Cría de la mariposa monarca, Danaus plexippus (Linnaeus, 1785), bajo condiciones de laboratorio y su uso como modelo experimental en educación
Andrea Lorena García Hernández
Universidad Nacional de Colombia Facultad de Ciencias, Escuela de Biociencias Medellín, Colombia 2014
Cría de la mariposa monarca, Danaus plexippus (Linnaeus, 1785), bajo condiciones de laboratorio y su uso como modelo experimental en educación
Andrea Lorena García Hernández
Tesis de investigación presentada como requisito parcial para optar al título de: Magister en Ciencias Entomología
Directora: Sandra Uribe Soto Ms.C. Ph.D
Línea de Investigación: Ecología y Conservación Molecular Grupo de Investigación: Sistemática Molecular
Universidad Nacional de Colombia Facultad de Ciencias, Escuela de Biociencias Medellín, Colombia 2014
Dedicado a la memoria de Graciela Fuentes, quien siempre nos enseñó a volar por nuestros sueños.
Si algo tienen en común los científicos y los niños es su curiosidad, sus ganas de conocer y de saber más; de jugar con el mundo y sacudirlo para que caigan todos sus secretos.
Porque de eso se trata la ciencia: más allá de aparatos sofisticados y ecuaciones inescrutables, es cuestión de mirar con otros ojos, de volver a la edad de las preguntas interminables, al juego de química, el mecano y los rompecabezas.
Charpak, Léna & Quéré. "Los niños y la Ciencia. La aventura de la mano en la masa”
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VII
Agradecimientos
A mi familia por siempre acompañarme, apoyarme y aguantar este proceso, pero sobre todo entender y perdonar mi ausencia.
A mi tutora Sandra Uribe, por apasionarse con este trabajo tanto como yo, por todo su apoyo y enseñanzas que me permitieron enamorarme de las mariposas.
A mi amigo y hermano de vida Diego Carrero por soñar este proyecto a mi lado, enseñarme tanto de la cría, ser mi apoyo y no dejarme caer.
A mi familia en Medellín, Lina Maria, Richard y Luciana, porque sin ustedes esto no hubiera sido posible.
A Lina Marcela, por iniciar este viaje conmigo, por darme siempre su apoyo y amistad.
A las grandes amigas que me dejó este proceso, Isabel, María Angélica, Catalina y Sonia porque siempre me hicieron reír en los momentos difíciles.
A todos los compañeros de SISTEMOL, Estiven, Diego, Natalia, Luis Enrique, Juan, Charly, Gato, Andrés, Aleja, Jibram y en especial a Federico por sus siempre oportunos consejos. Y a Juan Pablo, Juan David y Francisco por toda su ayuda con la cría.
A mi familia de bicholog@s del GEAQ, Universidad del Quindío, en especial a Rodrigo y Leonardo, por su apoyo académico, emocional y demás… ¡por siempre estar ahí!
A mi hermanita Gina y a Juan, por sus hermosas ilustraciones y a Jhonattan por sus fotos.
A Erika por acompañarme, aguantarme, apoyarme y estar siempre ahí en el último tramo.
A todos los que me apoyaron en la escritura, a Laura por acompañarme en esos largos trasnochos y a Cindy por ese último empujón.
A Alexander Sabogal por su enorme apoyo en la parte estadística y todos sus consejos.
A la Institución educativa la Iguaná, todos los niños y profesores que participaron en esta experiencia.
Al Laboratorio de Biología y Sistemática de Insectos, Insectario.
A COLCIENCIAS y su programa jóvenes investigadores, por apoyar parte de este trabajo.
