ESPECIAL

Plagas vegetales

PRESENTACIÓN

La salud de las plantas resulta esencial para nuestra supervivencia, puesto que nos aportan la gran mayoría de los alimentos que ingeri-

mos y del oxígeno que respiramos. Sin embargo, los cultivos y los eco-sistemas forestales de todo el mundo se ven continuamente amena-zados por las plagas. Estas pueden ser causadas por insectos y otros animales, por virus o bacterias patógenos, o por otras plantas ajenas, como las malas hierbas y las especies invasoras. Las plagas proliferan con rapidez cuando se encuentran con plantas debilitadas y ecosiste-mas degradados, unas condiciones cada vez más frecuentes en nues-tro planeta a causa del cambio climático y la destrucción del entorno.

Descubre en este monográfico digital el modo en que se propagan varias de las plagas importantes que afectan a nuestros cultivos y bosques y las estrategias que podemos adoptar para combatirlas.

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ESPECIAL n.o 52 ISSN: 2385-5657

En portada: Getty Images/Scacciamosche/iStock | Imagen Presentación: Getty Images/UrosPoteko/iStock

CONTENIDO

ESPECIALPLAGAS VEGETALES

Microbios patógenos de altos vuelos

David Schmale y Shane RossInvestigación y Ciencia, abril 2017

El futuro del chocolateHarold Schmitz y Howard-Yana Shapiro

Investigación y Ciencia, abril 2012

La mayor amenaza desde que existe el chocolate

Roman Goergenwww.investigacionyciencia.es, 3 de febrero de 2020

La diabrótica, la plaga que asola los maizales

Hannah NordhausInvestigación y Ciencia, mayo 2017

INCLUYE EL ARTÍCULO

La amenaza de la diabrótica en EspañaXavier Pons

Xylella fastidiosa, la bacteria que arrasa los olivares

Enrico Bucci

Investigación y Ciencia, septiembre 2017

INCLUYE LOS ARTÍCULOS

El fracaso de la contención de Xylella en Italia

Alison Abbott

Evitar la propagación de Xylella en EspañaAlberto Fereres, Daniele Cornara y Marina Morente

Malas hierbas resistentesJerry Adler

Investigación y Ciencia, julio 2011

INCLUYE EL ARTÍCULO

Otras medidas para controlar las malas hierbas

Jordi Izquierdo

La revolución del fitobiomaMarla BroadfootInvestigación y Ciencia, marzo 2018

Tierra prodigiosaRichard ConniffInvestigación y Ciencia, noviembre 2013

Hongos patógenos en la selvaJulieta Benítez MalvidoInvestigación y Ciencia, enero 2012

Plantas invasoras que favorecen las plagas de insectosJonatan Rodríguez, Adolfo Cordero-Rivera y Luís GonzálezInvestigación y Ciencia, abril 2020

Amigo de las invasorasEntrevista a Mark DavisInvestigación y Ciencia, abril 2011

Gestión de plantas invasoras en EspañaJara Andreu, Montserrat Vilà y Joan PinoInvestigación y Ciencia, marzo 2013

Larvas defoliadoras de los bosques australesSergio A. Estay, Roberto Chávez y Álvaro GutiérrezInvestigación y Ciencia, marzo 2020

Control biológico de la procesionariaLuis Cayuela, José Antonio Hódar y Regino ZamoraInvestigación y Ciencia, febrero 2012

Mecanismos químicos de defensa en las plantasJorge M. Vivanco, Eric Cosio, Víctor M. Loyola-Vargas y Héctor E. FloresInvestigación y Ciencia, febrero 2005

DESPEGUE: Los investigadores lanzan un dron modificado para tomar muestras de microorganismos atmosféricos en un campo de cultivo situado en las proximidades de Blacksburg, en Virginia.

