BIOLOGÍA REPRODUCTIVA DE Chamaecrista chamaecristoides ... Maestria... · estigma, dentro y entre...
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BIOLOGÍA REPRODUCTIVA DE Chamaecrista chamaecristoides (Fabaceae), ESPECIE ENANTIOESTILICA DE LAS DUNAS COSTERAS. TESIS QUE PRESENTA GERARDO ARCEO GÓMEZ PARA OBTENER EL GRADO DE MAESTRÍA EN CIENCIAS
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BIOLOGÍA REPRODUCTIVA DE Chamaecrista chamaecristoides (Fabaceae), ESPECIE ENANTIOESTILICA DE LAS DUNAS COSTERAS.
TESIS QUE PRESENTA GERARDO ARCEO GÓMEZ PARA OBTENER EL GRADO DE MAESTRÍA EN CIENCIAS
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Xalapa, Veracruz, México (2008)
Aprobación final del documento final de tesis de grado: Biología reproductiva de Chamaecrista chamaecristoides (Fabaceae), especie enantioestilica de las dunas costeras. Nombre Firma Director Dr. José G. García-Franco ________________________ Comité Tutorial Dra. María L. Martínez Vázquez ________________________ Dr. Víctor Parra-Tabla ________________________ Jurado Dr. Juan F. Ornelas Rodríguez ________________________ Dr. Fabián Vargas Mendoza ________________________
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DECLARACIÓN
Excepto cuando es explícitamente indicado en el texto, el trabajo de investigación
contenido en esta tesis fue efectuado por el Biol. Gerardo Arceo-Gómez como estudiante de la
carrera de Maestría en Ciencias entre Septiembre del 2006 y Septiembre del 2008, bajo la
supervisión del Dr. José G. García-Franco
Las investigaciones reportadas en esta tesis no han sido utilizadas anteriormente para
obtener otros grados académicos, ni serán utilizadas para tales fines en el futuro.
Candidato: _____________________________
Director de tesis: _____________________________
4
Índice
Resumen ....................................................................................................................6
Capitulo I. Introducción y Marco teórico ..............................................................7
Introducción ..........................................................................................................7
Marco teórico ........................................................................................................8
Diversidad floral .....................................................................................................................8
Evolución de los sistemas reproductivos y los sistemas de apareamiento........................9
Autofertilización versus fertilización cruzada ...................................................................11
Enantioestilia ........................................................................................................................13
Flores espejo en el género Chamaecrista ............................................................................17
Literatura citada ..................................................................................................................20
Capítulo II Floral and reproductive biology of enantiostylous Chamaecrista
chamaecristoides (Fabaceae): a mixed mating system? ......................................24
ABSTRACT.........................................................................................................26
METHODS ..........................................................................................................28
Plant species ..........................................................................................................................28
Study site ...............................................................................................................................29
Statistical analyses................................................................................................................31
RESULTS ............................................................................................................32
Flower morph proportion....................................................................................................32
Floral morphology................................................................................................................32
Pollinator observations ........................................................................................................33
Reproductive system ............................................................................................................33
DISCUSSION ......................................................................................................33
Literature cited....................................................................................................40
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Capítulo III Anatomía de los órganos sexuales en flores-espejo de
Chamaecrista chamaecristoides (Fabaceae): implicaciones para la polinización
..................................................................................................................................48
Resumen ...............................................................................................................49
Introducción ........................................................................................................50
Marco teórico ......................................................................................................51
Métodos ................................................................................................................53
Especie de estudio.................................................................................................................53
Área de estudio .....................................................................................................................53
Determinación de la micromorfología................................................................................54
Evaluación de la función de la vibración en la deposición de polen ................................54
Resultados ............................................................................................................55
Determinación morfológica de los órganos sexuales .........................................................55
Evaluación de la función de la vibración en la deposición de polen ................................55
Discusión ..............................................................................................................55
Literatura citada .................................................................................................63
Capitulo IV. Discusión general .............................................................................65
Literatura citada .................................................................................................70
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Resumen
La enantioestilia es un polimorfismo floral en el que el estilo se encuentra flexionado lejos del eje
central de la flor, en unas flores hacia la derecha y en otras hacia la izquierda. Este polimorfismo
floral es comúnmente interpretado como un diseño que favorece el entrecruzamiento. Sin
embargo, esta interpretación no es del todo clara dada la presencia de ambos morfos florales en el
mismo individuo (enantioestilia monomórfica). En este estudio evalué la biología floral y el
sistema reproductivo de la especie enantioestílica Chamaecrista chamaecristoides. Se analizó la
proporción de morfos florales, la morfología floral, producción de polen, el sistema reproductivo
y los patrones de visita de los polinizadores así como también la anatomía de los órganos
sexuales. La proporción de morfos florales fue distinta entre individuos a lo largo de la floración,
condición que promueve el entrecruzamiento. Las flores son realmente flores-espejo al no diferir
en ninguna de los atributos morfológicos medidos. Las diferencias en posición, tamaño y
producción de polen entre tipos de anteras sugieren una diferenciación funcional en alimentación
y polinización. Entre las anteras de polinización una favorece la autofertilización y la opuesta el
entrecruzamiento. Esta diferencia funcional previene la perdida de polen, optimizan la dispersión
del mismo y maximiza de esta manera la adecuación masculina. C. chamaecristoides es
autocompatible y posee un sistema de apareamiento mixto lo que le asegura la fecundación dada
el corto periodo reproductivo de esta especie (menos de un día). Las observaciones anatómicas de
los órganos sexuales también sugieren que esta especie está altamente adaptada a la polinización
por vibración y es completamente dependiente de los polinizadores, ya que la vibración
mecánica no solo participa en la liberación del polen sino también en la deposición del mismo en
el estigma.
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Capitulo I. Introducción y Marco teórico
Introducción
La enantioestilia es un polimorfismo floral en el que el estilo se encuentra separado del plano
medio de la flor, en unas flores hacia la derecha y en otras hacia la izquierda (Fenster 1995,
Jesson y Barrett 2002, Jesson y Barrett 2003) y se presenta en al menos 12 familias de
angiospermas tanto en monocotiledóneas como en dicotiledóneas (Jesson y Barrett 2002; Jesson
y Barrett 2003). Este rasgo floral es usualmente interpretado como un mecanismo diseñado para
favorecer la polinización cruzada, aunque esta interpretación se ha puesto en duda dada la
existencia de varias formas dentro de este polimorfismo (i.e. enantioestilia monomórfica y
dimórfica) (Fenster 1995; Jesson y Barrett 2002; Jesson y Barrett 2003; Jesson et al. 2003).
Varios estudios han evaluado el significado adaptativo de la enantioestilia y el sistema
reproductivo dentro del género Chamaecrista, particularmente en C. fasciculata (e.g. Fenster y
Sork 1988, Fenster 1991, Wolfe y Estes 1992, Fenster 1995) y en C. keyensis (e.g. Liu y Koptur
2003). Sin embargo, su evolución dentro del género aún no es clara, ya que mientras que Fenster
(1991) lo describe como un sistema efectivo de entrecruzamiento que evita la autofertilización en
C. fasciculata, Liu y Koptur (2003) sugieren que la autofertilización puede ser una característica
común en C. keyensis.
La arquitectura floral del género Chamaecrista es igualmente particular y única dentro de las
leguminosas (Tucker 1996), aunque esta también es inconsistente dentro del género debido a la
variación en el número, tamaño y posición de las anteras entre las distintas especies (Thorp y
Estes 1975, Wolfe y Estes 1992, Liu y Koptur 2003). Esta variación en los caracteres florales es
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importante dentro de los sistemas reproductivos ya que regulan la cantidad y la eficiencia en la
remoción, transferencia y deposición del polen (Jesson y Barrett 2003).
Debido a la importancia de estudiar mas ampliamente el significado funcional de este rasgo floral
(Fenster 1995, Jesson y Barrett 2003), en este estudio examiné el sistema reproductivo, la
polinización y su relación con la morfología floral en Chamaecrista chamaecristoides, una
especie enantioestílica endémica de la dunas costeras del Golfo de México.
Marco teórico
Diversidad floral
La enorme diversidad que existe en la forma y función de las flores (órganos reproductivos en las
angiospermas) es un claro reflejo de la gran variedad de adaptaciones que han surgido en las
plantas para maximizar el éxito de la polinización en diferentes ambientes (Galen 1999, Jesson y
Barrett 2003, Harder y Barrett 2006). La diversidad floral en la mayoría de los grupos de
angiospermas está moldeada por la evolución de adaptaciones asociadas al tipo de polinizador,
para evitar los efectos negativos de la endogamia y lograr la dispersión eficiente del polen
(Barrett 1998, Barrett 2002).
La dispersión del polen puede ocurrir por agentes bióticos (animales) o abióticos (agua y viento).
En las plantas con polinización biótica, la variación en los caracteres y en el diseño floral está
asociada a la función de atraer y favorecer un contacto eficiente entre los diferentes tipos de
polinizadores y los órganos sexuales, optimizando la remoción y deposición del polen y en
consecuencia el éxito en el apareamiento (Barrett 2002). La variación en el diseño floral puede
ocurrir en varios niveles: dentro de una misma flor, entre flores de un mismo individuo y entre
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flores de distintos individuos (Wyatt 1992). Por ejemplo, en plantas hermafroditas los órganos
sexuales femeninos (pistilo) y masculinos (estambres) pueden estar separados en varias
combinaciones temporales (dicogamia) y espaciales (herkogamia) y (Richards 1996, Barrett
2002). La dicogamia es la separación temporal entre la dispersión del polen y la receptividad del
estigma, dentro y entre flores de una misma planta y es usualmente interpretado como un
mecanismo que evita la fertilización del ovulo con polen de la misma flor o del mismo individuo,
lo cual denominaré en adelante “autofertilización” (Richards 1996, Barrett 2003). La herkogamia
(separación espacial entre el estigma y las anteras) puede presentar varios arreglos estructurales
dentro de los cuales se encuentra la heteroestilia, que es el arreglo recíproco de esta separación en
los órganos sexuales en distintos individuos (Richards 1996, Barrett 2003). La heteroestilia se ha
descrito como un mecanismo que promueve el entrecruzamiento, reduce la interferencia sexual y
favorece la dispersión eficiente del polen (Barrett 2002).