A la Universidad Nacional de Colombia, sede Medellín. Cría de la mariposa monarca Danaus plexippus (Linnaeus, 1785) bajo condiciones de laboratorio y su uso como modelo experimental en educación
Resumen
De acuerdo con la actual propuesta de educación del gobierno colombiano expuesta en los Estándares Básicos de Competencias en Ciencias Naturales del Ministerio de Educación Nacional en el 2004, que busca que los estudiantes y maestros se acerquen al estudio de las ciencias como investigadores desde la aplicación del método científico, el laboratorio de Biología y Sistemática de insectos: Insectario, de la Universidad Nacional de Colombia, sede Medellín concuerda con dicha concepción de enseñanza aprendizaje bajo la metodología de aprender–aprendiendo, aprender-haciendo; ya que allí se considera que los insectos constituyen en sí mismos un objeto de estudio y a la vez un instrumento de aprendizaje de las Ciencias Naturales. En este contexto, se ha considerado desde la creación del laboratorio que para los estudiantes del semillero de investigación, el estudio de los insectos in situ proporciona una maravillosa oportunidad de aprender investigando, facilitando la realización de experimentos sencillos y el abordaje de preguntas o problemas a partir de la observación, toma de datos, análisis y discusión en contacto directo con los resultados, así como la obtención de habilidades y destrezas específicas para el desarrollo y dominio de lo que en la actualidad se refiere en el ámbito educativo como competencias. El trabajo de tesis presentado en el presente documento se realiza partiendo del convencimiento de que las crías de insectos constituyen una forma creativa y didáctica de enseñanza de las Ciencias Naturales y que pueden proporcionan a los docentes una aproximación al conocimiento, por parte de los niños y niñas, los cuales desde las etapas tempranas de su crecimiento realizan preguntas, conjeturas y formulan hipótesis cada vez más complejas que dependen de conocimientos previos adquiridos. En concordancia con estos planteamientos, el presente estudio proporciona a los docentes de media y básica un protocolo de cría de la mariposa Monarca (Danaus plexippus) como herramienta para la enseñanza de las Ciencias Naturales. El protocolo acompañado de un rotafolio y una ayuda interactiva digital, se realizó con base en el estudio riguroso del insecto bajo condiciones de laboratorio, y en el cual se estableció el ciclo de vida y se evaluaron las condiciones y características limitantes para la cría. De particular relevancia se considera la interacción de la mariposa con un parasitoide de la familia Tachinidae, que a pesar de ser un factor a controlar para el establecimiento exitoso de la cría, constituye una oportunidad de estudio sobre las relaciones entre los seres vivos. Se encontró que bajo condiciones de temperatura entre 25 y 27°C, el establecimiento de una cría fue efectivo en términos de número y calidad de adultos obtenidos, cuando se les suministró alimento a voluntad de la planta hospedera Asclepias curassavica. La duración en días desde el estado de huevo hasta el adulto fue en promedio de 28 días. El principal factor limitante de la cría lo constituyó el parasitoide IX
Hyphantophaga, el cual pudo evidenciarse mediante disección en los estados de larva y pupa. Un método sencillo de tratamiento del alimento con hipoclorito al 3% permitió disminuir en un 97% la presencia del parasitoide en la cría en comparación con el control. La cantidad mínima de alimento requerido para obtener una mariposa adulta fue 149,8 cm2. La cantidad y calidad (tratamiento con hipoclorito o no) del alimento fueron los factores más importantes en el crecimiento y desarrollo, evidenciado en el peso, la talla y el tamaño de la cápsula cefálica. El estadío en el que se evidenció fuertemente este efecto fue L5. Se presenta y discute la duración de cada uno de los estados y estadíos larvales en relación con el consumo de alimento y el crecimiento. En cuanto a la presencia e interacción del parasitoide y el insecto en el control, además de aproximarse a la identidad del mismo y realizar un registro fotográfico de la interacción y describir los síntomas y signos, se proporcionan detalles sobre el número de larvas del parasitoide por pupas de la mariposa entre cuatro y 12. Se registra y presenta de forma gráfica en forma de fotografías la duración y características del ciclo de vida y se presenta de forma detallada los procesos y procedimientos para establecer de forma práctica, económica y sencilla una cría, bajo las condiciones de cualquier escuela o colegio local de la ciudad o en sitios con otras características de temperatura y humedad donde los rangos establecidos en el presente estudio pueden conseguirse fácilmente por ser amplios y no requerirse de condiciones exigentes o controladas. Finalmente se realizó una prueba piloto en la institución educativa La Iguaná, que permitió evaluar de manera gráfica y didáctica el protocolo construido con los resultados obtenidos de la cría y que contribuyó a que un grupo de 40 niños, de grado 3°, criaran en su aula de clase mariposas monarca con la guía del docente.
Palabras Calves: Alimentación. Desarrollo. Cría. Educación.