MicrobiosMicrobiospatógenospatógenosddee altosaltosvuelosvuelos

B I O LO G Í A

Con la ayuda de drones y la teoría del caos se está analizando el modo en que los microorganismos se propagan

por el aire y dañan los cultivos de todo el planeta

David Schmale y Shane Ross

Fotografías de Adam Ewing

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El aire que nos rodea rebosa de vidamicroscópica. Cada vez que inspiramos, inhalamos miles de bacterias, virus y hongos. Desde hace 150 años se sabe que los micro-bios transportados en el aire causan enferme-dades en plantas, animales domésticos y per-sonas. Más recientemente, se ha descubierto que influyen también en la meteorología al favorecer la congelación del agua a tempera-turas más elevadas y generar precipitaciones. Asombrosamente, algunos de estos microbios surcan océanos y continentes arrastrados por grandes corrientes de aire. Las nuevas herra-mientas y los avances técnicos permiten co-nocer mejor la procedencia de los microorga-nismos, sus mecanismos de dispersión y las sorprendentes formas en que afectan a nues-tro planeta a lo largo de sus periplos.

Los autores de este artículo llevamos más de una década persiguiendo patógenos especialmente nocivos para los culti-vos agrícolas. Al ser responsables de una amplia variedad de daños, como plagas y envenenamientos por toxinas, causan pérdidas anuales de miles de millones de dólares en todo el planeta. Uno de nosotros (Schmale) estudia la aerobiología de microorganismos fitopatógenos; el otro (Ross) desarrolla mo-delos matemáticos para describir y predecir el movimiento de las corrientes de aire en distancias largas y cortas. Nuestra co-laboración nació en 2006 con el objetivo de identificar las rutas seguidas por los fitopatógenos para dispersarse entre campos, regiones o continentes.

Con esa meta (exclusiva de nuestra colaboración), desple-gamos una pequeña flota de aeronaves no tripuladas (drones)equipadas con instrumentos de muestreo para recoger y analizar los microbios presentes en la región inferior de la atmósfera. En cada campaña de muestreo obtenemos una amplia variedad de

microorganismos de interés, muchos de ellos apenas estudia-dos o desconocidos para la ciencia. Hemos desarrollado nuevos métodos para entender el transporte a larga distancia de los microbios atmosféricos. Y hemos formulado nuevas hipótesis acerca de cuánto pueden llegar a ser arrastrados por el viento y cómo pueden facilitar la generación de lluvia, nieve y otras formas de precipitación.

En última instancia, nuestro trabajo podría ayudar a los gestores agrónomos a controlar los microorganismos pató-genos existentes en el aire, predecir hacia dónde se dirigen y, por tanto, identificar las parcelas agrícolas que deben tratarse o ponerse en cuarentena. La información permitirá a los agri-cultores decidir, entre otras cosas, qué variedades de cultivo plantar o cuándo utilizar fungicidas u otros compuestos para proteger sus campos. Hemos centrado buena parte de nuestra investigación en un patógeno en particular: Fusarium grami-

nearum, un hongo que en las últimas décadas se ha dispersa-do más y con mayor rapidez que nunca debido, en parte, al cambio climático y a las prácticas agrícolas sin labranza. Ello ha causado un aumento de los residuos de cultivos en los cam- pos, lo que ha favorecido la persistencia de la infección de un año a otro. Cuando los expertos en agricultura, entre los que nos incluimos, manifestamos preocupación acerca de la amenaza inminente que supone el calentamiento global para el suministro mundial de alimentos, estamos pensando en una propagación explosiva de hongos que haría que los cereales no fueran aptos para el consumo.

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E N S Í N T E S I S

La fusariosis de la espiga constituye una de las afecciones más extendidas y devastadoras para las cosechas. La patología afecta princi-palmente a la cebada, la avena y otros cereales de pequeño tamaño, y se ha propagado por nuevas regiones del planeta a medida que el clima cambia.

Dado que el hongo causante de la fusariosis viaja a través del aire, los autores desplegaron una serie de drones y desarrollaron complejas simula-ciones para tratar de calcular las distancias que pueden llegar a recorrer los patógenos. Los últimos hallazgos demuestran que los microorganismos se desplazan decenas o centenares de kilómetros transportados por distintos sistemas meteorológicos y siguiendo intrincadas rutas atmosféricas en continuo movimiento.

En un futuro, este trabajo po-dría ayudar a los agricultores a proteger sus cosechas al per- mitir un seguimiento de la dis-persión de los fitopatógenos y la aplicación de medidas más efectivas.