La mayoría de estos diseños florales han sido comúnmente interpretados como mecanismos que
favorecen la polinización cruzada, en gran medida evitando la autofertilización y maximizando la
adecuación femenina (Barrett y Harder 1996, Barrett 2002). Sin embargo, tras reconocer el papel
masculino en el apareamiento se han propuesto interpretaciones alternativas de estos diseños
florales, principalmente como mecanismos que favorecen una dispersión eficiente del polen,
aumentando la adecuación en la función masculina (Barrett 2003, Barrett y Harder 1996). En
consecuencia, la apreciación del significado funcional de la arquitectura y de la variación en los
caracteres florales requiere un entendimiento de su influencia sobre el éxito en el apareamiento
(Barrett y Harder 1996) tanto para las funciones masculinas como femeninas.
Evolución de los sistemas reproductivos y los sistemas de apareamiento
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Aunque no pueden escoger directamente con quien aparearse, las plantas poseen una gran
variedad de mecanismos por medio de los cuales sus sistemas reproductivos controlan la
estructura genética de las poblaciones (Richards 1996). Los sistemas reproductivos pueden ser
definidos por la expresión sexual (presencia de órganos femeninos y/o masculinos y su
funcionalidad) y el grado de compatibilidad (Murcia 2000). La gran mayoría de las flores son
hermafroditas, es decir presentan órganos sexuales femeninos (pistilo) y masculinos (estambres)
(Bawa 1980, Barrett 2002). Sin embargo, existe una gran variedad de sistemas reproductivos que
pueden ir desde la autopolinización obligada hasta el entrecruzamiento obligado, pasando por
sistemas como la monoecia, dioecia, ginodioecia y la diestilia entre otros (Bawa y Beach 1981).
Darwin (1876) fue el primero en documentar y tratar de explicar la diversidad de los sistemas
reproductivos. Su trabajo incluyó estudios sobre los efectos de la autopolinización y la
polinización cruzada en la adecuación de las plantas. Desde entonces las implicaciones genéticas
en la diversidad de los sistemas reproductivos han surgido como un tema de gran importancia en
la biología evolutiva de las plantas, y la presión selectiva para una óptima recombinación ha sido
vista como la principal fuerza evolutiva de los sistemas reproductivos (Bawa y Beach 1981).
Otros a través de la modelación (e.g Charnov 1979) han sugerido que la selección sexual (i.e.
asignación diferencial de recursos hacia la reproducción masculina y femenina) ha sido
igualmente una fuerza evolutiva importante sobre todo en la evolución de sistemas como la
dioecia (Bawa 1980, Bawa y Beach 1981).
Aunque es muy probable que los diferentes diseños florales resulten en distintos niveles de
entrecruzamiento, no hay una evidencia clara de que al pasar de uno a otro surja un patrón
consistente de incremento en la fertilización cruzada (Bawa y Beach 1981, Barrett 2002). De
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hecho, muchos diseños presentan autocompatibilidad, por lo que tienen el potencial para
autofertilizarse (Bawa y Beach 1981) y la presencia de uno u otro sistema no es un buen
indicador del nivel de recombinación. Este puede estar determinado por otros factores como el
comportamiento de forrajeo de los polinizadores, lo que influye en los patrones de apareamiento
en las plantas (Bawa y Beach 1981, Galen 1996, Barrett 2002).
El sistema de apareamiento de una especie se puede definir como la frecuencia promedio de
autopolinización versus polinización cruzada, la cual determina el flujo de polen y la cantidad de
variación genética en las poblaciones (Barrett 2002). Los estudios de polinización se han
centrado comúnmente en aspectos ecológicos sin considerar cómo las formas de dispersión del
polen influyen en estos patrones de apareamiento (Barrett y Harder 1996). En contraste los
estudios sobre los sistemas de apareamiento han sido generalmente enfocados desde la
perspectiva de la genética de poblaciones, prestando menos atención a los factores ecológicos que
determinan la dispersión del polen (Barrett y Harder 1996). El análisis de la relación entre la
polinización y los patrones de apareamiento es importante para entender la función y evolución
de los sistemas reproductivos y la diversificación sexual en las plantas (Barrett 2002)
Autofertilización versus fertilización cruzada
No toda la diversidad floral está directamente ligada al tipo de polinizador (Galen 1999). La
variación espacial y temporal en el arreglo de las estructuras reproductivas está asociado a
mecanismos que evitan los efectos dañinos de la autofertilización en la adecuación de las plantas
(Barrett 2002, Jesson y Barrett 2003). La autofertilización implica dos costos importantes: la
depresión por endogamia que reduce la adecuación femenina y la pérdida de polen que deja de
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estar disponible para el entrecruzamiento, reduciendo la adecuación masculina (Lloyd y Schoen
1992, Klinkhamer 1993, Barrett 1998). Estudios experimentales han demostrado que la
descendencia originada por autofertilización presenta una menor viabilidad y fertilidad
comparada con la descendencia derivada del entrecruzamiento (depresión por endogamia) (Lloyd
y Schoen 1992), y esto es reconocido como una fuerza evolutiva importante en la evolución de
los sistemas reproductivos (Lloyd y Schoen 1992). Los efectos aditivos de la “depresión por
endogamia” y la “pérdida de polen” sobre la adecuación femenina y masculina respectivamente
intensifican los costos de la autofertilización, diluyendo sus posibles ventajas y restringiendo su
evolución (Harder y Wilson 1998). De esta manera las adaptaciones de las plantas para optimizar
el entrecruzamiento pueden ser entendidas como ventajas selectivas que ayudan a evitar los
efectos negativos de la autofertilización (Charlesworth y Charlesworth 1987). Sin embargo, en
algunas ocasiones la autofertilización puede llegar a aumentar el éxito reproductivo,
principalmente cuando los polinizadores son escasos o cuando la transferencia de polen es
ineficiente (Richards 1996, Holsinger 2000).
La dicotomía entre la autofertilización versus la fertilización cruzada ha sido siempre un tema
central en la evolución de biología floral y los sistemas reproductivos (Lande y Schemske 1985,
Lloyd y Schoen 1992). Sin embargo, recientemente se ha demostrado que los sistemas mixtos, los
cuales favorecen el entrecruzamiento y la autofertlización, pueden también ser evolutivamente
estables y están ampliamente representados (Holsinger 1991, Vogler y Kalisz 2001, Barrett
2002). Sin embargo, todavía no está claro cuándo estos sistemas representan una solución óptima
a una combinación de factores ecológicos (característica adaptativa) o qué tanto representan un
estado transicional o subóptimo, por ejemplo, un costo asociado a los grandes despliegues
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florales necesarios para atraer a los polinizadores (Barrett 2002, Harder y Barrett 2005, Igic y
Kohn 2006).
Aunque la atracción de polinizadores generalmente incrementa con el aumento en el despliegue
floral, grandes despliegues igualmente pueden implicar grandes costos en el apareamiento
(Harder y Barrett 1995, Barrett y Harder 1996). Cuando una planta despliega muchas flores
simultáneamente la dispersión de polen entre flores de un mismo individuo es mayor, por lo que
un alto grado de autofertilización puede ocurrir por esta vía (geitonogamia) (Lloyd y Schoen
1992, Harder y Barrett 1995, Barrett y Harder 1996, Barrett 2002). Esto tiene importantes
consecuencias en la adecuación, por lo que es improbable que esta característica sea favorecida
por selección a pesar de que es común es especies autocompatibles y de amplios despliegues
florales (Lloyd y Schoen 1992, Barrett 2002). Debido a los costos asociados a este tipo de
endogamia, muchas especies poseen características en el diseño floral que mitigan estos efectos
sin comprometer los beneficios de tener grandes despliegues florales (Barrett y Harder 1996).
Muchas veces esto lo logran a través de mecanismos fisiológicos como la incompatibilidad, pero
como estos mecanismos son esencialmente pasivos y por lo tanto no pueden influenciar la
dispersión del polen, muchas especies también poseen mecanismos florales (morfológicos) que
promueven activamente el flujo de polen entre plantas, como ocurre en la heteroestilia y la
enantioestilia (Barrett y Harder 1996).
Enantioestilia
La enantioestilia es un polimorfismo sexual que consiste en la inclinación del estilo en unas flores
hacia el lado derecho y en otras hacia el izquierdo de la flor, por lo que se les conoce
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comúnmente como flores espejo (Fig. 1) (Fenster 1995, Jesson y Barrett, 2002, Jesson y Barrett
2003).
Fig. 1.- Esquema de la disposición de los órganos sexuales en la enantiostilia, estilo (a) y anteras
(b) (Modificado de Barrett 2002).
Este polimorfismo se presenta en al menos 12 familias de angiospermas tanto en
monocotiledóneas como en dicotiledóneas (Barrett 2002, Jesson y Barrett 2002, Jesson y Barrett
2003). Pero a pesar de que estas llamadas flores espejo son reconocidas desde hace más de un
siglo (Todd 1882), todavía no es muy clara la evolución y el significado funcional de este rasgo
floral (Fenster 1995, Jesson y Barrett 2003).
El polimorfismo floral se puede expresar en dos diferentes formas de organización estructural,
enantioestilia monomórfica y dimórfica, lo que complica su interpretación adaptativa (Fenster
1995, Jesson y Barrett 2002, Jesson y Barrett 2003, Jesson et al. 2003). En la enantioestilia
monomórfica ambos morfos florales pueden presentarse mezclados en una misma inflorescencia
o segregados en distintas inflorescencias de un mismo individuo (Barrett 2002, Jesson et al.
2003). Esta condición es la más ampliamente representada en por lo menos 25 géneros
pertenecientes a 10 familias (Barrett 2002, Jesson et al. 2003). Mientras que en la dimórfica cada
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individuo exhibe todas sus flores con la misma inclinación del estilo, hacia la derecha o izquierda
(Barrett 2002, Jesson et al. 2003). Este sólo se encuentra representando en tres familias de
monocotiledóneas, lo que podría indicar ciertas limitaciones en su origen (Barrett 2002, Jesson y
Barrett 2002, Jesson y Barrett 2002b, Jesson et al. 2003).
