Abstract
Using optical microscopy, the digestive tract of imagos of Cosmopolites sordidus Germar, Metamasius hemipterus sericeus L. and Metamasius hebetatus Gyllenhal, which are considered pests of plantain and banana, was studied. These beetles have a typical digestive system divided into three regions: stomodeum, mesenteron and proctodeum. These regions have a tubular form and are associated with numerous tracheae that facilitate gas exchange. The stomodeum initiates in the preoral cavity and continues with the pharynx and the esophagus, with little morphological differentiation, but with the presentation of external muscles. The crop is a stretched esophageal region, covered by circular muscles. Adjacent to this is the proventriculus that has cuticular internal projections that occlude the lumen. The mesenteron is divided into two ventricles, the anterior with an ovoid shape and the posterior with a stretched shape, each presenting abundant gastric caeca. The proctodeum initiates in the pyloric valve, continuing with the ileum and colon with a duct leading to the anus; this region has various folds in which the reproductive organs are inserted. In all three species, six long Malpighian tubules were observed, which initiate in the pylorus and extend to the middle region of the colon, tightly adhered to the alimentary canal. This work contributes to a better understanding of the structure and function of the digestive tract, describing and analyzing the morphology in these curculionid species.
Introducción
El plátano es uno de los frutos más importantes en el mundo y de gran importancia en el mercado internacional agropecuario. En Colombia el plátano se considera un alimento básico, ya que ocupa un lugar destacado en el suministro urbano de alimentos. El área sembrada es cercana a las 400.000 hectáreas, con una producción aproximada de 2,5 millones de toneladas anuales destinadas en un 96% al mercado interno. Cerca de las dos terceras partes del área cultivada se encuentran en la región Andina, en la que sobresale la zona central cafetera (Caldas, Risaralda, Quindío, Norte del Valle del Cauca y Norte del Tolima) aportando el 32% de la producción nacional (Merchan 1998; CORPOICA 1999; Castrillón 2001). En la zona cafetera el plátano se encuentra comúnmente asociado con café, usándose como delimitador de linderos o como barreras rompe vientos (Belalcázar 1991). En años recientes se ha implementado como monocultivo tecnificado en pequeñas extensiones (Castrillón 2000). Este cultivo se desarrolla muy bien desde el nivel del mar hasta los 2000 msnm y con un rango de temperatura que varía entre 18°C y 35°C (Belalcázar 1991).
El desconocimiento en el manejo de las plagas que afectan el cultivo del plátano ha ocasionado que en algunas regiones se hayan incrementado las poblaciones de éstas, generando niveles importantes de pérdidas económicas hasta incluso la pérdida total de la plantación (Belalcázar 1991). Para Colombia los principales insectos plaga registrados para el cultivo de plátano son: el picudo negro (Cosmopolites sordidus Germar), picudo rayado (Metamasius hemipterus sericeus Linnaeus), picudo amarillo (Metamasius hebetatus Gyllenhal), gusano tornillo (Castniomera humboldtii Maubl Ashby) gusano canasta (Oiketicus kirbyi Guilding) y gusano cabrito (Opsiphanes tamarindi Felder) (Cárdenas 1976; Castrillón 2000; Sánchez y Aranzazu 2000). Se considera que el complejo de picudos del plátano son la plaga más limitante del cultivo en la Zona Central Cafetera de Colombia; la expansión poblacional de estos insectos se encuentra favorecida por la sincronía temporal entre los estados de la plaga y la plantación, por los hábitos crípticos de los insectos y por su alta tasa de reproducción (Sánchez 2004).
Dentro del complejo de los picudos, C. sordidus es considerado la plaga más limitante del cultivo en la mayoría de países tropicales y subtropicales (Castrillón 2000; García et al. 1994; Merchán 1998). Aunque en los últimos años se ha visto un aumento en la población de M. hemipterus y M. hebetatus en la zona central cafetera (Castrillón 2000; Vallejo 2002), los picudos hacen parte de un complejo que se especializa en alimentarse de diferentes estructuras de la planta así: las larvas y adultos de C. sordidus se alimentan del rizoma, las larvas y adultos de M. hemipterus consumen el pseudotallo y los adultos de M. hebetatus prefieren los primeros centímetros del pseudotallo cerca del rizoma, mientras que las larvas consumen el pseudotallo (Cárdenas y Arango 1987; Castrillón 2000; Sánchez y Aranzazu 2000; Vallejo 2002).