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TOXINAS EN NUESTRA COMIDAMuchos ignoran lo devastadores que resultan los microbios patógenos para la agricultura. Una de las peores afec-ciones vegetales es la fusariosis de la espiga, que decolora las espigas del tri-go, la cebada, la avena y otros cereales de pequeño tamaño y llena las semillas de unas sustancias denominadas mi-cotoxinas. Estas, ingeridas en grandes cantidades, causan enfermedades y fre-cuentes vómitos en personas y ganado. Dado que generalmente no puede se-pararse el grano afectado del sano, las cosechas deben analizarse y destruirse en caso de que su contenido en toxinas supere un valor umbral.

Distintas especies del género Fusa-

rium causan fusariosis en todo el mun-do. Durante mucho tiempo, Fusarium

asiaticum ha acarreado problemas en China, desde donde ha comenzado a propagarse hacia el norte. En EE.UU. predomina F. graminearum, que hizo estragos en el maíz en la década de los setenta y provocó enfermedades en un gran número de cabezas de cerdo (el brote conllevó el descubrimiento de la micotoxina desoxinivalenol, que causa vómitos y rechazo a la comida en el ganado porcino). Dado el alto coste que supone controlar la fusariosis, la rentabilidad de plantar y cosechar trigo ha dis-minuido gradualmente en muchos estados de EE.UU. donde suele cultivarse.

F. graminearum sobrevive el invierno escondido en los restos vegetales que quedan en el suelo tras la cosecha. En prima-vera y verano se desarrollan en estos restos unas estructuras fúngicas llamadas peritecios que liberan con fuerza esporas de Fusarium a la atmósfera. Las esporas, a su vez, caen sobre las anteras de trigo y las sedas de maíz recién aparecidas. Después

germinan y el hongo se propaga a tra-vés de la planta, con la consiguiente acumulación de micotoxinas en el ce-real. La contaminación de un cultivo al siguiente supone la razón por la que los agentes de extensión agrícola reco-miendan a los agricultores evitar sem-brar trigo inmediatamente después de haber cultivado maíz u otras plantas propensas a la fusariosis.

MUROS DE AIREUno de los objetivos de nuestra cola-boración consiste en comprender el mecanismo por el que los microor-ganismos son transportados a través de la atmósfera. Nuestro primer paso consistió en calcular la distancia que puede recorrer F. graminearum en el aire desde un campo afectado en el transcurso de un día o una noche.

Financiado por la Iniciativa contra la Fusariosis del Trigo y la Cebada de EE.UU. y el Comité de Cereales Peque-ños de Virginia, llevamos a cabo una serie de experimentos en trigales co-merciales de Virginia. Utilizamos una cepa particular de F. graminearum que habíamos aislado de otras partes del estado y analizamos su ADN. De este modo podíamos distinguirla de las ce-pas ya existentes en los cultivos que pretendíamos estudiar. A continuación diseminamos tallos de maíz infestados con nuestro hongo experimental sobre un área aproximada de media hectá-rea. Después colocamos en el suelo, a distintas distancias desde el punto de inoculación, una serie de placas de Petri para capturar cualquier posible espora de Fusarium.

En una de nuestras series de ex-perimentos recuperamos esporas de nuestra cepa casi a un kilómetro de distancia del punto donde la habíamos liberado. No había forma de saber has-ta dónde podrían haber llegado, ya que nuestro muestreo estaba limitado a un kilómetro. En todo caso, parece claro

que habían recorrido distancias mucho más largas de lo estima-do inicialmente por la mayoría de los investigadores.

En lugar de continuar distribuyendo placas de Petri por el terreno a distancias cada vez mayores para localizar nuestras esporas de Fusarium, decidimos buscar los microorganismos en el aire situado por encima de los cultivos que estudiábamos. Cuanto mayor era la altura a la que los hallábamos, más podía-mos recurrir a los complejos cálculos matemáticos utilizados en las observaciones meteorológicas para determinar la distancia teórica que podrían haber recorrido.

Así, modificamos una serie de drones para equiparlos con aparatos especiales de muestreo que recogían y analizaban mi-croorganismos del aire durante el vuelo. Con financiación de los

PLAN DE VUELO: Los drones empleados para analizar los microbios de la región

inferior de la atmósfera están equipados con placas de Petri especialmente adaptadas

para que se abran y cierren según se ordene desde tierra (1). Un dron vuela siguiendo

una ruta previamente programada (2). Una espora recogida en el aire se desarrolla en el laboratorio y da lugar a un cultivo puro de

Fusarium (3).

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