Las especies enantioestílicas son polinizadas por animales, generalmente insectos y
particularmente por abejas recolectoras de polen (Jesson et al. 2003, Jesson et al. 2003b). La
enantioestilia está asociada con la heteranteria (diferenciación funcional en las anteras, i.e.
alimentación y polinización) así como también con la ausencia de nectarios, por lo que en estas
flores el polen es la principal recompensa (Jesson et al. 2003, Jesson et al. 2003b). En las
especies enantioestílicas se sugiere que la remoción y deposición del polen en la abeja se produce
en un solo lado (izquierdo o derecho), por lo que la deposición en el estigma se daría únicamente
en el estilo inclinado en la posición opuesta, el cual se encuentra en el otro morfo floral (Laporta
2005). Este polimorfismo ha sido generalmente interpretado como un diseño floral que favorece
el entrecruzamiento, promoviendo el apareamiento entre morfos florales (Fenster 1995, Jesson y
Barrett 2002, Jesson et al. 2003, Jesson et al. 2003b). Aunque esto podría ser cierto para la
enantieostilia dimórfica donde los polinizadores visitan los morfos florales en distintas plantas lo
que podría asegurar el entrecruzamiento, en la condición monomórfica un polinizador puede
potencialmente visitar ambos morfos en la misma planta (geitonogamia) (Jesson y Barrett 2002).
Esto favorecería la autofertilización y representaría un problema para la hipótesis del
entrecruzamiento debido a los efectos negativos de la endogamia y la perdida de oportunidad
para el entrecruzamiento (“pollen discounting”) (Jesson y Barrett 2002, Jesson et al. 2003b).
Jesson y Barrett (2002), demostraron en Solanum rostratum que la tasa de autofertilización a
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través de la geitonogamia es significativamente mas baja en plantas manipuladas
experimentalmente para ser dimorficas que en plantas que presentan ambos morfos.
Sin embargo, el grado de geitonogamia puede depender del número y la proporción de los morfos
florales abiertos simultáneamente en la planta (Jesson y Barrett 2002, Jesson et al. 2003, Jesson
et al. 2003b). La proporción de los morfos en especies enantioestílicas (monomorficas y
dimorficas) es generalmente de 1:1 (Barrett 2002), aunque esta proporción es fuertemente
influenciada por la biología reproductiva y el sistema de apareamiento en poblaciones dimorficas
(Barrett 2002). La correspondencia en la proporción es favorecida por altas tasas de
entrecruzamiento (Barrett 2002, Jesson y Barrett 2005), mientras que las proporciones fuera de
este equilibrio se ven favorecidas por altas tasas de autofertilización y reproducción clonal
(Barrett 2002). La proporción de morfos en especies enantioestílicas es importante ya que a
diferencia de las heteroestílicas (polimorfismo recíproco en el tamaño estilo-antera), las
enantioestílicas no presentan sistemas de incompatibilidad que eviten la fertilización intramorfica
(Barrett 2002). Esto implicaría que la morfología floral sería la única responsable de promover el
apareamiento entre morfos, mediado por la reciprocidad en la posición estigma-antera y por la
segregación en la remoción y deposición del polen en distintos lados del cuerpo de los
polinizadores, de manera análoga a la heteroestilia (Bowers 1975, Dubelger 1981, Todd 1982,
Fenster 1995, Barrett 2002, Jesson y Barrett 2002c, Jesson et al. 2003b). La asociación de la
enantioestilia con caracteres como la heteranteria y la ausencia de nectarios sugiere que existe
una fuerte selección sobre el tamaño, comportamiento y la posición de los polinizadores dentro
de la flor (Jesson et al. 2003b).
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La enantioestilia ocurre comúnmente en especies polinizadas por vibración (Jesson et al. 2003b).
Debido a esto, se ha sugerido que esta asimetría pudo haber evolucionado para evitar el daño a
las estructuras reproductivas durante la vibración de las abejas y reducir la interferencia estigma-
antera durante la polinización, retirando los órganos sexuales (estambres y estilo) del plano
medio de la flor (Dubelger 1981, Jesson et al. 2003b). Las interacciones funcionales entre el
diseño floral, el despliegue y los polinizadores juegan un papel importante en la evolución de este
polimorfismo floral (Jesson y Barrett 2005).
La enantioestilia dimórfica ha evolucionado muy probablemente de la condición monomórfica y
esta a su vez de flores hermafroditas no enantioestílicas (estambres y estilos verticales) (Jesson y
Barrett 2002, Jesson y Barrett 2002c, Jesson et al. 2003b, Jesson y Barrett 2005). Bajo esta última
condición, todas las flores de un mismo individuo pueden ser potencialmente polinizadas,
favoreciendo así una mayor autofertilización a través de la geitonogamia (Jesson y Barrett 2002,
Jesson y Barrett 2002c, Jesson et al. 2003, Jesson et al. 2003b). Dadas las ventajas que provee la
enantioestilia dimórfica en el entrecruzamiento y en consecuencia por la reducción de costos
asociados a la autopolinización, no resulta claro por qué esta condición no ha evolucionado más
frecuentemente (Jesson et al., 2003). Por ello es evidente que el papel de la enantioestilia para
favorecer el entrecruzamiento necesita ser evaluado más ampliamente (Jesson et al. 2003, Jesson
et al. 2003b).
Flores espejo en el género Chamaecrista
Varios estudios han evaluado la biología reproductiva y el significado funcional de la
enantioestilia dentro del género Chamaecrista, particularmente en C. fasciculata (e.g. Fenster y
18
Sork 1988, Fenster 1991, 1991b, Wolfe y Estes 1992, Sork y Schemske 1992, Fenster 1995,
Fenster y Galloway 2000) y en C. keyensis (Liu y Koptur 2003).
Fenster (1995), encontró en C. fasciculata una contribución mínima de la enantioestilia a la
autofertilización a través de la geitonogamia. Igualmente sugiere que la separación espacial entre
el estigma y las anteras (herkogamia) reduce la autopolinización, dada su autocompatibilidad
(Fenster y Sork 1988, Fenster 1991, Fenster y Galloway 2000), e incrementa la precisión en la
transferencia de polen entre morfos (Fenster 1995). Esta especie presenta igualmente una fuerte
depresión por endogamia, aunque esta no se ve reflejada en la producción de frutos si no más
bien en el número y desempeño de las semillas (Fenster 1991, Fenster 1991b, Sork y Schemske
1992). Esto sugiere que su polinización es predominantemente cruzada (Fenster 1991, Sork y
Schemske 1992, Fenster 1995), ya que se ha demostrado una tasa de entrecruzamiento de hasta el
80% (Fenster 1991b, Fenster 1991c).
Chamaecrista keyensis es igualmente una especie autocompatible y con una fuerte depresión por
endogamia al nivel del número y germinación de las semillas producidas (Liu y Koptur 2003).
Sin embargo, en este caso Liu y Koptur (2003) sugieren que la autopolinización puede ser muy
común en condiciones naturales y que podría presentar un sistema de apareamiento mixto.
La arquitectura floral del género Chamaecrista es particular y única en las leguminosas (Tucker
1996). Chamaecrista fasciculata presenta dos grupos de anteras: una antera inclinada y opuesta al
estilo y nueve anteras agrupadas al centro (Thorp y Estes 1975, Wolfe y Estes 1992). Thorp y
Estes (1975) propusieron una división en la función de estas anteras, la antera inclinada opuesta
como una antera de polinización y las otras nueve como anteras de alimentación. Esta división de
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las anteras esta comúnmente relacionada con las especies que presentan polinización por
vibración y ha sido reportada en al menos 20 familias (Tucker 1996). Sin embargo, Wolfe y Estes
(1992) demostraron que en C. fasciculata el polen de todas las anteras es viable y puede llegar
potencialmente al estigma, refutando la hipótesis de la diferenciación funcional de las anteras en
esta especie. Chamaecrista keyensis contrariamente presenta un solo grupo de nueve anteras sin
diferenciación morfológica o funcional (Liu y Koptur 2003).
Debido a que la contribución de la enantioestilia al entrecruzamiento necesita ser evaluada más
ampliamente dentro del género Chamaecrista, el cual presenta una alta variación en su
arquitectura floral, en este estudio evalué la biología reproductiva y su relación con la morfología
floral en Chamaecrista chamaecristoides (Fig. 2), especie enantiostilica endémica de las dunas
Fig. 2.- Morfos florales de Chamaecrista chamaecristoides (a) izquierdo, (b) derecho.
costeras del Golfo de México. Con base en lo anterior realizamos las siguientes preguntas: 1)
¿cómo es el sistema reproductivo en C. chamaecristoides? 2) ¿cuál es la proporción de morfos
florales a lo largo del periodo floración? 3) ¿cómo es la morfología floral y existen diferencias
con respecto a esta entre ambos morfos? 4) ¿hay una preferencia o patrón de visita de los
a b
20
polinizadores entre morfos florales? 5) ¿existe una relación entre la arquitectura floral y los
patrones de apareamiento en C. chamaecristoides?
Literatura citada
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24
Capítulo II
Floral and reproductive biology of enantiostylous Chamaecrista
chamaecristoides (Fabaceae): a mixed mating system?
Articulo para enviar a American Journal of Botany
25
Floral and reproductive biology of enantiostylous Chamaecrista
chamaecristoides (Fabaceae): a mixed mating system?
Gerardo Arceo-Gómez1, M. Luisa. Martínez1, Víctor Parra-Tabla2 and José García-Franco1
1 Departamento de Ecología Funcional, Instituto de Ecología A.C. Km. 2.5 carretera antigua a
Coatepec N° 351 Congregación el Haya, Xalapa C.P. 91070 Veracruz, México.