Los trabajos relacionados al complejo picudo del plátano han sido investigaciones enfocadas al manejo y control, descuidando así la generación de información básica, como lo es la morfología interna. Debido a ello y al escaso conocimiento relacionado al sistema digestivo de estos insectos se comenzaron a evaluar las diferencias y similitudes en cuanto a la forma, tamaño y función de los órganos que componen su sistema digestivo. Esta investigación presenta la primera descripción de estos órganos y está dirigida a proporcionar información básica a biólogos y científicos sobre la morfología interna de estas tres especies.
Materiales y métodos
Localización
Esta investigación se llevó a cabo en los laboratorios del Centro Nacional de Investigaciones de Café, Cenicafé, “Pedro Uribe Mejía”, (Chinchiná, Caldas) de la Federación Nacional de Cafeteros de Colombia.
Material Biológico
Adultos de C. sordidus, M. hemipterus y M. hebetatus, se recolectaron en la Estación Central “Naranjal” de Cenicafé (Chinchiná Caldas), localizada a 04°58′ de latitud Norte, 75°39’ de longitud Oeste y a una altitud de 1400 msnm Las condiciones climáticas anuales son las siguientes: lluvia de 2.556mm, brillo solar de 1.817 horas, humedad relativa del 78% y una temperatura media de 20,8°C (FEDERACAFE Archivos climáticos 1956-1998).
Las capturas se hicieron usando trampas tipo sándwich (Castrillón 2001), los insectos se depositaron en viales y se transportaron al laboratorio de Cenicafé, donde se mantuvieron en un cuarto bajo condiciones controladas: 27°C de temperatura y 70% de humedad relativa, dispuestos individualmente en cajas magenta de acrílico de 250 ml y alimentados con trozos de rizoma y pseudotallo de plátano hasta el momento de la disección.
Disección
Para el estudio morfológico del tracto digestivo del complejo picudo, se disectaron los insectos aletargados en frío (-5°C por 10 minutos), con la ayuda de un Estereoscopio Zeiss Stemi 2000. Se disectaron 12 individuos de cada especie en cajas Petri pequeñas, a las cuales se les adicionó 10ml de solución Ringer's, pH 7,0 (Martínez 2000), que ayuda a preservar los tejidos. La disección de los insectos se inició con el desprendimiento de los músculos que unen el protórax con en mesotórax, seguidamente se retiraron los élitros y alas posteriores. Con estiletes entomológicos y pinzas de disección, se separaron las placas dorsales y ventrales del meso y metatórax, así como los tergitos y esternitos abdominales, dejando expuesta la zona comprendida desde el proventrículo hasta el ano, a continuación se separó el sistema reproductor y el digestivo, realizando primero la extracción del tejido graso que recubre ésta zona. La región anterior del estomodeo compuesta por la cavidad preoral, faringe, esófago y buche, se extrajo seccionando el protórax y la cabeza así como la proyección del aparato bucal (rostrum), retirando todas las placas cuticulares dejando así todo el tracto digestivo a exposición. Los órganos fueron teñidos con azul de toluidina, para facilitar la diferenciación de los órganos que componen al tracto digestivo. Luego se midieron con un microscopio Zeiss Axiophot y un estereoscopio Zeiss Stemi 2000, equipados con reglilla micrométrica. Todos los órganos del tracto digestivo fueron fotografiados y medidos para establecer su forma y su tamaño, posteriormente se preservaron en glutaraldehido 2% en fosfato buffer pH. 7.0.
Resultados
El tracto digestivo del complejo picudo se encuentra dividido en tres regiones el estomodeo o intestino anterior, el mesenteron o intestino medio y el proctodeo o intestino posterior (Fig. 1a), siendo el proctodeo y el estomodeo de origen ectodérmico y el mesenteron originado por el mesodermo (Snodgrass 1935).
