arTÍCUlo original
¿es imprescindible la comunicación acústica
en la conducta de apareamiento
de Empyreuma pugione (erebidae: arctiinae)?
Is accoustic communication essential in the mating behavior of empyreuma pugione
(Erebidae: Arctiinae)?
Yohami Fernández,1 Martha Pérez1 y emanuel c. Mora1*
ResuMen
La comunicación química y acústica participa en el reconocimiento y la aceptación de la pareja durante la conducta de apareamiento de muchas especies de lepidópteros nocturnos. En el presente trabajo, se analiza el efecto de la audición y la emisión de sonido sobre la probabilidad de apa-rearse en Empyreuma pugione. Para ello, se combinaron hembras y machos capaces de producir y detectar sonido con individuos sordomudos y se
cuantificó el número de apareamientos exitosos entre tres grupos experi -mentales: (1) hembras y machos intactos, (2) machos intactos y hembras sordomudas, (3) machos sordomudos y hembras intactas. Se observaron
apareamientos exitosos en las tres combinaciones sin diferencias significa
-tivas entre las tres condiciones experimentales. El 29 % de los apareamien
-tos tuvo lugar entre machos sordomudos y hembras intactas, mientras el 24 % correspondió a hembras sordomudas que se aparearon con machos intactos. Este hallazgo sugiere que la emisión de sonido en E. pugione no
resulta imprescindible para el éxito del apareamiento, y probablemente
la comunicación mediante feromonas conjuntamente con otros sistemas
sensoriales sean suficientes para seleccionar y aceptar a la pareja.
PalabRas clave: comunicación acústica, apareamiento, Empyreuma pugione.
AbstrAct
Chemical and acoustic communication are involved in species recognition and in female mate-choice during the mating behavior of many nocturnal Lepidoptera. Here, we analyzed the effect of audition and sound production in Empyreuma pugione reproductive behavior. For this, we combine intact females and males with deaf-mute animals and measured the number of suc-cessful matings in three experimental conditions: (1) couples of intact females and males, (2) couples of deaf-mute males and intact females, (3) couples of intact males and deaf-mute females. We found successful matings for the three tested combinations without significant difference between experimental conditions. 29 % of the successful mating occurred between deaf-mute males and intact females and 24 % between deaf-mute females and intact males. Our results suggest that sound production in E. pugione is not essential during courtship behavior and probably the chemical communication combined with other sensory systems is enough for select and accept mates.
kEywords: acoustic communication, mating behavior, Empyreuma pugione. 1 Departamento de biología animal
y Humana, Facultad de biología, Universidad de la Habana, Cuba. * autor para correspondencia:
emanuel@fbio.uh.cu
introducción
La liberación de feromonas desempeña un papel esencial en el cortejo de la mayoría de las especies de lepidópteros nocturnos estudiados hasta el mo-mento. Adicionalmente, en un creciente número de especies de polillas, se ha descrito el uso de señales acústicas en combinación con las feromonas para el reconocimiento y la aceptación de la pareja (Nakano et al., 2006; Takanashi et al., 2010). La producción
de sonido en este contexto ha sido demostrada
principalmente en las familias Pyralidae, Arctiidae,
Noctuidae, Geometridae y Crambidae (Spangler
et al., 1984; Spangler, 1985; Snedden et al., 1994; Sanderford y Conner, 1995; Conner, 1999; Nakano
et al., 2006, 2008, 2009a, 2009b, 2010a, 2010b;
Takanashi et al., 2010). De acuerdo con esos resul-tados, la importancia relativa del sonido respecto a
la emisión de feromonas varía según la especie.
Las características espectrales y temporales
de las señales emitidas por los órganos produc
-tores de sonido de Empyreuma pugione (= affinis) han sido descritas por Coro et al. (1983) y Sander -ford et al. (1998). El papel de la emisión acústica durante el apareamiento se ha investigado tanto
en condiciones de laboratorio como en el campo. Portilla et al. (1987) analizaron el efecto de la pér -dida de la audición sobre el tiempo dedicado a la
actividad sexual y la probabilidad de apareamiento,
en parejas de esta especie aisladas en recipientes de un litro. En estas condiciones, describieron una
disminución del tiempo de actividad sexual y ausen
-cia casi total de apareamientos cuando uno de los dos miembros de la pareja era sordo. Tal evidencia de la participación del sonido en la comunicación
entre los sexos fue demostrada por Sanderford y
Coro (1998) al registrar señales acústicas durante
el cortejo de esta especie en condiciones naturales.