2 Departamento de Ecología Tropical, Campus de Ciencias Biológicas y Agropecuarias,
Universidad Autónoma de Yucatán, Km. 15.5 carr. Mérida-Xmatkuil, Apartado postal 4-116,
Itzimná, C.P. 97000, Mérida, Yucatán, México
26
ABSTRACT 1
2
Enantiostyly is a floral polymorphism in which the style is deflected away from the main axis of 3
the flower, either to the left or right side. This sexual polymorphism is usually interpreted as a 4
floral design that promotes outcrossing. However this functional interpretation has been 5
questioned due to the occurrence of monomorphic and dimorphic enantiostyly. We examined the 6
effects of enantiostyly on the breeding system and pollination of Chamaecrista chamaecristoides, 7
a monomorphic enantiostylous shrub of the sand dunes. We analyzed style morph-ratios, floral 8
morphology, pollen production, breeding system and visitation patterns. Style morph proportions 9
were significantly different between individuals along the flowering period. Flowers are truly 10
mirror-image as they did not differ in style, stamens or petal size. Position, size and pollen 11
number was different between stamen groups within flowers suggesting functional 12
differentiation. The group of eight short anthers produces more pollen than the large anthers, 13
probably in order to supply for the high requirements of the large bees that pollinates this species. 14
The two large anthers, supposedly for pollination, one at the opposite and one at the same side of 15
the style (this stamen also correlates with style size), produce the same amount of pollen 16
suggesting that one could function as an outcrossing and the other as a selfing anther to ensure 17
fertilization. All types of pollen were viable. These functional differences between anthers can 18
prevent pollen loss (pollen assigned to fertilization) via grooming by the bees since pollen is the 19
only reward, and pollen discounting via self-fertilization. C. chamaecristoides is self-compatible 20
but no differences were found in fruit-set between the pollinations performed (e.g. self, outcross 21
and geitonogamy), although geitogamous pollination had significantly fewer seed-set. Pollinators 22
moved randomly between floral types. The results of this study suggests that enantiostyly 23
promotes outcrossing and selfing in this species resulting in a mixed mating system. 24
27
25
Keywords: Chamaecrista chamaecristoides, enantiostyly, mixed mating system, pollen 26
discounting, flower polymorphism, phenology, buzz pollination. 27
28
ALTHOUGH PLANTS DO NOT CHOOSE DIRECTLY THEIR MATES, they have a wide array of strategies 29
by which their reproductive systems manipulate and control the genetic structure of their 30
populations (Richards 1996). Enantiostyly is a floral polymorphism in which the style is 31
deflected away from the main axis of the flower, either to the left or right side (Fenster 1995, 32
Jesson and Barrett 2002, Jesson and Barrett 2003). This polymorphism is widely distributed 33
occurring in at least a dozen of animal-pollinated angiosperm families, in both monocotyledons 34
and dicotyledons (Jesson and Barrett 2002, Jesson and Barrett 2003). Enantiostyly is usually 35
interpreted as a floral design that promotes outcrossing. However this adaptive explanation has 36
been questioned due to the occurrence of the two floral morphs of this stylar polymorphism in the 37
same plant (monomorphic enantiostyly) or in separate individuals (dimorphic enantiostyly) 38
(Fenster 1995, Jesson and Barrett 2002, Jesson and Barrett 2003, Jesson et al. 2003). Several 39
studies have evaluated the adaptive significance of enantiostyly and the reproductive biology 40
within the genus Chamaecrista (e.g. Fenster and Sork 1988, Fenster 1991, Wolfe and Estes 1992, 41
Fenster 1995, Liu and Koptur 2003). However, its functional significance in the genus remains 42
unclear. Fenster (1995), described this polymorphism as an efficient outcrossing mechanism in C. 43
fasciculata, however selfing could very common in C. keyensis (Liu and Koptur 2003). Thus, 44
determining the reproductive system of species with this sexual polymorphism is critical for 45
understanding their evolution and maintenance in nature (Jesson and Barrett 2003). 46
The floral architecture in the genus Chamaecrista is unique within the Fabaceae (Tucker 1996) 47
and highly variable in terms of the position, number and size of the stamens between species 48
28
(Thorp and Estes 1975, Wolfe and Estes 1992, Liu and Koptur 2003). Several studies have 49
suggested labor division between the stamens groups (Thorp and Estes 1975, Wolfe and Estes 50
1992). However Fenster (1995) did not find functional differences for the different sets of anthers 51
in C. fasciculata. The variation in these floral traits is very important since they influence the 52
position of pollinators inside the flowers and control the amount and efficiency of pollen removal 53
and deposition (Jesson y Barrett 2003). 54
In this study we provide an extensive evaluation of the functional significance of monomorphic 55
enantiostyly in Chamaecrista Chamaecristoides. We examined the reproductive system and 56
pollination of this enantiostylous species and its relationship with floral architecture. Style 57
morph-ratios, floral morphology, pollen production, visitation patterns and the breeding system 58
were studied for this species, addressing the following questions: 1) how is the proportion of left 59
and right-styled flowers between individuals along the flowering period? 2) is floral morphology 60
identical between floral morphs? 3) what is the relation between floral features and mating in C. 61
chamaecristoides? 4) is there a visitation pattern between floral types or do pollinators 62
discriminate between them? 5) what is the effect of monomorphic enantiostyly on the breeding 63
system of C. chamaecristoides? 64
65
METHODS 66
Plant species 67
The genus Chamaecrista is composed of at least 250 species, most of them in Tropical America 68
(McVaugh 1987). Chamaecrista chamaecristoides (Fabaceae) is a perennial shrub of 50-70 cm 69
tall, endemic of the sand dunes along the Pacific and Gulf of Mexico (Moreno-Casasola 1986, 70
Martínez et al. 1994, Martínez 2003). This plant is a monomorphic enantiostylous species (left 71
and right-styled flowers in the same individual), with buzz pollination syndrome. The large 72
29
yellow flowers provide no nectar reward and the pollen is released through apical pores in the 73
anthers (poricidal anther dehiscence) following vibration by large bees as it has been reported for 74
other buzz pollinated species (Thorp and Estes 1975, Wolfe and Estes 1992, Fenster 1995). Our 75
previous observations on this species showed that the androecium contains three stamen groups: 76
eight short stamens in the middle of the flower (probably feeding anthers), one long stamen 77
opposite the style and one long stamen at the same side of the style. An orifice leading to a 78
stigmatic cavity is present at the tip of the incurved style which is fringed by short hairs 79
(trichomes) as reported for some species of Cassia, Senna and Chamaecrista (Dubelguer et al. 80
1994). This species usually flowers between July and October (rainy season) and the flowering 81
last for ca. 20 days. Flowers remain open for only one day and are exclusively visited by pollen 82
collecting bees such as Trigona nigra, Melissodes gilensis, Centris sp. and Xylocopa fimbriata 83
(J.G. García-Franco pers. obs.). The fruit is the typical legume pod (4-6.5 cm long) (McVaugh 84
1987). 85
86
Study site 87
The present study was conducted at the Coastal Research Center “La Mancha” (CICOLMA) 88
located on the coast of the Gulf of Mexico in the state of Veracruz, Mexico. The climate is warm 89
subhumid with an average temperature of 26°C and a maximum of 40°C, the annual average 90
rainfall is between 1200 and 1500 mm (Castillo-Campos and Medina 2002). The population of C. 91
chamaecristoides that we studied is located 500 m E from the station at the sand dunes system 92
which shows several degrees of natural stabilization and may reach up to 20 m high (Martínez 93
2003). 94
30
Field work 95
In order to know the proportion of right and left-styled flowers 40 plants were selected randomly 96
and five branches within each plant were labeled. Data were collected throughout the flowering 97
season (August trough September) of 2007. The total number of right and left-styled flowers was 98
counted in every labeled branch for each plant. Counts were carried out for 2 straight days every 99
week for a total of four weeks. 100
To examine floral morphology 110 flowers of each morph were collected (220 flowers in total). 101
The size of the style and each stamen was measured with a precision caliper. The number of 102
pollen grains for each stamen type was counted in a Beckman Coulter© counter (particle counter) 103
for 48 right and left flowers. Petal size for each morph was measured extending each petal 104
between two transparent sheets, each slide was digitized in a scanner and petal measures were 105
made in the digital image analyzer imagej-1.37v (Rasband 2006). 106
Pollinator visit rates were quantified establishing three observation sites, each one at 1 m distance 107
from a patch of C. chamaecristoides plants to avoid interference with pollinators behavior. The 108
proportion of left and right-styled flowers in each patch observed was 1:1. Pollinator identity and 109
morph sequence was registered for two straight visits (i.e. left-right, right-right). Observations 110
were conducted for 9 days from 0700 to 1300 h for a total of 54 hours of observation. Pollinators 111
were collected for their further identification. 112
To evaluate the breeding system of C. chamaecristoides hand pollinations were performed 113
following the protocol described by Dafni (1992). However flowers were not emasculated 114
because the pollination system (vibration) prevents for autogamy. Due to the unusual stigma 115
cavity in this species the pollen was placed in the stigma by cutting the tip of the stamen and 116
covering the style with it (preventing for other pollen to reach the stigma), subsequently the style 117
was vibrated with an electric shaver to move the trichomes on the tip of the style and let the 118
31
pollen grains fall into the stigma surface. Others studies have used a diapason (Dubelguer et al. 119
1994, Laporta 2005) but this did not work for C. chamaecristoides due to the tightness of the 120
trichomes. Hand cross pollinations were conducted between different morphs of distinct plants 121
(xenogamy), between morphs within the same plant (geitonogamy) and within the same flower 122
(self-fertilization). Cross pollinations (between different morphs of distinct plants) were 123
performed also with the short anthers. Each hand cross treatment was repeated in 30 flowers and 124
crosses were performed within 30 total individuals that were chosen randomly. 30 Right and 30 125
left flowers were left without any manipulation (control). Reproductive success (fruit and seed-126
set) was quantified for each pollination treatment. The potential seed production was also 127
evaluated for each pollination treatment by counting the number of scars (potential ovules) in 128
each pod. 129
130
Statistical analyses 131
A repeated measure analyses was used to determine the significance of the effects of time and the 132