Cría de la mariposa monarca Danaus plexippus (Linnaeus, 1785) bajo condiciones de laboratorio y su uso como modelo experimental en educación
IX
Abstract
According to the current proposal for the Colombian government education outlined in the Basic Skills Standards in Natural Sciences from the Ministry of Education in 2004, who is seeking students and teachers approach the study of science as researchers from the application of scientific method, and the laboratory of Biology and Systematics of insects: Insectarium, National University of Colombia: Medellin consistent with this conception of learning under the methodology of learning-learning, learning by doing, as it is considered that there insects are themselves an object of study and also a learning tool for the Natural Sciences. In this context it has been considered, since the creation of the laboratory, that students hotbed of research, the study of insects in situ provides a wonderful opportunity to learn research, facilitating the realization of simple experiments and addressing questions or problems from observation, data collection, analysis and discussion in direct contact with the results, as well as obtaining skills and specific skills for development and mastery of what is now referred to in education as skills. The thesis presented in this paper is done with the conviction that the young of insects are a creative and educational way of teaching natural science and can provide teachers with a better knowledge to children, which from the early stages of growth made questions, conjectures and formulate increasingly complex assumptions related to previous knowledge acquired. Consistent with this approach, the present study provides teachers in secondary and elementary breeding protocol Monarch butterfly (Danaus plexippus), as a tool for teaching the natural sciences. The protocol accompanied by a flip chart and a digital interactive help, was made based on the rigorous study of the insect under laboratory conditions, and in which the life cycle was established and the conditions and limitations features were evaluated for breeding. Of particular relevance, we consider the interaction of the butterfly with a parasitoid of the Tachinidae family, which despite being a controlling factor for the successful establishment of breeding, is an opportunity to study the relationships between living things. It was found that under conditions of temperature between 25 ° C and 27 ° C, the establishment of a breeding was effective in terms of number and quality of adults obtained, when provided food according to your need for Asclepias curassavica host plant. The duration in days from egg to adult averaged 28 days. The main limiting factor was the breeding what Hyphantophaga parasitoid, which could be evidenced by dissection in the states of larvae and pupa. A simple method of treating food with hypochlorite 3%, helped to reduce by 97% in the presence of the parasitoid rearing compared to the control. The minimum amount of food required to obtain an adult butterfly was 149.8 cm2. The quantity and quality (treatment with hypochlorite or not) of food were the most important in the growth and development, as evidenced by the weight factors, the size and the size of the head capsule. The stage at which this effect was XI strongly evidenced L5. It presents and discusses the duration of each of the states and larval stages in relation to food intake and growth. As for the presence and interaction of the parasitoid and insect control, in addition to approximate the identity of it and make a photographic record of the interaction and describe symptoms and signs, provide details on the number of larvae by the parasitoid butterfly pupae between 4 and 12. Is recorded and presented graphically in the form of photographs, duration and characteristics of the life cycle and presents in detail the processes and procedures for establishing a practical, economical and simple a baby, under the conditions of any school or college local city sites or other features of temperature and humidity, where the ranges established in this study can be readily achieved by extensive and demanding no required or controlled conditions. Finally, a pilot test was conducted in the school La Iguana that allowed, evaluation of graphic and didactic protocol built with the results of breeding, which contributed to a group of 40 children, 3rd grade, grow up in their classroom monarch butterflies with the teacher's guidance.
Keywords: Feeding. Development. Breeding. Education.
Contenido XII
Contenido
Pág.
Resumen ...... VIII
Abstract ...... X
Lista de figuras ...... XIV
Lista de tablas ...... XVI
Lista de Símbolos y abreviaturas ...... XVII
Introducción ...... 19