El tracto digestivo de estos insectos varía en cada región y la longitud supera para el caso de C. sordidus 1 ½ veces la extensión de su cuerpo (Fig. 1b), en cambio en M. hemipterus (Fig. 1c) la extensión del tracto digestivo puede llegar a ser tres veces la longitud del insecto y para M. hebetatus (Fig. 1d) el tracto digestivo supera el doble la longitud total del insecto (Tabla 1), esto debido a plegamientos generados en el ventrículo posterior del mesenteron como también plegamientos formados en toda la porción del proctodeo (Fig. 4b). Las tres regiones del tracto digestivo estomodeo, mesenteron y proctodeo, se ajustan a las proporciones presentadas por Calder (1998), el cual realizó la evaluación de la proporción de las tres regiones del tracto digestivo a diversas especies de curculiónidos (Tabla 2), así como lo registrado en Rhynchophorus palmarum (Sánchez et al. 2000), Anthonomus grandis (MacGown y Sikorowki 1981) y en Hypera postica (Tombes y Marganian 1967).
El estomodeo en las tres especies (Figs. 2a, 2b y 2c) es un tubo largo y recto, que se comunica en su extremo posterior con el mesenteron, en su región anterior inicia con la faringe (Fig. 2d), siendo este un tubo angosto y delgado, extendiéndose desde el ápice del rostro hasta la región posterior de la cabeza, este se encuentra ubicado al centro de la cavidad cefálica, por encima de los notables tendones mandibulares y maxilares. En su recorrido está relacionado con fibras musculares estriadas, con orientación al exoesqueleto. Seguido a este se encuentra el esófago (Fig. 2c) el cual tiende a engrosarse, espacialmente en el protórax, es una región que presenta una intima esclerotizada, externamente su conformación es similar a la faringe. La región posterior del estomodeo continua con una zona de ensanchamiento esofageal conocida como buche (Figs. 2b y 2c), aunque se puede apreciar que es un órgano esclerotizado, este es flexible pues cumple la función de almacenamiento y digestión parcial del alimento (Fig. 2e); externamente se encuentra rodeado de músculos estriados. Internamente en el buche se presenta una gran cantidad de proyecciones espinosas esclerotizadas (Fig. 2i). Adosada a este órgano y con un diámetro ecuatorial similar, se encuentra el proventrículo (Fig. 2g) de forma casi ovoide y de constitución gruesa, este es el órgano más esclerotizado presente en todo el tracto digestivo. Internamente presenta ocho placas cuticulares con forma aristada y disposición octagonal (Fig. 2h), las cuales están adornadas con proyecciones espinosas cuticulares de diversos tamaños. Por el grosor, tamaño, disposición radial y convergente de las proyecciones espinosas cuticulares (Fig. 2j), se podría asumir que su función además de la maceración del alimento es el filtrado de este, siendo similar en otros insectos, tales como la broca del café, Hypothenemus hampei (Ferrari) (Coleoptera: Curculionidae: Scolytinae) (Rubio et al. 2003) y ortópteros de las familias Gryllidae y Tettigoniidae (Chapman 1982; Snodgrass 1935). Envolviendo estas placas se presentan gruesas bandas de músculos circulares. Concluyendo el estomodeo está el cardias (Figs. 2a y 2c), el cual es una válvula que se encuentra oculta en la región anterior del mesenteron, siendo ésta la válvula la que separa el mesenteron del proctodeo.
Aspecto general del tracto digestivo de las especies del complejo picudo del plátano. a) Conformación característica del sistema digestivo de Cosmopolites sordidus, Metamasius hemipterus y Metamasius hebetatus, la cual consta de las siguientes partes; faringe (fa), esófago (es), buche (bc), proventrículo (pv), cardias (ca), ventrículo anterior (va), ventrículo posterior (vp), píloro (pl), íleo (il), túbulos de Malpighi (tm), colon (cl), recto (rt) y ano (a). b) Vista general del tracto digestivo de C. sordidus. c) Vista general del tracto digestivo M. hemipterus. d) Vista general del tracto digestivo de Metamasius hebetatus.