interaction time x individual on the proportion of right-styled flowers (right-styled/total flowers) 133
(SYSTAT 1996). A PCA analyses was conducted with all the morphological variables to explore 134
differences between floral morphs. Due that no differences were found we analyze each trait 135
separately. To analyze the differences in stamen size within each flower (stamen groups) and 136
between morphs, a two way analysis of variance (ANOVA) was performed using floral morph, 137
stamen group and their interaction as factors (SYSTAT 1996). A t-test was used to evaluate 138
differences in style size. Correlations were made between the two long anthers and the style. To 139
evaluate differences in the number of pollen grains a two-way ANOVA was performed using 140
floral morph, stamen group and their interaction as factors (SYSTAT 1996). Tukey Multiple 141
comparisons were performed to analyze the differences between stamen groups (SYSTAT 1996). 142
32
Petal size was analyzed with a two-way ANOVA using petal type, floral morph and their 143
interaction as factors (SYSTAT 1996). 144
Pollinator visit sequence was analyzed with a logistic binary analysis in which “0” was a change 145
of floral morph in the sequence and “1” was a visit in an identical floral morph (SYSTAT 1996). 146
Chi-square analysis was used to evaluate differences in fruit-set between the hand crosses 147
performed (R Development Core Team 2008). The potential number of seeds and seed-set was 148
analyzed with a Generalized Linear Model (Crawley 2005) using a binomial error distribution 149
and the Logit link function (R Development Core Tem 2008). Pre-planned contrasts were 150
conducted in a pairwise manner (collapsing levels) between the hand crosses performed for 151
significant main effects (R Development Core Tem 2008). 152
153
RESULTS 154
Flower morph proportion 155
The proportion of right-styled flowers was significantly different between individuals depending 156
on the flowering period (F = 1.69, P < 0.0001). Some individuals were more left-styled and some 157
more right-styled while others remained with a 1:1 proportion of right and left-styled flowers 158
along the flowering period (Figure 1). 159
Floral morphology 160
PCA analyzes did not separate floral types based on the morphological traits, 54% of all the 161
variance was explained by the two first axes (Figure 2). Stamen size was different between 162
stamen types within a flower, but no differences were found in stamen size between floral 163
morphs (F = 0.137, P = 0.711). The long stamen at the same side of the style was larger than the 164
opposite one (F = 46.294, P < 0.0001), but the interaction floral morph x stamen type was not 165
significant (F = 0.019, P = 0.889). No differences were found for style size between floral 166
33
morphs (t = -1.67, P = 0.09), although there was a significant correlation between style size and 167
the size of the stamen at the same side (r = 0.4, P < 0.0005), the correlation between the style and 168
the opposite stamen was not significant (r = -0.04, P = 0.4) (Figure 3). 169
The number of pollen grains did not vary significantly between floral morphs (F = 1.408, P = 170
0.236), however the number of pollen grains were statically different between stamen types (F = 171
41.99, P < 0.0001). Tukey comparisons showed that the short feeding anthers produce more 172
pollen than the two long anthers (P < 0.0001), which produce the same amount of pollen (P = 173
0.133) (Figure 4), although the interaction floral morph x stamen type was not significant (F = 174
1.084, P = 0.340). In addition no differences were found for petal size (F= 0.033, P = 0.855) and 175
total flower area (t = 0.296, P = 0.767) between floral morphs. 176
Pollinator observations 177
The flowers of C. chamaecristoides are visited exclusively by pollen collecting bees such as 178
Trigona nigra, Melissodes gilensis, Centris sp., Xylocopa fimbriata, Augochloropsis metallica, 179
Ptiloglossa sp. and Eulaema polychroma. No differences were found in the pollinators visit 180
sequence (P = 0.309), they can either visit a distinct or an equal morph regardless the previous 181
visit. 182
Reproductive system 183
C. chamaecristoides is self-compatible since no differences were found in fruit-set between the 184
different hand pollinations performed (X2 = 3.718, P = 0.714), although selfing had a smaller 185
proportion of fruits produced (Figure 5). All type of pollinations potentially produce the same 186
number of seeds (P = 0.278), although geitogamous pollination had the fewest seed-set (P < 187
0.001) (Figure 6). 188
189
DISCUSSION 190
34
Hermaphroditism jeopardizes outcrossing whenever the proximity of male and female organs 191
allows self-fertilization and interference between sexual organs (Harder and Barrett 1995). Many 192
floral traits of animal pollinated angiosperms encourage cross-fertilization as suggested for 193
enantiostyly (Fenster 1995, Barrett 2002, Jesson and Barrett 2002). In enantiostylous species 194
successful pollination should occur only between floral morphs. The reciprocal position of sexual 195
organs and the observations that bees visiting enantiostylous flowers pick up pollen on the sides 196
of their bodies suggest that enantiostyly promotes pollen transfer between flowers of opposite 197
style deflection (Barrett 2002, Jesson and Barrett 2002, Jesson et al. 2003, Laporta 2005). 198
However the presence of both floral morphs on the same plant (i.e. monomorphic enantiostyly) 199
complicates the outcrossing explanation due to the potential pollen transfer between flowers of 200
the same individual which leads to selfing via geitonogamy (Fenster 1995, Jesson and Barrett 201
2002, Jesson and Barrett 2003, Jesson et al. 2003). 202
In this study we found that monomorphic enantiostyly in C. chamaecristoides encourages cross-203
fertilization due to the different right and left-styled flower proportion between individuals along 204
the flowering period. The model proposed for Jesson et al. (2003) shows that the level of 205
geitonogamy is dependent of the ratio of left and right-styled flowers on a monomorphic 206
enantiostylous species. As a plant is more left or right-styled the intensity of geitonogamous 207
pollen transfer diminishes and cross-fertilization should increase (Jesson et al. 2003). When a 208
plant is fixed for a stylar direction (i.e. dimorphic enantiostyly) the level of geitonogamy should 209
be zero (Jesson et al. 2003). 210
Chamaecrista chamaecristoides is self compatible since no differences were found between self 211
and outcross pollinations, although geitogamous pollination produced a smaller seed set. In 212
congruence with our results Fenster (1995) and Liu and Koptur (2003) did not find inbreeding 213
35
depression at the fruit-set level for C. fasciculata and C. keyensis respectively, but they did find a 214
reduced seed production for the self pollinations performed. 215
The floral architecture within the genus Chamaecrista is highly variable in terms of the position, 216
number and stamen size (Thorp and Estes 1975, Wolfe and Estes 1992, Tucker 1996, Liu and 217
Koptur 2003). In C. chamaecristoides the differences in position, size and pollen production 218
between stamens types suggest functional differentiation between them. Floral evolution often 219
modifies the androecium resulting either in stamen loss or transformation of stamen function, 220
going from fertile pollen production to alternate functions such as pollination attraction (trough 221
provision of attractants and rewards), and avoidance of self-pollination (Walker-Larsen and 222
Harder 2000). In addition, adaptations such as pollen dispensing mechanisms like poricidial 223
dehiscence, which maximize pollen dispersal and mechanisms which promote a more precise 224
pollen transfer (e.g. enantiostyly), encourages stamen loss or its functional differentiation 225
(Walker-Larsen and Harder 2000). Other studies have suggested labor division between stamen 226
groups in enantiostylous species (Bowers 1975) and within the genus Chamaecrista (Thorp and 227
Estes 1975). Laporta (2005) found in enantiostylous Senna corymbosa, functional differentiation 228
between stamens groups in to feeding (short ones) and pollinating (large ones) anthers. Although 229
Wolf and Estes (1992), refuted this functional anther differentiation hypothesis for Chamaecrista 230
fasciculata because there were no differences in the frequency of pollen distribution on stigmas 231
from both set of anthers and both types of pollen were viable. In C. chamaecristoides the size, 232
position, pollen production of the short central anthers and the pollinator behavior and position 233
within the flower suggest that they function as feeding anthers in spite of its pollen viability. 234
Direct evolution from functional stamens to staminodes (sterile stamens) likely occurs when 235
stamens initially provide functions in addition to pollen production (e.g. pollinator attraction). In 236
36
this situation functional constraints should favor functional division and allows specialization of 237
the remaining anthers in their primary role (Walker-Larsen and Harder 2000). 238
The length and position of short stamens in C. chamaecristoides lead to the deposition of pollen 239
on the ventral part of the bee where it could not reach the stigma due to the foraging behavior 240
observed. The foraging bees align on the short central stamens and remove pollen from them in to 241
their venter, this pollen is used later as food. Contrarily to this, the vibration of the bees shakes 242
pollen from the larger anthers onto one side of the bee’s body where it can not be easily removed 243
by the bee. In addition short anthers produce much more pollen than the longer stamens in order 244
to supply for the great amount of pollen requirements of the large bees that pollinates this species. 245
Several studies have measured pollen removal as component of male fitness (Galen and Stanton 246
1989, Harder and Thomson 1989, Harder 1990, Young and Stanton 1990). However high pollen 247
removal does not necessarily results in high deposition on stigmas of the pollen removed (Wilson 248
and Thomson 1991). Wilson and Thomson (1991) found that pollen-collecting bees remove 249
almost twice the amount of pollen than nectar-collecting bees, but deposit an order of magnitude 250
less on stigmas. Pollen collectors are antagonist with regard to the male reproductive success 251
because a great amount of the pollen removed is lost due to grooming by bees (Wilson and 252
Thomson 1991). 253
In this context functional differentiation into pollinating and feeding anthers could reduce pollen 254
loss through grooming; because pollen for feeding and pollination has been previously assigned 255
in two distinct types of anthers and is deposited in to different parts of the bee (i.e. ventral and 256
dorsal). This functional differentiation could be extremely important for C. chamaecristoides, 257
where flowers are exclusively visited by pollen collecting bees and pollen is the only reward. 258
The two long stamens deposit pollen on the bees back, one at each side. But, if the stamen 259
opposite to the style deposits the pollen that should reach the stigma of the opposite floral morph, 260
37
why does the stamen at the same side of the style produce the same amount of pollen? Wouldn’t 261