1. OBJETIVOS ...... 22 1.1 Objetivo general ...... 22 1.2 Objetivos específicos ...... 22
2. MARCO DE REFERENCIA ...... 23 2.1 Orden Lepidoptera ...... 23 2.1.1 Generalidades ...... 23 2.1.2 Estudio del orden Lepidoptera en Colombia ...... 23 2.1.3 Ciclos de vida y crías bajo condiciones de laboratorio ...... 24 2.2 Mariposa Monarca (Danaus plexippus (Linnaeus, 1785)) ...... 28 2.2.1 Generalidades ...... 28 2.2.2 Ubicación taxonómica y subespecies ...... 29 2.2.3 Diagnosis de la morfológica externa de un adulto de Danaus plexippus (Linnaeus, 1758) ...... 30 2.2.4 Ciclo de vida y aspectos de la biología de Danaus plexippus (Linnaeus, 1758)30 2.2.4.1 Planta hospedera ...... 30 2.2.4.2 Reconocimiento de inmaduros ...... 31 2.2.4.3 Factores de mortalidad ...... 32 2.2.4.4 Cría bajo condiciones de laboratorio ...... 34 2.2.4.5 Mariposa monarca en Colombia ...... 34 2.3 Mariposas y educación ...... 35 2.3.1 Aprendizaje investigativo...... 35 2.3.2 Insectos como modelo ...... 37 2.3.3 Las mariposas monarca en la educación ...... 37 2.3.4 Lineamientos de educación nacional ...... 38
3. MATERIALES Y MÉTODOS ...... 40 3.1 ESTABLECIMIENTO DEL PROTOCOLO PARA LA CRÍA DE Danaus plexippus (Linnaeus, 1758) ...... 40 3.1.1 Estandarización del protocolo ...... 40 3.1.1.1 Sitio de estudio ...... 40 3.1.1.2 Obtención del material biológico ...... 41 Material parental ...... 41 Planta hospedante y nutricia ...... 41 3.1.1.3 Condiciones de higiene y manejo de los individuos ...... 41 XIII
3.1.2 Presencia del parasitoides y tratamientos para la reducción de su efecto en la cría. Ensayo 1...... 42 3.1.2.1 Presencia y efecto del taquinido parasitoide ...... 42 3.1.3 Consumo mínimo necesario para obtener adultos. Ensayo 2...... 43 3.1.4 Observaciones y mediciones sobre algunos aspectos de la biología y desarrollo de la mariposa monarca bajo condiciones de laboratorio ...... 44 3.1.4.1 Crecimiento y desarrollo ...... 44 3.2 MODELO EXPERIMENTAL Y HERRAMIENTA TECNOLOGICA ...... 46 3.3 ANÁLISIS DE DATOS ...... 47
4. RESULTADOS ...... 49 4.1 ESTABLECIMIENTO DEL PROTOCOLO PARA LA CRÍA DE Danaus plexippus 49 4.1.1 ESTANDARIZACIÓN DEL PROTOCOLO ...... 49 4.1.2 Material biológico ...... 49 4.1.2.1 Píe de cría ...... 49 4.1.2.2 Planta hospedante y nutricia ...... 49 4.1.3 Presencia del parasitoides y tratamientos para la reducción de su efecto en la cría. Ensayo 1...... 49 4.1.3.1 Presencia y efecto del parasitoide...... 49 4.1.4 Consumo mínimo necesario para obtener adultos. Ensayo 2...... 52 4.1.5 Observaciones y mediciones sobre algunos aspectos de la biología y desarrollo de la mariposa monarca bajo condiciones de laboratorio ...... 53 4.1.5.1 Crecimiento y desarrollo ...... 53 4.1.5.2 Consumo foliar ...... 56 4.1.5.3 Relación entre los el crecimiento y consumo foliar ...... 57 4.1.5.4 Ciclo de vida ...... 59 4.2 MODELO EXPERIMENTAL EN EDUCACIÓN Y HERRAMIENTA TECNOLÓGICA ...... 64 4.2.1 Protocolo la cría in situ de Danaus plexippus (Linnaeus, 1785)...... 64 4.2.1.1 Condiciones ambientales ...... 64 4.2.1.2 Parentales ...... 64 4.2.1.3 Planta hospedera y nutricia ...... 65 4.2.1.4 Obtención y colecta de huevos ...... 65 4.2.1.5 Desinfección del material vegetal para el control del parasitoide ...... 66 4.2.1.6 Higiene de la cría ...... 66 4.2.1.7 Identificación y duración de estados inmaduros ...... 67 4.2.1.8 Procedimiento de cría ...... 69 4.2.2 Herramienta TIC ...... 71 4.2.3 Acercamiento a una experiencia de aula ...... 71
5. DISCUSIÓN ...... 73
6. Conclusiones y recomendaciones ...... 83 6.1 Conclusiones ...... 83 6.2 Recomendaciones ...... 84
Bibliografía ...... 85
A. Mortalidades asociadas a los tratamientos de desinfección y el alimento mínimo ...... 97
B. Análisis de varianza ...... 98
XIV “Cría de la mariposa monarca, Danaus plexippus (Linnaeus, 1785), bajo condiciones de laboratorio y su uso como modelo experimental en educación”
Lista de figuras
Pág. Figura 1. Insectario. Universidad Nacional de Colombia, sede Medellín...... 40
Figura 2. Manejo individualizado de los inmaduros, en recipientes desechables...... 42
Figura 3. Cálculo del área foliar, usando la herramienta ImageJ 2X...... 43
Figura 4. Cálculo de la distancia de las setas frontales de la cápsula cefálica...... 45
Figura 5. Hyphantophaga, en D. plexippus...... 50
Figura 6. Signos de la presencia del parasitoides...... 50
Figura 7. Pupas de D. plexippus con larvas parasitoides de Hyphantophaga...... 51
Figura 8. Número de parasitoides de Hyphantophaga, en D. plexippus...... 51
Figura 9. Total de individuos del parasitoide Hyphantophaga, en cada pupa de D. plexippus. .... 51
Figura 10. Diagrama de cajas y barras, de las tallas promedio para los estadíos larvales y adultos de D. plexippus...... 53
Figura 11. Diferencia entre pupas y adultos de AMCD y ACD...... 54