Estos últimos autores refieren que el macho emite
sonido cuando se acerca a una hembra que libera feromona y mientras intenta copular con ella. La hembra puede o no emitir sonido durante la fase táctil del cortejo. Cuando lo hace, comienza después de la señal del macho y se mantiene entre uno y dos
segundos después que esta cesa.
Los resultados obtenidos en otras especies de
polillas (Conner, 1987; Sanderford y Conner, 1995;
Nakano et al., 2006, 2009a, 2010a, 2010b; Taka -nashi et al., 2010) indican que la comunicación
química y la acústica participan en la conducta de apareamiento y que su eliminación reduce el
número de acoplamientos exitosos. Sin embargo,
en muchos casos, ninguna de las dos resulta im
-prescindible para que se produzca la cópula entre
algunas parejas. Sobre esta base formulamos la
hipótesis de que la probabilidad de apareamiento en E. pugione se incrementa si se favorecen los contactos físicos entre los individuos, independien-temente de su capacidad de producir y detectar sonido.
En este trabajo se analiza el efecto de la audi-ción y la emisión de sonido sobre la probabilidad de aparearse en E. pugione. Para ello, se colocaron
grupos de 45 ejemplares en recipientes de aproxi
-madamente 25 L. En cada grupo se combinaron
hembras y machos capaces de detectar y pro-ducir sonido, y sordomudos. Como indicador del
éxito en el apareamiento se valoró el número de
parejas de cada tipo que se apareaban en cada día de observación.
Materiales y métodos
Se utilizaron 330 individuos de la especie Empyreuma pugione (Noctuoidea: Erebidae, Arctiinae), 247 hem
-bras y 83 machos, recolectados en los municipios
Playa y Plaza de la Revolución en La Habana, en estadio adulto. En el laboratorio, los ejemplares se mantuvieron en condiciones de temperatura, humedad y fotoperiodo semejantes a las de su medio natural y fueron alimentados con solución
de sacarosa al 30 % ad libitum. Los experimentos
se llevaron a cabo entre el 12 y el 22 de diciembre de
2008, en el periodo de 5:30 a.m. a 8:00 a.m., que
es el horario del día en que esta especie se aparea (Otazo et al., 1984).
Para comprobar la emisión de sonido durante el apareamiento y el papel de las emisiones acústicas
en el éxito de esta actividad, se diseñó un experi
-mento utilizando polillas intactas y sordomudas.
La condición de sordera se logró destruyendo la membrana timpánica de ambos órganos auditivos con un alfiler entomológico, bajo un estereoscopio
ZEISS modelo KL1500 (Nakano et al., 2006, 2009a,
2010a). De forma similar, la posibilidad de emitir
sonido se evitó rasgando la banda estriada de los
timbales a lo largo de toda su longitud (Nakano et
mecánica del episternito, que se produce al
pre-sionar el tórax entre los dedos índice y pulgar por
la zona de inserción de las alas (Coro et al., 1983), no originaba pulsos acústicos. Lo anterior se
comprobó con un micrófono ultrasónico colocado cerca de la preparación.
Una vez manipulados, los animales se separa-ron en tres contenedores cilíndricos de malla, de
32 x 31 cm y aproximadamente 25 L de capacidad. En cada contenedor se colocaron 45 individuos (30 hembras y 15 machos). La mayor proporción
de hembras tuvo como objetivo aumentar la
probabilidad de que alguna de ellas emitiera
feromonas y atrajera al macho (Nakano et al.,
2009a, 2010a; Takanashi et al., 2010). El primer
contenedor se conformó con individuos intactos.
En el segundo se incluyeron machos intactos y
hembras sordomudas y, en el tercero, machos sordomudos y hembras intactas. Durante once días consecutivos se controló visualmente la ocurrencia, o no, de apareamientos en todos los
contenedores. En días alternos se registraron las
emisiones acústicas de los individuos
manteni-dos en los contenedores segundo y tercero. Para el registro de las emisiones acústicas se utilizó un detector de murciélagos (modelo U30, Ultra
Sound Advice, Londres, Gran Bretaña) sensible
a una gama espectral entre 15-120 kHz (± 3 dB).
La salida de alta frecuencia del detector se acopló a una computadora portátil (Celeron
Mobile, 1 500 MHz) a través de una tarjeta aná
-logo/digital PCM-DAS 16S/330. La presencia de
sonido se controló acústicamente sintonizando la salida audible del sistema heterodino del
micrófono a 35 kHz.