that be a waste in the context of the outcrossing design of this polymorphism? Fenster (1995) 262
suggested that spatial separation between the opposite anther and the stigma in enantiostylous C. 263
fasciculata functions as a mechanism to prevent self-fertilization during buzz pollination. The 264
correlation between the same side stamen and style size suggest that this stamen could be playing 265
a role in self-fertilization, since this species is self-compatible and no differences were found for 266
fruit-set between the self and outcross pollinations performed. One character that plays a key role 267
in self-fertilization is the reduction on stigma-anther distance (Piper et al. 1986). 268
Escaravage et al. (2001) also found for Rhododendron ferrugineum, a species with poricidial 269
dehiscence and probably buzz pollinated, functional stamen division in to self and outcrossing 270
stamens. In this species short-level stamens which were closer to the stigma serve as self-271
fertilization stamens, the distance between the stigma and the longest stamen seems to be 272
sufficient to avoid self-fertilization from this stamen (Escaravage et al. 2001). 273
The benefits of selfing (i.e. reproductive assurance) could erode if pollen used in selfing reduces 274
the pollen available for outcrossing (pollen discounting) (Harder and Wilson 1998). Herlihy and 275
Eckert (2002) show that the proportion of seeds produced via selfing is directly correlated with 276
the proportional loss of outcrossed seeds. Functional differentiation into self and outcrossing 277
anther could provide C. chamaecristoides with the benefits of selfing without the negative effects 278
of pollen discounting, since pollen for outcross and self-fertilization has been previously assigned 279
in two different anthers. It seems that the advantages of a particular anther position depend on the 280
morphological and behavioral characteristics of a plant’s dominant pollinators (Harder and 281
Barrett 1993, Escaravage et al. 2001), as it is for the enantiostylous C. chamaecristoides were the 282
segregation of pollen from the different types of anthers occurs on different parts of the 283
pollinators body. 284
38
In C. chamaecristoides pollinators visit randomly both floral types, this could be congruent with 285
the morphology between floral morphs where no differences were found for petals and total 286
flower area, number of pollen grains and sexual organs size (flowers are truly mirror-image 287
flowers). Since no differences were found for these floral traits between morphs that could 288
promote pollinator attraction, we can expect that pollinators should not discriminate or favor any 289
floral type. Fenster (1995) also found that pollinators do not discriminate among the two types of 290
flowers in C. fasciculata. 291
Overall, our results suggest that C. chamaecristoides has a mixed mating system, promoting cross 292
fertilization through the different style morph proportion among individuals and self-fertilization 293
through anther position at the same time. Self-fertilization gives C. chamaecristoides 294
reproductive assurance in case of pollen limitation or ineffectiveness in pollen transfer between 295
floral morphs, but only in the presence of pollen vectors. 296
Lande and Schemske (1985) proposed a bimodal distribution of mating systems that has been 297
widely accepted, this model predicts that predominant selfing and predominant outcrossing are 298
alternative stable endpoints of mating system evolution. However recent studies have shown that 299
at least one third of all species surveyed practice significant amounts of both selfing and 300
outcrossing (mixed mating systems) (Vogler and Kalisz 2001). These are evolutionary stable 301
mechanisms which are widely distributed among animal-pollinated species (Vogler and Kalisz 302
2001, Barrett 2002). Mixed mating in animal-pollinated species might arise to ensure 303
reproduction when pollen vectors are scare or unpredictable (Barrett 2002) and also when the 304
reproductive period is short (Escaravage et al. 2001). This occurs in C. chamaecristoides were 305
flowers only last for one day and they should be able to make use of all types of pollen that 306
reaches the stigma in case of the right pollen is not available in that short period of time. 307
Although other selective forces that are associated with pollination can promote the evolution of 308
39
selfing, reproductive assurance under uncertain pollination conditions seems likely to be the 309
principal mechanism that drives the evolution of selfing (Barrett 2002). 310
A study with four species of dimorphic enantiostyly Wachendorfia showed that these species 311
display mixed mating systems ranging from largely outcrossing to at least partially or delayed 312
selfing (Jesson and Barrett 2002). In addition animal-pollinated plants growing in severe 313
environmental conditions as C. chamaecristoides which grows in disturbed areas and sand dunes 314
with elevated temperature conditions commonly have mixed mating systems which provides 315
them with reproductive assurance (Escaravage et al. 2001). 316
40
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44
394
Figure 1 Right-styled flowers proportion along the flowering period, numbers and arrows 395
indicate the number of individuals following that pattern (distinct numbers represent different 396
individuals). 397
398
Figure 2 PCA analyses results, first two axes explain 54% of all variance (i = left-styled flowers, 399
d = right-styled flowers). 400
401
Figure 3 Correlations between style size and a) same side of the style stamen (r = 0.4, P < 402
0.0005), b) opposite the style stamen (r = -0.04, P = 0.4). 403
404
Figure 4 Median (± confidence intervals) pollen production between the stamen types, opposite, 405
same side stamen (parallel) and short stamens are in reference to the style, n = 48 in all cases 406
(different letters indicate significant differences). 407
408
Figure 5 Fruit-set of hand pollinations performed. See methods for explanation (same letters 409
indicate no significant differences). Geitonogamy (Geito), Xenogamy (Xeno), Self (Selfing), 410
Short (Short anthers), Right control (Rcontrol), Left control (Lcontrol). 411
412
413
Figure 6 Mean (± SE) Seed-set (number of seeds/potential seeds produced) resulted of hand 414
pollinations performed (different letters indicate significant differences). See figure four for 415
pollinations explanation. 416
417
45
PCA case scoresAx
is 2
Axis 1
d
d
d
d dd
dd
d
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ii i
-0.2
-0.3
-0.5
-0.7
-0.9
0.2
0.3
-0.2-0.3-0.5-0.7-0.9 0.2 0.3
46
47
48
Capítulo III
Anatomía de los órganos sexuales en flores-espejo de Chamaecrista
chamaecristoides (Fabaceae): implicaciones para la polinización
49
Resumen
La enantioestilia (flores-espejo) esta comúnmente asociada a la polinización por vibración, en
esta las abejas hacen vibrar las anteras liberando el polen por uno o dos poros terminales. Varios
estudios sugieren que la vibración esta únicamente asociada a la liberación del polen y pocos han
evaluado la función de la vibración en la deposición de polen en el estigma. Los detalles de la
dispersión del polen bajo este mecanismo son importantes ya que afectan los patrones de
apareamiento principalmente en especies enantiostílicas. En este estudio se analizó la anatomía
de ambos órganos sexuales por microscopia electrónica y se estableció su relación con la
polinización. La liberación del polen se da por dos poros terminales en las anteras y es liberado
secuencialmente para maximizar su dispersión. A diferencia de la mayoría de las angiospermas
que poseen un estigma expuesto, C. chamaecristoides presenta una superficie estigmatica dentro
de una cavidad cubierta por tricomas en la parte apical del estilo. Polinizaciones experimentales
(con y sin vibración) sugieren que el estilo igualmente depende de la vibración para permitir el
acceso del polen a la cavidad estigmatica. Estos resultados indican que la vibración juega un
papel importante no solo en la liberación, sino también en la deposición del polen en el estigma.
50
Introducción
La gran mayoría de las angiospermas presentan una superficie estigmática expuesta en la parte
apical del estilo lo que favorece la captura y germinación de los granos de polen (Dulberger et al.
1994). Sin embargo, en algunas especies de Senna y Chamaecrista se ha reportado un estigma
poco usual donde la superficie estigmática se encuentra dentro de una cavidad en el ápice del
estilo, el cual esta cubierto por tricomas (Dulberger et al. 1994). El número y disposición de los
tricomas así como la forma y tamaño de apertura de esta cavidad pueden variar dependiendo de la
especie (Dulberger 1981, Dulberger et al. 1994, Tucker 1996). Durante la polinización los granos
de polen son transferidos al interior de la cavidad estigmática donde ocurre la germinación, esta
es inducida por un exudado secretado dentro de la misma cavidad (Corbet et al. 1988, Dulberger
et al. 1994). Este tipo de estigma está asociado con la polinización por vibración (“buzz
pollination”) (Buchmann 1983, Dulberger et al. 1994) por lo que este exudado es secretado muy
probablemente en respuesta a la vibración producida por el polinizador (Owens y Lewis 1989,
Dulberger et al. 1994). Dulberger et al. (1994) sugieren que la presencia de tricomas en el poro
del estilo protege y evita la perdida de este exudado. Sin embargo, el significado adaptativo y
funcional de este tipo de estigma aún no es claro (Dulberger et al. 1994). La variación asociada a
los diferentes tipos de estigmas es un reflejo de los diferentes mecanismos que presentan las
flores para la captura y deposición del polen (Dulberger et al. 1994). Aunque se han realizado
varios estudios sobre la función de la vibración de los polinizadores en la liberación del polen
(Thorp y Estes 1975, Buchmann 1983, 1985, Corbet et al. 1988, King y Buchmann 1996), pocos
han evaluado la función de la vibración en relación a la deposición del polen en el estigma,
principalmente en las leguminosas (Dulberger et al. 1994, Tucker 1996).
51
En este estudio se evaluó la micromorfología del orificio estigmático de Chamaecrista
chamaecristoides y la relación de la polinización por vibración, no solo con la liberación del
polen sino también con su deposición dentro de la cavidad estigmática por medio de
polinizaciones manuales.
Marco teórico
La remoción activa del polen comprende modificaciones en el comportamiento y morfología de
los polinizadores que favorecen la liberación del polen (Corbet et al. 1988). La polinización por
vibración consiste en la vibración de las flores (órganos sexuales) producida por la contracción
rápida de los músculos del vuelo de las abejas (Harder y Barclay 1994). Esto crea fuerzas
centrífugas que empujan el polen hacia fuera por los poros apicales de las anteras (King y
Buchmann 1996). La nube de polen liberada se adhiere a la superficie de la abeja bajo la
influencia de un campo electrostático (Corbet et al. 1982, Buchmann 1983). Este síndrome se
caracteriza principalmente por la presencia de anteras con dehiscencia poricidal (liberación del
polen por poros terminales) y la ausencia de néctar (Harder y Barclay 1994). Este rasgo floral
está asociado a grandes abejas recolectoras de polen y se presenta en aproximadamente el 6% de
las angiospermas (Buchmann 1983, Corbet et al. 1988, Harder y Barclay 1994, Laporta 2005).