Figura 12. Diagrama de cajas y barras de la distancia entre las setas frontales de la cápsula cefálica, por estadío de D. plexippus...... 54
Figura 13. Diagrama de cajas y barras de los pesos promedios en L5, pupa y adulto de D. plexippus...... 55
Figura 14. Diagrama de cajas y barras del consumo promedio por día de Asclepias curassavica, por D. plexippus...... 56
Figura 15. Análisis de Componentes Principales para el L5 de D. plexippus...... 57
Figura 16. Modelo de regresión lineal para talla y consumo...... 58
Figura 17. Modelos de regresión lineal para cápsula cefálica y consumo...... 59 XV
Figura 18. Tiempo en días de desarrollo de cada estado de D. plexippus por estado...... 60
Figura 19. Mortalidad asociada D. plexippus para todas condiciones de este estudio...... 61
Figura 20. Número de individuos por causa de muerte en D. plexippus ...... 61
Figura 21. Curvas de mortalidad y supervivencia ...... 63
Figura 22. Vista dorsal de adultos de D. plexippus...... 64
Figura 23. A. curassavica...... 65
Figura 24. Huevos de la mariposa monarca...... 66
Figura 25. Principales causas de muerte de la mariposa monarca ...... 66
Figura 26. A. Huevo de la mariposa monarca. B. Larva emergiendo del huevo...... 67
Figura 27. Reconocimiento de larvas de la mariposa monarca...... 67
Figura 28. Larva después de la muda...... 68
Figura 29. Reconocimiento de cápsula cefálica de la mariposa monarca ...... 68
Figura 30. A. Prepupa B. Pupa. C. Pupa antes de la emergencia del adulto...... 68
Figura 31. Recipientes para la cría de la mariposa monarca...... 69
Figura 32. Hojas de A. curassavica en tamaño real con el área correspondiente...... 69
Figura 33. Pupas de la mariposa monarca en recipientes de cría...... 70
Figura 34. Adultos de la mariposa monarca recién emergidos en recipientes de cría ...... 70
Figura 36. Material de apoyo entregado a los estudiantes...... 71
Figura 37. Estudiantes institución educativa La Iguaná leyendo el material de apoyo...... 72
Figura 38. Estudiantes en el proceso de liberación de los adultos obtenidos...... 72
Contenido XVI
Lista de tablas
Pág. Tabla 1. Talla (cm) promedio para los estadíos larvales y adultos de D. plexippus...... 53
Tabla 2. Distancia (mm) promedio entre las setas frontales de la cápsula cefálica, por estadío larval de D. plexippus...... 54
Tabla 3. Consumo total (cm2) promedio de A. curassavica por estadio de D. plexippus, para las condiciones evaluadas...... 56
Tabla 4. Tiempo en días por estado y por estadío...... 60
Tabla 5. Mortalidad asociada a ASD (Alimento Sin Desinfección)...... 62
Tabla 6. Mortalidad asociada a ACD (Alimento Con Desinfección)...... 62
Tabla 7. Mortalidad asociada a AMCD (Alimento Mínimo Con Desinfección)...... 63
Contenido XVII
Lista de Símbolos y abreviaturas
Abreviaturas
Abreviatura Término ACD 1% Alimento Con Desinfección al 1% ACD 3% Alimento Con Desinfección al 3% ACD 5% Alimento Con Desinfección al 5% ACD Alimento Con Desinfección ASD Alimento Sin Desinfección AMCD0 Alimento Mínimo Con Desinfección prueba 0 AMCD Alimento Mínimo Con Desinfección SDC Síndrome de Déficit del Crecimiento
Introducción Los insectos son el grupo de organismos vivos más diversos, en términos de número de especies actualmente descritas, y mejor representado en todas las regiones del planeta, aun cuando desconocemos la totalidad de sus especies. Además, su éxito evolutivo, estrategias de vida, diversidad de hábitat y sus particularidades biológicas los han convertido en un modelo de estudio para entender procesos de adaptación ecológica, selección natural, selección sexual, coevolución, entre muchos otros (Jolivet y Verma 2005; Grimaldi y Engel 2005; Capineira 2008). La importancia ecosistémica de los insectos se evidencia en el reciclaje de nutrientes (degradación de hojarasca, madera, hongos, eliminación de carroña y estiércol, aireación del suelo), propagación de plantas (polinización y dispersión de semillas), mantenimiento de la composición de la comunidad y estructura vegetal (fitofagia) y animal (transmisión de enfermedades, depredación y el parasitismo), así como, en su papel en la cadena alimenticia (Gullan y Cranston 2010). Sin embargo, varios aspectos siguen siendo relativamente ignorados (Jolivet y Verma 2005).
Teniendo en cuenta lo anterior, el ser humano ha sido atraído a la belleza o a la mística de éstos a través del tiempo (Gullan y Cranston 2010), en especial de uno de los grupos más fascinantes como son los lepidópteros. Este grupo ha sido ampliamente estudiado dadas las particularidades ecológicas e importancia en los procesos de polinización, relación evolutiva con las plantas con flores, diversidad morfológica y de hábitos, estrategias de defensa y comportamiento, así como, requerimientos de vida completamente diferentes entre los adultos e inmaduros (Heppner 2008; Kristensen, Scoble y Karsholt 2007).