Con el objetivo de analizar estadísticamente el efecto de la comunicación acústica sobre el
éxito del apareamiento, se creó un modelo nulo a
partir del número de apareamientos observados entre los individuos intactos durante los días de muestreo. Para ello se volvieron a muestrear los datos mil veces, utilizando el método de simulacio-nes de Montecarlo con la herramienta Pop Tools
(Microsoft Excel). Con las matrices derivadas de
cada remuestreo se obtuvo la distribución de las probabilidades de ocurrencia de apareamientos
exitosos entre individuos intactos. La probabilidad
de ocurrencia de apareamiento observada entre
individuos incapaces de establecer comunicación acústica se comparó con la distribución de pro-babilidades obtenida para los individuos intactos.
Se tomó como criterio de diferencia significativa p < 0,05, lo cual equivale a que las probabilidades
de apareamiento fueran diferentes en más de un
95 % de las veces analizadas.
Resultados
Durante los once días de observación se
produje-ron 34 apareamientos exitosos. De manera ge
-neral, se aparearon tanto parejas formadas por individuos intactos, como parejas formadas por al menos un individuo incapaz de establecer
comunicación acústica (sordomudo). La figura 1
ilustra el número de apareamientos por día y el
total para cada tipo de pareja a lo largo de los
once días de observación. Entre los individuos
intactos se registraron 16 apareamientos (47 %
del total) distribuidos en siete de los once días. En las parejas formadas por machos sordo-mudos y hembras intactas, se observaron 10
cópulas (29 %) en seis de los días muestreados.
Los machos intactos copularon con hembras sordomudas solamente en cinco días, y en tres de ellos lo hizo solo una pareja, para un total de
8 apareamientos (24 %).
Al analizar estadísticamente estos resultados, a través de las simulaciones de Monte Carlo, se encontró que la frecuencia con que se aparearon las hembras sordomudas con los machos intac-tos resultó diferente del valor de frecuencia de apareamiento calculado a partir del modelo nulo,
en 89 % de los mil remuestreos. A su vez, la fre
-cuencia de apareamiento de las parejas formadas por machos sordomudos y hembras intactas fue diferente de la calculada para el modelo nulo en
81 % de los remuestreos. Ambos valores resultan
inferiores al 95 % establecido como criterio de diferencia significativa.
El registro de la producción de sonido durante
el apareamiento realizado en días alternos en
los recipientes segundo y tercero mostró que en estas parejas, en las cuales uno de los sexos era
copular, dentro de los que se incluyen trece intentos fallidos.
discusión
Como muestra la figura 1, el comportamiento
de los apareamientos por día resultó bastante
irregular. En el octavo día no se detectó ningún
apareamiento y en los días primero, quinto y noveno, las parejas formadas por individuos intactos no se
aparearon. Estos datos sugieren que diversos fac
-tores pueden estar incidiendo en la probabilidad
de aparearse exitosamente, tales como la edad de
los individuos y la temperatura ambiental (Otazo et al., 1984), variables que no fueron controladas en nuestro experimento.
El análisis estadístico mostró que, aunque
existe una tendencia a que los individuos sin
comunicación acústica se apareen menos que
los intactos, en ninguna de las dos posibilidades la disminución fue significativa. Este resultado puede estar influenciado por la variabilidad en el
número de parejas que se aparearon cada día.
A pesar de las irregularidades encontradas, en
la mayoría de los días hubo apareamiento entre parejas en las cuales uno de los miembros era
sor-domudo. Tales resultados difieren de lo descrito
por Sanderford y Conner (1995) en Syntomeida
epilais, una especie cercana filogenéticamente a
E. pugione, en la cual los machos prácticamente no se aparean con las hembras mudas. También son diferentes de los resultados reportados en la propia E. pugione por Portilla et al. (1987). Estos
autores encontraron que el tiempo de actividad
sexual disminuía considerablemente en parejas
en las cuales uno de los dos miembros era sordo y que las parejas formadas por machos intactos y hembras sordas nunca se aparearon. Las diferen-cias entre ambos estudios con una misma especie
pueden deberse a aspectos metodológicos de los
diseños experimentales. En primer lugar, Portilla et
al. (1987) analizaron el tiempo de actividad sexual
y no el número de parejas apareadas. Además,
aplicaron parafina sobre la membrana timpánica
para ensordecer a los animales, la cual pudo ha-ber tenido un efecto inhibidor sobre la actividad
sexual, que no fue descartado mediante animales
sham. También hubo diferencias en el tamaño de los contenedores y el número de individuos por contenedor. Portilla et al. (1987) aislaron las
parejas en recipientes independientes, de 1 L, con
Figura 1. número de apareamientos por día entre parejas formadas por individuos intactos y parejas en las cuales a uno de los
dos sexos se le destruyeron los órganos timpánicos y el timbal (sordomudo). en el extremo derecho, se representa la sumatoria del número de apareamientos observados en todos los días de muestreo, para cada tipo de pareja.