La presencia de polen como única recompensa en estas flores pudiera parecer incongruente dada
la alta demanda de polen requerida por las abejas y la función del mismo en la transmisión de los
genes masculinos (Harder y Barclay 1994). La polinización por vibración pudiese representar una
solución óptima para el compromiso establecido entre la atracción y el transporte de los genes
paternos (Harder y Barclay 1994).
52
En un estudio con Dodecatheon Harder y Barclay (1994) encontraron que las anteras de las flores
más jóvenes requieren frecuencias más altas, lo que limita la liberación del polen, y que conforme
las flores maduran la frecuencia de vibración requerida disminuye por lo que la cantidad de polen
removido es mayor. En este contexto la polinización por vibración es interpretada como un
dispositivo que regula y optimiza la dispersión del polen (Harder y Barclay 1994). Este
mecanismo reduce las cargas polínicas depositadas en los polinizadores inicialmente y distribuye
el polen en un mayor número de visitas (Harder y Barclay 1994). Sin este mecanismo un solo
polinizador sería capaz de remover todo el polen disponible en la antera durante una sola visita
(King y Buchmann 1996).
Aunque se han realizado varios estudios sobre la función de la vibración en la liberación del
polen (Thorp y Estes 1975, Harder y Barclay 1994), pocos han estudiado la relación de la
vibración con la deposición de polen en el estigma (Dulberger et al. 1994). Dulberger et al.
(1994), encontraron que varias especies de Senna, Casia y Chamaecrista poseen un estigma poco
usual cuya función está estrechamente relacionada con la vibración. Este estigma consiste en un
orificio en el ápice del estilo cubierto por una gran cantidad de tricomas y el cual conduce a una
cavidad estigmática interior (Dulberger et al. 1994, Tucker 1996). Este cavidad secreta un
exudado que facilita la germinación de los granos de polen y es inducido únicamente por los
movimientos vibratorios del estilo (Dulberger et al. 1994). Dulberger et al. (1994) sugieren que la
presencia de tricomas cubriendo la cavidad estigmática ayuda a proteger y evitar la desecación de
dicho exudado. Debido a esto es posible conjeturar que la vibración de los polinizadores no sólo
participa en la liberación del polen si no que probablemente juega un papel importante en la
deposición y germinación de los granos de polen dentro de la cavidad estigmática. Bajo este
contexto en este estudio nos hacemos las siguientes preguntas: ¿Como es la micromorfología de
53
los órganos sexuales en Chamaecrista chamaecristoides? ¿Existe una relación entre la vibración
de los polinizadores y la deposición de polen en el estigma, medida como el número de frutos
producidos?
Métodos
Especie de estudio
El género Chamaecrista se encuentra representado por 250 especies la mayoría de ellas en
América tropical. C. chamaecristoides es un arbusto perenne de entre 50 y 150 cm. de altura,
hojas pinnadas, de 1.5-5 cm de largo y 1-3 cm de ancho. Es una especie enantioestílica
(monomórfica), con flores amarillas, no presenta néctar, anteras con dehiscencia poricida (por
poros terminales) de 6-11mm de largo, estilo de 4.5-9 mm de largo. Fruto linear de 4-6.5 cm de
largo y 7-7 cm de ancho, semillas de 3.5-5 mm de largo (McVaugh 1987). Su periodo de
floración se presenta en julio y agosto, las flores viven un sólo día y son polinizadas por
vibración. La floración ocurre en no más de 20 días y los frutos maduran durante Septiembre y
Octubre (Martínez et al. 1994). Crece en hábitats perturbados e inestables y es considerada una
planta colonizadora de las dunas costeras. Es una especie endémica de México, se distribuye en el
Pacifico y Golfo de México. Se le encuentra en muchos microambientes desde playas y dunas
embrionarias hasta zonas móviles y semimóviles (Moreno-Casasola 1986; Martínez et al. 1994).
Área de estudio
El estudio se realizó en la Reserva Natural de la Mancha, esta se localiza en la planicie costera
del golfo de México en el centro del estado de Veracruz y posee una superficie aproximada de 96
ha. El clima es calido subhúmedo tipo Aw1 con lluvias en verano. La temperatura máxima es de
34 °C, la mínima de 16 °C y la media anual de 24 a 26 °C, la precipitación oscila entre los 1200 y
54
1500 mm anuales (Castillo-Campos y Medina 2002). Las dunas arenosas tienen suelos poco
desarrollados y en las dunas estabilizadas donde se ha establecido la cubierta vegetal arbórea son
rojizos, areno-arcillosos y profundos (Castillo-Campos y Medina 2002).
Determinación de la micromorfología
Para determinar la anatomía y micromorfología de los órganos sexuales de Chamaecrista
Chamaecristoides se colectaron 10 flores de cada morfo (izquierdo y derecho) de 10 plantas
seleccionadas al azar. Las flores fueron colectadas en dos tiempos distintos: en la mañana (7: 00
hr) y en la tarde (17:00 hr). Estas fueron fijadas y observadas bajo el microscopio electrónico de
barrido (JSM-5600LV-JEOL Scanning Electron Microscope) para examinar la morfología del
estigma y las anteras.
Evaluación de la función de la vibración en la deposición de polen
Para evaluar la relación de la vibración de los polinizadores con la deposición de polen en la
cavidad estigmática que presenta C. chamaecristoides se realizaron cruzas manuales. Se
realizaron cuatro tratamientos: vibrando el estilo artificialmente a dos intensidades distintas,
realizando la polinización sin vibración y un control. Las cruzas se realizaron cortando la punta
de las anteras y colocándola sobre el estilo (lo que evita la llegada de cualquier otro tipo de
polen) poniendo en contacto el polen con el ápice del mismo. La vibración artificial se realizo
con un diapasón y con una rasuradora eléctrica que produce una vibración de mayor intensidad,
en estos tratamientos se dejo vibrar sobre el estilo por varios segundos simulando la vibración a
la que está expuesto el estilo durante la polinización. Los controles únicamente se marcaron y
fuero dejados para ser polinizados de manera natural por las abejas. Se realizaron 40
manipulaciones para cada tratamiento en 35 plantas seleccionadas al azar y todas las cruzas
55
fueron entre morfos de distintos individuos (polinización cruzada). Como medida de éxito en la
polinización se evaluó la cantidad de frutos producidos para cada tratamiento (éxito
reproductivo).
Resultados
Determinación morfológica de los órganos sexuales
Chamaecrista chamaecristoides presenta una superficie estigmática poco usual. Esta se encuentra
dentro de una cavidad estigmática la cual posee un poro en la parte apical del estilo. Este poro se
encuentra cubierto completamente por una gran cantidad de tricomas que protegen dicha cavidad
y restringen el acceso a los granos de polen. Este diseño estructural del estigma se presenta en
ambos morfos florales, derecho (Figura 1a, b) e izquierdo (Figura 1c y d). Estos tricomas se abren
a través de la vibración ejercida por los polinizadores por lo que al final del día se encuentran en
un estado más relajado (Figura 2). La liberación del polen ocurre a través de dos poros terminales
en las anteras y se estos presentan abiertos en ambos morfos florales, derecho (Figura 3a y b) e
izquierdo (Figura 3c y d).
Evaluación de la función de la vibración en la deposición de polen
Se encontraron diferencias drásticas en la producción de frutos entre los cuatro tratamientos de
polinización. El éxito reproductivo de las cruzas realizadas sin la vibración artificial del estilo fue
de 0%, vibrando el estilo a una baja intensidad con un diapasón el éxito reproductivo fue del 5 %
mientras que con la vibración artificial a una mayor intensidad (rasuradora eléctrica) el éxito fue
del 30%; mientras que se registró el 27% para el control (Figura 3).
Discusión
56
Las leguminosas presentan los mayores ejemplos de especialización en la estructura floral
asociada a la polinización por vibración (Marazzi et al. 2007). Esta especialización se da
principalmente en el androceo (forma y estructura de las anteras) y en el gineceo (estructura del
estigma) (Marazzi et al. 2007).
Aunque estas características han sido estudiadas en algunas especies (Owens y Lewis 1989,
Dubelger et al. 1994, Endress 1997) su función dentro de la polinización ha sido poco evaluada
(Buchmann 1974). La fisiología y la morfología de estas estructuras son primordiales dentro de la
biología reproductiva, por lo que su conocimiento es importante para un completo entendimiento
de la reproducción en las plantas (Sigrist y Sazima 2004).
El androceo en Chamaecrista chamaecristoides está formado por ocho anteras cortas asociadas a
la alimentación de las abejas y dos anteras largas cuya principal función es la polinización (ver
capítulo 1). Las anteras poseen dehiscencia poricidal por lo que la liberación del polen se da a
través de dos poros terminales en las anteras, esta característica ha sido reportada para la gran
mayoría de las especies polinizadas por vibración (Buchmann 1983, Proenca 1992, Marazzi et al.
2007).
A diferencia de la mayoría de las angiospermas cuyo estigma se encuentra expuesto (Dubelger et
al. 1994), en C. chamaecristoides la superficie estigmática se encuentra dentro de una cavidad
recubierta por tricomas terminales en la parte apical del estilo. Este tipo de estigma es poco usual
y únicamente ha sido reportado para algunas especies del género Casia, Senna y Chamaecrista
(Dubelger et al. 1994) así como para algunas especies dentro de la familia Malpighiaceae (Sigrist
y Sazima 2004).
57
Sigrist y Sazima 2004, encontraron que para algunas especies de Malpigia la cubierta estigmática
(cutícula) es removida mecánicamente por los polinizadores durante el forrajeo lo que permite un
contacto eficiente del polen con la superficie estigmática, con la subsiguiente germinación de los
granos de polen.
En C. chamaecristoides la vibración mecánica producida por los polinizadores es indispensable
para la apertura de los tricomas que recubren la cavidad estigmática, lo que permite el acceso de
los granos de polen a la superficie estigmática y permite su germinación. Igualmente las
diferencias en el éxito reproductivo entre los diferentes métodos de polinización empleados nos
sugieren que la intensidad de la vibración podría estar jugando un papel importante en la
efectividad de la polinización.
