso de domesticación y que se expresa también en la diversidad encontrada hasta ahora para el aguacate. Este árbol ha sido importante para las culturas mesoamericanas no sólo como fuente de alimento sino también con fines curativos y es una planta que forma parte de su mitología y cosmovisión, basta revisar los estudios iconográficos que documentan esta relación (ver figuras 1 y 2) (Schele, 1978; Kettunen y Helmke, 2005; Martin, 2006; Gama-Campillo y Gómez-Pompa, 1992). Figura 3. Dos versiones de K'ank'in, el mes número catorce del Calendario Clásico Maya, el cual está representado por el glifo para el aguacate (Kettunen y Helmke, 2005). Para completar la documentación del proceso histórico de domesticación del aguacate, y detectar algunos de los elementos que han contribuido con la generación de la diversidad registrada hasta el momento, consideramos relevante recabar y analizar con más detalle la información antropológica y etnolingüística escrita hasta el momento así como el registro arqueológico. 90 Análisis para la determinación de los centros de origen, domesticación y diversidad genética del género Persea y la especie Persea americana (aguacate) Figura 4. Señora Kanal-Ikal emergiendo con un árbol de aguacate; se ubica a un lado del sarcófago de JanaabPacal (Martin, 2006). La revisión de literatura especializada en el tema y la consulta con especialistas, forma parte de las actividades que sugerimos con el fin de conocer el proceso de domesticación desde una perspectiva antropológica y etnobotánica. Consideramos importante consultar a María Elena Galindo-Tovar, investigadora de la Facultad de Ciencias Biológicas y Agropecuarias-Córdoba, de la Universidad Veracruzana; a Arturo Gómez-Pompa de la Universidad de California, Riverside, quien sigue una línea de investigación específicamente en la evolución y domesticación de árboles tropicales desde una perspectiva etnobotánica y ecológica; y finalmente a Emily McClung, del Instituto de Investigaciones Antropológicas también de la UNAM. Biología reproductiva del aguacate Si bien se tiene un conocimiento general sobre la biología reproductiva de Persea americana, este proviene en lo fundamental de las variedades cultivadas de esta planta. En este sentido, si se busca información necesaria para elaborar medidas de bioseguridad en torno a esta especie o bien si se busca tener más información que haga posible la mejor conservación de las poblaciones silvestres y/o en cultivares criollos, se requiere avanzar en el conocimiento de las interacciones de la especie en condiciones naturales, en particular respecto a sus polinizadores y visitantes florales. La posibilidad de flujo génico entre Persea americana y sus parientes silvestres es real, toda vez que de acuerdo a la literatura las especies del subgénero Persea son 91 Análisis para la determinación de los centros de origen, domesticación y diversidad genética del género Persea y la especie Persea americana (aguacate) interfértiles, es decir, pueden formar híbridos (Ashworth et al., 2011) y al cultivarse en cientos de comunidades cercanas o dentro de la distribución de dichos parientes, los eventos de entre cruza pueden ocurrir, al menos en potencia. La evaluación por métodos indirectos de los eventos de entre cruza, del tipo de análisis de asignación a partir de datos genéticos (Prtichard et al., 2000; Piry et al., 2004), en particular en zonas de contacto entre cultivares de P. americana y alguno de sus parientes silvestres (p. ej., la región de Los Tuxtlas) sería una posibilidad de aquilatar la magnitud de este flujo. En términos de la artropofauna asociada a P. americana y en particular en relación a los polinizadores de esta especie, la información con que se cuenta hasta ahora permite hablar de una correspondencia difusa entre las zonas de diversidad de las especies que se han encontrado asociadas a P. americana. Sin embargo, sería necesario realizar estudios cuyo objetivo primario sea establecer si los polinizadores y visitantes florales de tipo generalista y nativos de México que se han encontrado asociados a P. americana pertenecen a grupos particularmente diversos en México. Lo anterior indicaría un patrón de especiación coherente con la idea de que la especie P. americana y sus parientes silvestres han evolucionado en Mesoamérica junto con sus polinizadores. Por otra parte, no existen en la literatura científica que consultamos, reportes donde se estudie la artropofauna asociada o los visitantes florales en poblaciones silvestres de P. americana. Al mismo tiempo, no se ha documentado más allá de algunos estudios generales para la familia Lauraceae (Kubitzki & Kurz, 1984; Ávila et al., 1996; Solórzano, 2000), los mecanismos de dispersión de esta especie; los mecanismos de dispersión para P. americana han quedado hasta cierto punto, en el marco de hipótesis sobre su contexto evolutivo (Barlow, 2000). Estos dos ámbitos son relevantes desde el punto de vista de la conservación, por cuanto no es posible conservar a una especie sin conservar sus interacciones (Stockwell et al., 2003). Por otra parte, la comprensión de las interacciones entre la especie de interés y otras especies es indispensable desde el punto de vista de la bioseguridad, por cuanto estas interacciones nos hablan del impacto que tendría sobre el ecosistema un factor o evento que afectase a la especie de interés (en este caso P. americana). Genética de poblaciones 92 Análisis para la determinación de los centros de origen, domesticación y diversidad genética del género Persea y la especie Persea americana (aguacate) Como señalamos en las conclusiones