Actualmente, se conocen cerca de 158.570 especies, de Lepidoptera (Zhi-Qiang 2013), algunas han tenido mayor atención por ser emblemáticas y prioritarias para la conservación, ser sensibles a los cambios ambientales, o estar asociadas a lugares endémicos. Una de las especies mejor estudiadas, es Danaus plexippus (Linnaeus, 1758), 20 “Cría de la mariposa monarca Danaus plexippus (Linnaeus, 1785) bajo condiciones de laboratorio y su uso como modelo experimental en educación”
conocida comúnmente como “Mariposa Monarca”, la cual posee una distribución mundial desde el nivel del mar hasta los 2900 m.s.n.m. Esta especie ha generado gran interés debido a la particularidad de sus aspectos ecológicos: como procesos migratorios, comportamiento reproductivo, ciclos de vida, historia natural y mimetismo (Brower 1962; Hill, Wenner y Wells 1976; Haribal y Renwick 1996; Oberhauser y Hampton 1995; Solensky y Oberhauser 2009). Sin embargo, estos trabajos se han realizado principalmente en la población de Norte América, siendo escaso el conocimiento que se tiene de la especie en la región tropical. Al igual que otras especies de lepidópteros el conocimiento se limita a lo generado por su valor comercial, más que por su valor ecosistémico.
Hablando específicamente de Colombia, éste es un país megadiverso, uno de sus potenciales en relación a la diversidad son las mariposas, siendo el segundo país más diverso y el primero en endemismo. No obstante, la importancia de la biodiversidad para el desarrollo del país, ha sido tradicionalmente subestimada dentro de las políticas de desarrollo del Estado y de los diferentes sectores y ha sufrido una acelerada pérdida debido al proceso de transformación de hábitats y ecosistemas naturales (Andrade-C. 2002). Por lo tanto, es necesario establecer estrategias con miras a potenciar la diversidad, en términos de los servicios que ésta presta a la sociedad, presentándola como un recurso de uso sostenible; esta sostenibilidad se puede enmarcar en servicios tales como, medicinas, alimentación, ecoturismo, biotecnología y educación (Andrade-C. 2002; Gómez 2006). Esta última juega un papel determinante, puesto que al sensibilizar a la sociedad e inducirla a apropiarse de conocimientos, es posible concientizarla para reconocer la diversidad como parte del entorno que habita, lo que contribuye al mantenimiento de los ecosistemas (Alméciga 2012).
En este contexto se hace necesario generar estrategias, partiendo de las bases pedagógicas y modelos actuales como el constructivismo, el cual postula la existencia y prevalencia de procesos activos en la construcción del conocimiento, presentando a un sujeto cognitivo aportante, que claramente rebasa a través de su labor constructivista lo que le ofrece su entorno (Arceo, Rojas y Gonzáles 2002) y enfoques como la enseñanza por investigación que pretende llevar a cabo procesos que involucren preguntas de investigación,
experimentación, reflexión, disertación y generación de nuevas preguntas (Hernández y Martínez 2008), lo que permite la apropiación de conocimiento generando procesos de aprendizaje significativo, que se van a ver reflejados en la generación de ideas para la conservación y cuidado de la diversidad, por ende es una herramienta más para el uso sostenible de ésta. En este aspecto se podría resaltar el uso de la cría de insectos como una estrategia promisoria para involucrar a la comunidad con la conservación y la apropiación del conocimiento (Fagua, Gómez y Gómez 2002; Constantino 2002 y Gómez 2006), permitiendo hacer un enlace directo entre los dos actores.
Para que esto sea posible, es necesario saber aspectos fundamentales de la especie de interés, tales como ciclo de vida, mortalidades, requerimientos de cría, mantenimiento y efectividad de la misma, para que éstos enfoques didácticos puedan ser replicados y permitan tener el impacto y la integración de la ciencia básica en un proceso participativo con la educación. Esto ya que la ausencia de articulación entre los campos de la producción de conocimiento y donde este aplica, genera fuertes resistencias al cambio en aquellos que no han tenido oportunidad de reflexionar sobre las ventajas prácticas que propone la teoría (Leymonié 2011).
El presente trabajo se realizó utilizando las crías de insectos como una herramienta didáctica en la enseñanza de las ciencias, que además de permitir el estudio y comprensión de aspectos propios de los insectos como seres vivos, facilita el proceso enseñanza- aprendizaje de conceptos fundamentales de las ciencias naturales, esto en perfecta concordancia con lo que en la actualidad se refiere en el ámbito educativo a competencias que constituyen un pilar determinante en los estándares básicos de la educación, según la propuesta de mejoramiento educativo liderada y especificada por el gobierno Colombiano, para el caso de las ciencias naturales en el 2004.
22 “Cría de la mariposa monarca Danaus plexippus (Linnaeus, 1785) bajo condiciones de laboratorio y su uso como modelo experimental en educación”
1. OBJETIVOS
1.1 Objetivo general Establecer un protocolo para la cría de Danaus plexippus (Linnaeus, 1758), que permita su uso como modelo experimental en la enseñanza de la biología.
1.2 Objetivos específicos Estimar los parámetros de crecimiento y desarrollo y las interacciones biológicas bajo condiciones in situ de D. plexippus (Linnaeus, 1758).
Determinar los factores que limitan la cría de D. plexippus (Linnaeus, 1758), bajo condiciones in situ y proponer alternativas para su manejo.
