El presente proyecto pretende entender el papel de los enemigos naturales en la evolución de las estrategias defensivas en la hierba anual Datura stramonium ("toloache"), durante su invasión a ambientes nuevos (España), en comparación con su ambiente nativo (México). La introducción de D. stramonium a España, hace más de 400 años, constituye un experimento natural y una oportunidad única para entender los cambios evolutivos asociados con la invasión de ambientes nuevos, en particular, de los caracteres asociados a las estrategias defensivas de las plantas: resistencia y tolerancia. Durante la colonización de ambientes nuevos, los organismos enfrentan condiciones diferentes ya sea físicas, bióticas o ambas. En el caso de las plantas, sus enemigos, herbívoros y patógenos, pueden estar ausentes y en consecuencia las presiones selectivas sobre los caracteres defensivos se relajarían permitiendo la evolución divergente de la defensa, respecto de las poblaciones nativas. Esto de inmediato predice diferencias en los gradientes de selección de las características defensivas entre poblaciones, así como cambios en la estructura de correlación entre caracteres. Debido a que ambas estrategias defensivas implican costos en términos de adecuación, se predice ausencia de selección (o incluso en contra) de la resistencia y selección positiva de la tolerancia en las poblaciones no nativas. En este proyecto realizaremos estudios de campo en 30 poblaciones de España y México para evaluar los niveles de daño por herbívoros, la variación fenotípica en la resistencia (tricomas foliares, concentración de alcaloides), de tolerancia (tasa relativa de crecimiento, incremento en biomasa por unidad de área foliar, área foliar específica y asignación de biomasa a las hojas evaluados experimentalmente) y adecuación (fruto y semillas). Además se medirá la infestación por el depredador de semillas Trichobaris soror en México y una polilla en España. Con estos datos, se evaluará la selección natural sobre las defensas entre el ambiente nativo y el no nativo. Además se compararán las correlaciones entre los componentes de la defensa entre ambos orígenes. Con la finalidad de determinar la evolución de estrategias defensivas independiente de las relaciones genéticas entre las poblaciones, se obtendrán las relaciones filogenéticas entre las poblaciones empleando marcadores moleculares uni- y bi-parentales a nivel de DNA. El proyecto es una aportación novedosa al estudio de la evolución de las estrategias de defensa en plantas durante la invasión de ambientes nuevos, sus restricciones y su papel en la evolución fenotípica. Hasta ahora, los estudios sobre invasión en plantas se han enfocado más al análisis de las consecuencias de ausencia de competencia con las especies nativas y a sus efectos a nivel comunitario, pero no de selección natural. Con este proyecto pretendemos responder una pregunta central de la biología evolutiva contemporánea, la evolución en ambientes nuevos.

El futuro de la biodiversidad del planeta es y será influenciada de manera importante por los cambios ambientales derivados de las actividades humanas. Éstas tiene efectos negativos en los ecosistemas y en la biodiversidad, de manera que la predicción por descarte es la rápida respuesta evolutiva de los organismos, en particular, los insectos plaga, las malezas, los patógenos resistentes a antibióticos y las especies invasoras, entre los más importantes (Palumbi 2001). Los nuevos ambientes, libres de competidores, parásitos o enemigos naturales liberan a los organismos de las presiones selectivas de sus ambientes nativos, convirtiéndolos en amenazas potenciales a la diversidad genética existente y a una modificación de las comunidades y ecosistemas. Por tanto, el entendimiento de la evolución de las invasiones hace necesario el estudio de la variación genética y fenotípica de las poblaciones en su estado nativo y no nativo, así como de su interacción con otros organismos. Datura stramonium es un sistema de estudio ideal para entender la evolución de la invasión en ambientes nuevos. Es una planta originaria de México que actualmente tiene una distribución mundial gracias al movimiento de semillas por humanos. En España fue introducida hace más de 400 años, y se encuentra naturalizada en muchas partes de la Península Ibérica. En estos sitios, es una planta anual de verano de rápido crecimiento y donde, hasta lo que conocemos, no es atacada por sus herbívoros especialistas en su rango nativo (Lema trilineata, Epitrix parvula, Coleoptera: Chrysomelidae; Trichobaris soror, Coleoptera: Curculionidae). En México, sus herbívoros infringen daño notable y reducen su adecuación. No obstante, existen diferencias entre poblaciones en la intensidad de la interacción. El presente proyecto pretende dilucidar los cambios ocurridos en la defensa de las plantas contra sus herbívoros (tricomas foliares, alcaloides y tolerancia), cuando éstos están ausentes, como en el caso de las poblaciones de España. La producción de defensas es costosa en términos de adecuación, por lo que se espera que la liberación de los enemigos naturales modifique la variación fenotípica de la defensa y cambie las asociaciones entre caracteres. Así, el proyecto ofrece la posibilidad de entender el papel de los herbívoros especialistas en la evolución de las estrategias defensivas de las plantas, durante su invasión de ambientes nuevos. El proyecto por tanto es original y novedoso en tanto que es una aportación a la evolución de las estrategias de defensa, sus restricciones y su papel en la evolución fenotípica. Nuestro sistema de estudio, Datura-herbívoros, es ampliamente reconocido en la literatura de ecología evolutiva mundial, y nuestro grupo de trabajo ha estudiado profusamente el sistema. En otro contexto, el proyecto es relevante por constituir una colaboración entre la UNAM y la Universidad de Sevilla. Además el grupo de trabajo es sólido académicamente, con tres investigadores titulares, tres postdoctorantes, cinco alumnos de doctorado, dos de maestría y una técnica académica de sólida formación en biología molecular. Por ello, el proyecto también es relevante en la formación de recursos humanos. Finalmente, el proyecto producirá artículos científicos en revistas indezadas de la más alta calidad.