generales de este proyecto, hasta este momento el uso de marcadores moleculares altamente variables, si bien ha arrojado información importante acerca de los cultivares de reciente creación (principalmente híbridos estadounidenses) no ha incluido una muestra amplia de las variedades criollas presentes en México. Al mismo tiempo, la variación genética a nivel molecular en poblaciones silvestres de P. americana prácticamente se desconoce y requiere de mayor atención. Lo mismo puede decirse del resto de las especies del subgénero Persea que se distribuyen en México. Como hemos señalado, es necesario ampliar el conocimiento de la variación genética de las poblaciones de Persea americana. Los marcadores moleculares como las secuencias codificantes de celulasa, chalcona sintasa (CHS), flavonona-3-hidroxilasa (F3H) y serintreonin-cinasa (STK) que han sido empleadas en estudios anteriores (Chen et al, 2009), parecen buenas alternativas para elaborar estudios de este tipo. Estos marcadores moleculares han mostrado variabilidad suficiente para distinguir las regiones geográficas de donde se originó el germoplasma que dio origen a algunos cultivares comerciales desarrollados principalmente en EU. El trabajo en el campo de la genética de poblaciones en P. americana sería importante porque ayudaría a elucidar tres grandes aspectos: 1) el efecto de los procesos de domesticación para P. americana en la variación contenida dentro y entre las poblaciones de la especie; 2) la ubicación de zonas particularmente diversas, que podrían ser reservorios genéticos de interés para la especie; 3) los niveles de flujo génico que se ha mantenido históricamente entre las poblaciones silvestres y cultivadas, así como entre los varietales criollos de P. americana. Este último punto tendría implicaciones también para la bioseguridad, pues mostraría hasta qué punto se puede esperar que exista flujo génico en el futuro entre formas silvestres y cultivadas de la especie, con las consecuentes implicaciones ecológicas del caso. Un estudio de este tipo podría realizarse de dos maneras principales, no excluyentes entre sí. Por una parte, a partir del material biológico que se encuentra contenido en los herbarios que visitamos y para el cual ya se tienen identificados los ejemplares que parecen corresponder a poblaciones silvestres de acuerdo a los datos de colecta, se podría extraer ADN para la amplificación de marcadores moleculares variables. Si bien el tamaño muestral sería aparentemente reducido, permitiría incrementar notablemente el número de ejemplares 93 Análisis para la determinación de los centros de origen, domesticación y diversidad genética del género Persea y la especie Persea americana (aguacate) criollos y silvestres que se han estudiado por medio de marcadores moleculares. Por otra parte, se podría buscar ejemplares en las poblaciones silvestres reportadas históricamente en los herbarios. Este tipo de aproximación permitiría contrastar de manera más clara la variación genética presente en los ejemplares que corresponden a parte de la cubierta vegetal natural (asociados a bosques montanos) de los cultivares de traspatio. Se ha sostenido que los procesos de domesticación suelen tener como resultado cuellos de botella que reducen la variación genética presente en las formas cultivadas en relación a las poblaciones silvestres de una especie (Gepts, 2004). Sin embargo, este patrón puede no ser del todo consistente cuando se trata de plantas que han tenido múltiples procesos de domesticación (como es el caso del aguacate, ver Chen et al., 2009) o bien que han tenido contacto recurrente con poblaciones de sus parientes silvestres, como en el caso del chile (Aguilar- Meléndez et al., 2009). Al mismo tiempo, como señalamos en el Cuarto Informe de este proyecto, la variación genética presente en una especie domesticada perenne puede ser afectada por varios contactos con los parientes silvestres a lo largo incluso de una misma generación del cultivo pues este puede, en potencia, tener más de un contacto con sus pariente silvestres. Lo anterior ha llevado a estimar que en promedio, las plantas domesticadas perennes (como los árboles de aguacate), retienen mayores porcentajes de la variación genética presente en estado silvestre en comparación con planta anuales (ver Miller & Gross, 2011). Los resultados de Chen y colaboradores (2011) parecen corroborar esta predicción, sin embargo, como hemos mencionado, no se ha explorado suficientemente los niveles de variación de la especie. En éste último aspecto, el género Persea en México es un sistema que permite realizar una comparación sumamente interesante tanto desde el punto de vista de la teoría de la domesticación como desde el punto de vista del conocimiento de los recursos fitogenéticos con los que cuenta el país. Es posible analizar la distribución de la variación genética en poblaciones silvestres y cultivares de P. americana y compararlos con los niveles de variación que se encuentran en poblaciones de P. schiedeana. Esta última es una especie sujeta a manejo, pero para la cual no se han establecido plantaciones o variedades domesticadas propiamente dichas. De esta manera, un estudio que abarcase una muestra, así sea localizada permitiría comparar no solamente las poblaciones silvestres y domesticadas de P. americana sino cómo es la huella genética del manejo en una especie que se puede considerar en proceso 94 Análisis para la determinación de los centros de origen, domesticación y diversidad genética del género Persea y la especie Persea americana (aguacate) de domesticación, como P. schiedeana. Si