Tamaño (mm) ± Error estándar (ee) de los diferentes órganos componentes del estomodeo, mesenteron y proctodeo en C. sordidus, M. hemipterus y M. hebetatus.
Por otra parte, el mesenteron es una estructura formada por dos regiones claramente diferenciables, el ventrículo anterior y el ventrículo posterior (Fig. 3a), siendo común en otros escarabajos descritos de la familia Curculionidae (Wigglesworth 1950; Crowson 1981; MacGown y Sikorowski 1981). El ventrículo anterior aparece bien definido, de forma ovoide, adornado con numerosos ciegos gástricos, uniformes y de tamaños diferentes en las tres especies (Figs. 3b, 3c y 3d), entre ellos se entrecruzan los túbulos de Malpighi y la región adyacente conocida como ventrículo posterior, ésta presenta una longitud similar a la anterior, pero el diámetro se reduce casi a la tercera parte, en ésta región también se proyectan una gran cantidad de ciegos gástricos uniformes (Fig. 3h) los cuales, en las dos regiones, se abren independientemente hacia el lumen. En el mesenteron de los tres insectos (Figs. 3e, 3f y 3g), se pueden observar las diferencias en forma y tamaño de los ciegos gástricos comprendidos en los dos ventrículos de las tres especies. Las descripciones realizadas al tracto digestivo de éstas tres especies nos muestran como la principal diferencia se centra en la forma y tamaño de los ciegos gástricos, ya que para el caso de C. sordidus, los ciegos gástricos del ventrículo anterior son más gruesos y alargados, de forma cónica y terminación lobular, mientras que los del ventrículo anterior de forma cilíndrica, presentan un diámetro más reducido. El ventrículo anterior de M. hemipterus, presenta unos ciegos gástricos alargados, de forma cilíndrica, los cuales son diferentes a los del ventrículo posterior pues son muy pequeños, observándose una disposición uniforme; para M. hebetatus, la forma y tamaño de los ciegos gástricos con relación a los otros dos picudos estudiados, son los más largos, de forma cilíndrica y disposición uniforme, los cuales presentan una terminación ovoide. Tanto en su ventrículo anterior como posterior la cantidad de estos ciegos es menor a la observada en las otras dos especies.
Morfología del estomodeo en las tres especies estudiadas del complejo picudo del plátano. a) Aspecto general del estomodeo en M. hebetatus, en la cual se observan las siguientes partes: faringe (fa), esófago (es), buche (bc), proventrículo (pv) y cardias (ca). b) Vista lateral del estomodeo de M. hemipterus. c) vista general del esófago, buche, proventrículo y cardias de C. sordidus. d) detalle de la región anterior del estomodeo, la cual en C. sordidus es una prolongación de la faringe. e) vista lateral del buche de M. hemipterus. f) proventrículo y cardias de C. sordidus, vista general. g) vista lateral de la unión entre el estomodeo y mesenteron en M. hebetatus. h) Vista general de las placas cuticulares internas que presenta el proventrículo en estos insectos. i) Observación del epitelio interior presente en el buche del complejo picudo, en el cual se notan sendas espinas de formación cuticular en la región superior y en la región central proyecciones espinosas de tamaño pequeño. j) Observación de las placas internas presentes en el proventrículo, en las cuales se evidencia el grado de esclerosamiento así como las proyecciones cuticulares de diversos tamaños que se presentan en las regiones laterales de cada una de las ocho placas.
Relación proporcional de las tres regiones componentes del tracto digestivo de los picudos del plátano, comparados con las proporciones características de la Subfamilia Rhynchophorinae evaluadas por Calder (1989).