Aunque algunos estudios sugieren que la presencia de tricomas en el poro del estilo únicamente
protege y evita la pérdida del exudado secretado para la germinación (Dubelger et al. 1994,
Marazzi et al. 2007), los resultados de este estudio sugieren que la función de esta cubierta
pudiera ir mas allá restringiendo la llegada de polen y permitiéndola únicamente al realizarse la
polinización a través de la vibración. Esto podría reducir la interferencia de polen no viable (de
otras especies) en el estigma (Barrett 2002).
C. chamaecristoides es completamente dependiente de los polinizadores ya que estos no
únicamente participan activamente en la liberación del polen si no también en la deposición del
mismo dentro del estigma. Las características anatómicas de los órganos sexuales en C.
58
chamaecristoides nos sugieren que esta especie posee una morfología altamente elaborada y
adaptada a la polinización por vibración.
59
Figura 1.- Área apical del estilo derecho (a y b) e izquierdo (c y d), ambos cubiertos
completamente por tricomas apicales que recubren la cavidad estigmatica.
a b
c dc d
60
Figura 2.- Estilo izquierdo (a y b) y derecho (c y d) donde se observa la relajación de los
tricomas producto de la constante vibración de los polinizadores.
a b
c d
61
Figura 3.- Poros terminales abiertos en las anteras derechas (a y b) e izquierda (c y d), por medio
de los cuales se realiza la liberación del polen.
a b
c d
62
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
S/vibración Diapasón Rasuradora Control
Tratamiento
Prop
orci
ón d
e fr
utos
Figura 3.- Éxito reproductivo bajo los diferentes tipos de manipulación (vibración) de las flores.
63
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65
Capitulo IV. Discusión general
En las especies enantioestílicas es de esperarse que la polinización deba de ocurrir entre los
distintos morfos florales (izquierdo y derecho), lo que favorece el entrecruzamiento (Jesson y
Barrett 2002a, Jesson et al. 2003a). Sin embargo la presencia de ambos morfos en un mismo
individuo (enantioestilia monomórfica) facilita la autofertilización a través de la geitonogamia, lo
que pone en duda esta hipótesis del entrecruzamiento (Fenster 1995, Jesson y Barrett 2002a,
Jesson y Barrett 2003a). Sin embargo el grado de geitonogamia puede depender de varios
factores como el despliegue floral y la proporción de morfos florales presentes en un individuo
(Jesson y Barrett 2003b).
La enantioestilia monomórfica en Chamaecrista chamaecristoides aparentemente induce el
entrecruzamiento a través de las distintas proporciones de morfos florales entre los individuos a
lo largo de la floración (ver capítulo 1). La proporción de los morfos florales en especies
enantioestílicas es importante ya que a diferencia de las especies heteroestílicas no presentan
sistemas de incompatibilidad que eviten la autofertilización (Barrett 2002). Esto implica que la
morfología floral es la única responsable de promover el apareamiento entre morfos, mediado por
la reciprocidad en la posición estigma-antera y por la segregación en la remoción y deposición
del polen en distintos lados del cuerpo de los polinizadores (Bowers 1975, Dubelger 1981, Todd
1982, Fenster 1995, Barrett 2002, Jesson y Barrett 2002b, Jesson et al. 2003b). El éxito de la
polinización cruzada es muy importante ya que favorece la variación genética, el mantenimiento
de las poblaciones y maximiza la adecuación femenina (Barrett 2002). Bajo este contexto las
adaptaciones de las plantas para optimizar el entrecruzamiento pueden ser entendidas como
ventajas selectivas que ayudan a evitar los efectos negativos de la autofertilización (Charlesworth
y Charlesworth 1987). Sin embargo, en algunas ocasiones la autofertlización puede tener ventajas
66
selectivas y llegar a aumentar el éxito reproductivo, principalmente cuando los polinizadores son
escasos o cuando la transferencia de polen es ineficiente (Richards 1996, Holsinger 2000).
En C. chamaecristoides la cantidad de polen producida por los estambres largos, su posición y la
correlación entre el tamaño del estambre paralelo al estilo y el estilo sugieren que este último
estambre podría estar jugando un papel importante en la autofertilización. La reducción en la
distancia estigma-antera es un característica importante que favorece la autofertilización (Piper et
al. 1986). Esta aseveración es respaldada por la autocompatibilidad que presenta esta especie y la
ausencia de una fuerte depresión por endogamia al nivel de frutos y semillas producidas, aunque
sería importante evaluar el posterior desempeño de éstas en la germinación.
En conjunto mis resultados sugieren que C. chamaecristoides posee un sistema de apareamiento
mixto, promoviendo la autofertilización y la polinización cruzada al mismo tiempo. La
autofertilización puede asegurar la reproducción en caso de limitación por polen o ineficiencia en
la transferencia del mismo, aunque C. chamaecristoides es una especie completamente
dependiente de los vectores para su polinización (ver capítulo 2). Las especies con sistemas de
apareamiento mixto aseguran la reproducción cuando los polinizadores son escasos (Barrett
2002) o cuando el periodo reproductivo es extremadamente corto (Escaravage et al. 2001). Esto
ocurre en C. chamaecristoides donde las flores viven menos de un día por lo que les confiere
una gran ventaja el poder aprovechar ambos tipos de polen para su reproducción.
La dicotomía entre la autofertilización versus la fertilización cruzada ha sido siempre un tema
central en la evolución de la biología floral y los sistemas reproductivos (Lande y Schemske
1985, Lloyd y Schoen 1992). Sin embargo recientemente se ha demostrado que los sistemas
67
mixtos pueden también ser evolutivamente estables y están ampliamente representados, sobre
todo en las especies polinizadas por animales (Holsinger 1991, Vogler y Kalisz 2001, Barrett
2002).
Chamaecrista chamaecristoides es también una especie altamente adaptada a la polinización por
vibración y optimiza el uso del polen reduciendo el impacto negativo que se pudiese generar dado
el compromiso entre la atracción y la transmisión de los genes paternos, ya que el polen es su
única recompensa (ver capítulo1). Las diferencias en la posición, tamaño y producción de polen
entre los tipos de anteras dentro de una misma flor sugieren una diferenciación funcional entre
ellos. La alta producción de polen y el tamaño de los estambres centrales, así como el
comportamiento observado de los polinizadores nos indican que estos funcionarían
principalmente como estambres de alimentación, aunque este tipo de polen también es viable y
produce una considerable cantidad de frutos (ver capítulo 1). Debido a esto sería importante
evaluar la probabilidad de que el polen proveniente de estas anteras también llegue al estigma.
Por otro lado estas anteras podrían llegar a perder su funcionalidad como ha sucedido para otras
especies las cuales ahora poseen estaminodios (estambres estériles) (Walker-Larsen y Harder
2000). Esto usualmente ocurre cuando los estambres realizan funciones distintas (atracción) a la
transmisión de los genes masculinos (Walker-Larsen y Harder 2000). La diferenciación
funcional de los estambres reduce la pérdida de polen debido a su uso por las abejas (Wilson y
Thomson 1991). Esto resulta particularmente importante para C. chamaecristoides debido a que
las flores no poseen néctar y son visitadas únicamente por abejas recolectoras de polen.
Generalmente, los estudios de polinización no consideran cómo las formas de dispersión del
polen influyen en los patrones de apareamiento (Barrett y Harder 1996). Sin embargo, tras
68
reconocer el papel masculino en el apareamiento, se han propuesto interpretaciones alternativas a
los diseños florales, principalmente como mecanismos que favorecen una dispersión eficiente del
polen, aumentando de esta manera la adecuación en la función masculina (Barrett 2003, Barrett y
Harder 1996). Esta diferenciación funcional es congruente con observaciones realizadas en otros
estudios dentro del género Chamaecrista cuya arquitectura floral es particular y altamente
variable en la posición, número y tamaño de los estambres entre las distintas especies (Thorp y
Estes 1975, Wolfe y Estes 1992, Tucker 1996, Liu y Koptur 2003).
La presencia de polen como única recompensa en estas flores pudiera parecer incongruente dada
la alta demanda de polen requerida por las abejas y la función del mismo en la transmisión de los
genes masculinos (Harder y Barclay 1994). Bajo este contexto, la polinización por vibración
igual pudiese representar una solución óptima para el compromiso establecido entre la atracción y
el transporte de los genes paternos (Harder y Barclay 1994). La polinización por vibración es
generalmente interpretada como un dispositivo que regula y optimiza la dispersión del polen
(Harder y Barclay 1994). Sin embargo, es importante considerar que la ganancia nutricional en
términos de calidad del polen debe ser mayor al gasto energético que conlleva la vibración
producida por las abejas. Algunos estudios han demostrado que las abejas son capaces de
discernir entre distintas anteras o flores basadas en la cantidad y la calidad del polen presente
(Robertson et al. 1999, Waddington et al. 2002).
Entre las leguminosas se presentan ejemplos de especialización en la estructura floral asociada a
la polinización por vibración (Marazzi et al. 2007). Pero aunque estas características han sido
estudiadas en algunas especies (Owens y Lewis 1989, Dubelger et al. 1994, Endress 1997), su
función dentro de la polinización ha sido poco evaluada (Buchmann 1974).
69
Las anteras en C. chamaecristoides poseen dehiscencia poricidal por lo que la liberación del
polen se da a través de dos poros terminales en las anteras, lo cual es común en especies
polinizadas por vibración (Dubelger et al. 1994, Marazzi et al. 2007). Sin embargo, esta especie
presenta una superficie estigmática poco usual, la cual se encuentra dentro de una cavidad
recubierta por tricomas terminales en la parte apical del estilo. Para C. chamaecristoides la
vibración mecánica producida por los polinizadores es indispensable para la apertura de los
tricomas que recubren esta cavidad, lo que permite el acceso de los granos de polen y permite su
germinación. Chamaecrista chamaecristoides es una especie altamente adaptada a la polinización
por vibración y totalmente dependiente de los polinizadores ya que estos no únicamente
participan activamente en la liberación del polen si no también en la deposición del mismo dentro
del estigma.
Bajo este contexto y dado los resultados encontrados en este estudio seria interesante evaluar cual
es la efectividad en la polinización entre los distintos visitantes florales así como si las
características fenológicas, morfológicas y el sistema de apareamiento encontrado en esta especie
se mantiene en todo el rango de su distribución geográfica.
70
Literatura citada
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