se encontrasen patrones de diferenciación en común, pero acentuados en P. americana en relación a P. scheiedeana, se podrían hacer algunas generalizaciones sobre el tipo de consecuencias que tiene la domesticación a nivel de la variación genética para las especies de este género. Un aspecto más, que será relevante en el futuro, será el estudio de los patrones de diferenciación que se puedan observar entre las poblaciones cultivadas y silvestres de P. americana en marcadores moleculares posiblemente sujetos a selección, los llamados genes candidatos. Su análisis será accesible en la medida en que esfuerzos de secuenciación de genomas completos comiencen a aportar datos que sirvan como referencia. IV. El aporte de estas perspectivas al conocimiento de la domesticación y la diversidad Haciendo un balance del estado actual del conocimiento sobre la domesticación y diversidad en Persea americana utilizando como referencia las categorías planteadas por Gepts (en preparación) durante el Taller sobre Centros de Origen, Domesticación y Diversificación de cultivos mesoamericanos organizado por CONABIO el 19 y 20 de septiembre de 2011, podemos hacer algunas consideraciones. 1) La evidencia acumulada permite identificar con bastante certeza el área en la que la especie progenitora (P. americana) de las formas actuales de aguacate se originó, es decir, se puede afirmar que el Centro de Origen de P. americana es sin duda, Mesoamérica. 2) Lo anterior se refleja en el hecho de que, como indican los ejemplares disponibles en herbario y el área de distribución potencial, la distribución geográfica y ecológica (el nicho potencial) de P. americana en la actualidad, abarca buena parte del territorio nacional. La validación, y en su caso adicional delimitación, del área de distribución potencial de P. americana permitirá refinar la evidencia ya existente en torno a este aspecto. 3) La evidencia biogeográfica indica que el área de diversificación del subgénero Persea al que pertenece P. americana, corresponde a México y Centroamérica, pues si este subgénero se circunscribe de acuerdo a las reconstrucciones filogenéticas recientes (Rohwer, 2009) el subgénero Persea se distribuiría exclusivamente en esta región. También a nivel del género Persea como un todo, 95 Análisis para la determinación de los centros de origen, domesticación y diversidad genética del género Persea y la especie Persea americana (aguacate) encontramos altos niveles de endemismo, lo cual permite hablar de México como un centro donde la diversificación de Persea ocurrió desde antes del proceso de domesticación. 4) Existe evidencia arqueológica y etnobotánica que documenta el uso y probablemente la domesticación pasada (P. americana) y en curso (P. schiedeana) de especies de éste género. Esto apunta a que México y Centroamérica serían el Centro de domesticación de P. americana, sin embargo, para ampliar el conocimiento respecto a este punto es necesario desarrollar las líneas que hemos propuesto en el campo del estudio sistemático, morfológico y quizá genético del registro arqueológico disponible para P. americana. Por otra parte, la naturaleza y consecuencias del proceso de domesticación han sido estudiados desde el punto de vista genético aprovechando sólo de manera limitada los marcadores moleculares ya disponibles. Así, la información que se podría obtener del estudio comparativo de la composición genética de las poblaciones nativas (sean cultivares locales o bien poblaciones silvestres) de P. americana así como de P. schiedeana, permitiría, mediante métodos de inferencia histórica a partir de evidencia molecular, ampliar notablemente el conocimiento acerca del área o áreas en las que ocurrió el proceso de domesticación, los Centros de domesticación de estas especies. Al mismo tiempo, permitiría abordar preguntas básicas sobre el proceso de domesticación en especies perennes, tales como evaluar el efecto de la domesticación en los niveles de variación, o la distinción más fina de si existe variación que permita distinguir grupos regionales, variedad o subespecies en P. americana. 5) La comprensión de los procesos de diversificación (mediados por selección artificial) dentro de P. americana, así como la ubicación de las regiones donde esta diversificación pudo haber ocurrido se verá reforzada tanto por estudios de genética poblacional que incluyan organismos silvestres o cultivares locales, como por otro tipo de estudios que puedan incluir el análisis de algunas características morfológicas del fruto, al ser esta unidad el objeto central del proceso de selección artificial. Al mismo tiempo, los estudios de genética poblacional que se enfoquen en las poblaciones mexicanas de la especie, permitirán conocer de mejor manera la 96 Análisis para la determinación de los centros de origen, domesticación y diversidad genética del género Persea y la especie Persea americana (aguacate) distribución de la diversidad genética y, en última instancia, aportar elementos que permitan entender el tipo de procesos demográficos, selectivos y de flujo génico que han moldeado a la especie. V. Referencias Aguilar-Meléndez A, Morrell PL, Roose ML & Kim SC (2009) Genetic diversity and structure in semiwild and domesticated chiles (Capsicum annuum; Solanaceae) from Mexico. Am. J. Bot. 96:1190-1202. Ávila ML, Hernández VH & Velarde E (1996) The Diet of resplendent Quetzal (Pharomachrus mocinno mocinno: Trogonidae) in a mexican cloud forest. Biotropica, 28 (4b): 720-727. Barlow C (2000) The Ghosts of Evolution. Basic Books. New York. 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