Diseñar una estrategia a modo de paquete tecnológico para el uso la cría de D. plexippus (Linneaus, 1758) como modelo experimental y herramienta pedagógica en la educación básica.
2. MARCO DE REFERENCIA
2.1 Orden Lepidoptera
2.1.1 Generalidades Lepidoptera es el tercer orden más diverso de insectos, superado solo por Diptera y Coleoptera. Comprende mariposas y polillas que se agrupan en 158.570 especies válidas, incluidas 147 especies extintas (Zhi-Qiang 2013), este número podría aumentar significativamente de incluirse todas las especies de microlepidopteros aún no descritas (Kristensen et al. 2007). Por sus características particulares y los vistosos colores que les confieren sus escamas, los insectos de este orden se han convertido en uno de los grupos de organismos más estudiados y que generan más interés, además, su estudio como modelos se facilita ya que se pueden encontrar en casi todas las regiones y en amplia variedad de hábitats (Andrade-C., Campos, Gonzales y Pulido 2007; Kristensen et al. 2007).
2.1.2 Estudio del orden Lepidoptera en Colombia Colombia es considerado una de las regiones megadiversas del planeta (Andrade-C. 2002) y el segundo país más rico en diversidad de mariposas de la región neotropical, con alrededor de 3.500 especies (García-R, Constantino, Dolores y Katan 2002; Andrade-C. et al. 2007), solo superado por Perú, sin embargo, es el más rico en especies endémicas con 350 especies por encima de Perú y de Brasil (Andrade-C. et al. 2007).
Aunque la producción académica encaminada a conocer la fauna de mariposas de Colombia ha tenido grandes avance en los últimos años, aún se queda corta teniendo en cuenta la riqueza estimada para el país. Para el 2000 Lamas registra que tan solo se 24 “Cría de la mariposa monarca Danaus plexippus (Linnaeus, 1785) bajo condiciones de laboratorio y su uso como modelo experimental en educación”
contaba con una lista bastante obsoleta de Hesperidos y la preparación de algunos manuscritos para listar Ropaloceros. Sin embargo, en las últimas décadas se han generado documentos importantes como los dos tomos de Mariposas de Colombia (Pieridae y Papilionidae) (Le Crom, Constantino y Salazar 2002; Le Crom, Llorente, Constantino y Salazar 2004).
Andrade-C. (2002), aporta al conocimiento de las mariposas Ropaloceras de Colombia con material de las principales colecciones del país, donde concluye que es muy importante realizar estudios sobre comunidades de mariposas en las distintas zonas altitudinales, especialmente las que están entre los 1.000 y las 1.800m de altitud y por arriba de los 2.200m de altitud, ya que su población está desapareciendo debido al aumento de las áreas agrícolas y urbanas y a la introducción de especies de plantas secundarias.
En algunas regiones geográficas especificas se cuenta con inventarios de diversidad (Andrade-C. 2002; Valencia, Gil y Constantino 2005; Andrade-C. et al. 2007; Montero, Moreno y Gutiérrez 2009; Vargas et al. 2011) y contribuciones al conocimiento de algunos grupos particulares (Giraldo, Willmortt y Uribe 2013; Henao 2005), entre muchos otros aportes individuales donde se reportan nuevas especies.
Otros trabajos se enfocan en lepidópteros de importancia económica (Bustillo y Gutiérrez 1975; Depolania et al. 2008; Iglesias, Sinobas, Varés 2002.) e indicadores de la calidad de los ecosistemas (Fagua 1996; Fagua, Amarillo y Andrade 1999; Montero et al. 2009; Ramírez, Chacón y Constantino 2007).
2.1.3 Ciclos de vida y crías bajo condiciones de laboratorio La cría de mariposas inició como una actividad comercial, cuando una empresa de suministros entomológicos de Costa Rica encontró en ésta, un potencial mercado que generaba grandes dividendos, con poco control gubernamental. Actualmente en este país el comercio de mariposas se basa en exhibiciones públicas y ventas de artesanía (Brinckerhoff 1999). Así como en Costa Rica, en otros países de Suramérica la cría de
mariposas constituye una alternativa económica y un negocio creciente (Fagua et al. 2002).
Los países líderes en producción de mariposas en el mundo son Malasia, Filipinas, Tailandia, Taiwán, Kenya, Madagascar, Papua Nueva Guinea, El Salvador y Costa Rica. En algunos países como en Papua Nueva Guinea, el cultivo de mariposas fue desarrollado y fomentado principalmente por las autoridades de vida salvaje y conservación; actividad que tomó fuerza por la necesidad de las comunidades locales de generar ingresos adicionales (Constantino 2002; Gómez 2006).