El proctodeo de las tres especies (Figs. 4b, 4c y 4d) se encuentra separado del mesenteron por una válvula designada píloro (Fig. 4a), ésta se caracteriza por ser una corta región definida por una discreta disminución del diámetro, presencia de ondulaciones y el comienzo de la capa íntima de la región posterior del tubo digestivo. En el píloro, se localiza la unión de los seis túbulos de Malpighi, en las tres especies (Fig. 4a), cuatro túbulos que emergen de una cámara común y los otros dos situándose aparte (lateralmente), estos túbulos son uniformes en todo su recorrido y se disponen como trenzados o enlazados sobre la región del mesenteron y el proctodeo, lo cual coincide con los trabajos de Wigglesworth (1950); Crowson (1981) y Calder (1998), quienes han registrado cuatro o seis túbulos en los coleópteros de la familia Curculionidae. Estos túbulos desembocan en la región media del colon, los cuales se introducen formando unas sinuosidades en la capa intima (Fig. 4a). Seguido al píloro se genera una disminución en el diámetro del proctodeo, conocida como íleo, que viene acompañada en su región posterior por el colon, siendo similares morfológicamente, es ésta última una dilatación del proctodeo. El proctodeo culmina en el recto, de tamaño corto que se inicia en la válvula rectal, constituida por una simple constricción circular, semejante a la reportada por Snodgrass (1935). La longitud y diámetro de las regiones antes mencionadas de las tres especies se muestran en la Tabla 1.
Morfología de los órganos que constituyen el mesenteron en los tres picudos del plátano. a) Vista general del ventrículo anterior (ovoide) y el ventrículo posterior (tubular) en C. sordidus. b) Vista general de los ventrículos constitutivos en M. hemipterus, así como la disposición y tamaño de los ciegos gástricos de éstas dos regiones. c) Vista lateral de los ventrículos constitutivos en M. hebetatus, como también la forma y tamaño de los ciegos gástricos en éstas dos regiones. d) Ventrículo anterior de C. sordidus, en el cual se observa la disposición y tamaño de los ciegos gástricos, nótese la diferencia de estos con los otros dos picudos. e) Forma y tamaño de los ciegos gástricos del ventrículo posterior de M. hemipterus, los cuales son cilíndricos y pequeños. f) Vista general de los ciegos gástricos presentes en la región posterior de M. hebetatus, estos son los mas grandes de las tres especies y están caracterizados por una prominencia en la parte superior. g y h) Ciegos gástricos en el ventrículo anterior en C. sordidus, caracterizados por la forma semicónica; de las tres especies, es la que más presenta este tipo de proyecciones.
Morfología del proctodeo en las tres especies estudiadas. a) Diagrama de las partes constitutivas características del proctodeo, ventrículo posterior (vp) “del mesenteron”. Píloro (pi), túbulos de Malpighi “lugar de inicio” (tm i), íleo (il), colon (cl), túbulos de Malpighi “lugar de finalización” (tm f), anillo anal (aa), recto (rt) y ano (a). b) Vista lateral del proctodeo en C. sordidus, presentando varios plegamientos, en los cuales se insertan los órganos reproductivos. c) Vista general del proctodeo en M. hemipterus, observándose el aglomerado “parte superior” que forman los largos túbulos de Malpighi. d) Vista lateral del proctodeo en M. hebetatus, notándose muy bien el anillo anal y la zona donde se insertan los túbulos de Malpighi (señalado con flecha) en la región media del colon.
Conclusiones
De los datos expuestos podemos decir que las tres especies de picudos estudiadas, muestran similares características para el consumo tanto del tallo como el pseudotallo del plátano, ya que la semejanza en las proporciones de los diferentes órganos del tracto digestivo es evidente; solamente se presenta una diferencia en la relación proporcional en las secciones del proctodeo, pues en el caso de M. hebetatus ésta sección es más reducida que en M. hemipterus y C. sordidus. Las descripciones suministradas en este trabajo sobre las características anatómicas internas de estas tres especies abren las puertas a estudios relacionados con el metabolismo intestinal y asimilación nutricional de estos insectos.
Footnotes
Agradecimientos
Al Dr. Alex E. Bustillo P. por la revisión del artículo. Al Centro Nacional de Investigaciones de Café, por el apoyo financiero y logístico.