0 0
2 4 6 8 10 12 14 16 18
1 2 3 4 5 6
Días
LEYENDA
Total de apareamientos
Sumatoria
7 8 9 10 11
1 2 3 4
Individuos intactos Sordomudos
Intactas
5
lo cual se eliminó el efecto de grupo. En nuestro diseño, se incluyeron 45 individuos en un mismo recipiente de mayor tamaño (≈ 25 L), siempre con
mayor proporción de hembras, lo cual se asemeja
a los protocolos experimentales usados por otros
autores (Nakano et al., 2009a, 2010a; Takanashi
et al., 2010). Con un mayor número de individuos por recipiente, las probabilidades de interacción y de selección de una pareja para llevar a cabo la cópula pueden haber sido favorecidas.
Nuestros resultados apoyan el planteamiento de que en E. pugione ambos sexos emiten sonido (Coro
et al., 1983; Sanderford et al., 1998) y coinciden, en general, con la descripción de la emisión de sonido durante la conducta de apareamiento. Difieren, sin embargo, en que la emisión de las hembras no es
siempre en respuesta a la señal acústica del ma-cho, ya que las hembras intactas que se aparearon con machos sordomudos emitieron sonido.
El hecho de que E. pugione emita sonido du-rante la conducta de cortejo, sin que sea
impres-cindible para un apareamiento exitoso, coincide
con lo descrito en otras especies. En el crámbido Ostrinia furnacalis, el 59 % de las hembras sordas aceptó al macho y el 63 % de los machos sordos
fue eventualmente aceptado por la hembra después de varios intentos (Nakano et al., 2006, 2010a). En el noctuido Spodoptera litura, el 52 %
de las hembras sordas aceptó al macho y, aunque
las intactas prefirieron copular con machos que producían ultrasonido, el 41 % de los casos
aceptó a machos mudos para aparearse (Nakano et al., 2009a, 2010b). Es de suponer, entonces,
que en estos casos la comunicación mediante
las feromonas sea suficiente para el encuentro
de la pareja. En Cycnia tenera se encontró que ni los machos sordomudos, ni aquellos privados de comunicación química a través de las feromonas, presentaron –con respecto a los intactos–
des-ventaja en la probabilidad de aparearse. El éxito
en el apareamiento disminuyó solamente cuando se eliminaron de forma simultánea ambos tipos
de comunicación (Conner, 1987). Pero aun en estas condiciones el 57 % de los machos tuvo éxito reproductivo.
La hipótesis planteada por Sanderford y
Conner (1995) acerca de que la comunicación quí
-mica puede ser suficiente para la atracción entre
individuos de sexos opuestos encuentra apoyo
en la observación de un macho de E. pugione que intentaba copular con una hembra silente de Syn-tomeida epilais. Estos autores argumentan que la
semejanza en la estructura química de las feromo-nas emitidas por ambas especies pudo haber sido la causa de dicho comportamiento. Teniendo en cuenta que este sistema de comunicación química
no fue manipulado en nuestros experimentos, podría suponerse que haya sido suficiente para lograr éxito en el apareamiento.
El hallazgo del presente trabajo respecto a que
las hembras normales emiten sonido mientras se
aparean con un macho sordomudo permite sugerir
que la producción de sonido puede ser estimulada por otra vía, como la táctil o la visual. La posible
participación de estas otras señales podría expli
-car por qué en C. tenera (Conner, 1987) más del
50 % de los machos privados de comunicación quí
-mica y acústica tuvo éxito reproductivo. Trabajos
futuros donde se manipulen estos otros sistemas de comunicación podrían ayudar a comprender mejor la compleja conducta de apareamiento de las polillas y la participación de los sistemas sensoriales en la comunicación.
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