Otra forma de comercialización exitosa, ha sido la venta de pupas vivas para granjas y mariposarios a gran escala en Gran Bretaña y posteriormente instalados en Europa y Estados Unidos. Estos jardines se han hecho muy populares y se prevé que viveros similares complementen los zoológicos, jardines botánicos, parques y las zonas de diversión más importantes en las grandes ciudades del mundo, generando una demanda creciente de mariposas vivas, que proceden generalmente de la región tropical (Constantino 2002).
En la búsqueda de estrategias de explotación sostenible de la diversidad, es indispensable generar conocimiento e implementar estrategias que permitan potenciar el manejo de la diversidad de una región, reduciendo los costos ambientales que ésta actividad pueda generar (Ramírez 1994; Constantino 2002; Andrade-C. 2011). La cría de mariposas ornamentales, constituye una alternativa para mitigar el impacto, producto de la presión por la captura indiscriminada de poblaciones de estos insectos y se ha presentado en los últimos años como una alternativa para la conservación de la diversidad tropical (Gómez 2006; Fagua et al. 2002; Constantino 2002).
Por lo tanto elaborar proyectos de cría de mariposas, es potencialmente factible, aunque el verdadero reto está en lograr alternativas sostenibles, que sean deseables desde el punto de vista social, biológico y económico. Es necesario, además, tener en cuenta que poder iniciar un programa de cría de mariposas es fundamental el conocimiento de su biología, aspecto en el cual son escasos los trabajos (Gómez 2006). 26 “Cría de la mariposa monarca Danaus plexippus (Linnaeus, 1785) bajo condiciones de laboratorio y su uso como modelo experimental en educación”
Algunas de las razones para potenciar la cría de mariposas son: 1. Beneficios ambientales al requerir la siembra de plantas hospederas y liberación de individuos adultos. 2. Fomenta el empleo y suministra ingresos a poblaciones rurales. 3. La tecnología es fácilmente entendible por personas de casi cualquier nivel educativo. 4. Los mínimos costos de la materia prima e inversión inicial. 5. El tiempo de cría es menor comparado con actividades agrícolas y ganaderas. 6. Estimula la conservación de los bosques y hábitats naturales (Brinckerhoff 1999; Gómez 2006).
Partiendo del potencial evidenciado, la cría de mariposas en Colombia se inicia con los trabajos de Constantino (2002), quien establece los primeros lineamientos para la cría y requerimientos de 11 especies diurnas, iniciando con el estudio de los ciclos de vida, necesidades alimenticias y plantas hospederas, con el objetivo de implementar programas de zoocría, en condiciones de cautiverio, semicautiverio o naturales. Además, diseñar programas de divulgación y educación ambiental, orientados a fomentar una cultura de conservación, valoración, conocimiento y manejo sostenible de mariposas.
También, se han realizado otros trabajos basados en observaciones biológicas tales como, ciclos biológicos, preferencias de hospedero, tasas de crecimiento, longevidad de los adultos en condición de cautiverio, comportamiento de inmaduros, anotaciones morfológicas y factores que limitan las crías (Gil y Posada 2002; Vélez 2005; Guerra y Ladezma 2008; Giraldo y Uribe 2013; Parra y Ibarra 2010), enemigos naturales (Lastra y Gómez 2006) y descripción de estados inmaduros (Giraldo y Uribe 2013; Montero y Ortiz 2010), con el fin de que la información suministrada por éstos sirva como elemento de conservación de diversas especies.
Así mismo, las crías para evaluar lepidópteros plaga, han sido una herramienta que ha permitido establecer métodos de control (Mendez 2009; Amate, Barrando y Cabello 2000), toxicidad de plaguicidas (Marco et al. 1993) y parasitoides, para control biológico (Hernández et al. 2009; Liljesthröm y Rojas 2005).
Quizás la aplicación más recurrente en la cría de mariposas, es la que propone la cría como modelo de desarrollo sostenible, ecoturismo y educación ambiental (Bolaños y Zambrano 2011), además de ser una alternativa económica, para campesinos de algunas regiones del país. Esto ha llevado a realizar detallados trabajos evaluando ciclos de vida y requerimientos de diferentes especies, factibilidad del comercio (Constatino 1997; Fagua et al. 2002; Sánchez 2004; Gómez 2006; Asociación de Comunidades Unidas de los Ríos Isana y Surubí [ACURIS] 2012) y la explotación a gran escala. Un ejemplo de esto es la empresa Alas de Colombia, dedicada a la comercialización de mariposas en el país y la que inició la exportación de pupas a Estados Unidos (Gómez 2006).
Unos de los estudios más relevantes en los aspectos anteriormente mencionados son las crías usadas como modelo de economía alternativa para la población rural, es así como Constantino (1997) llevó a cabo un proyecto de cría, cuyo objetivo era evaluar la factibilidad de la cría como alternativa económica de comunidades afrodescendientes e indígenas en la cuenca baja del río Anchicaya, contando con el apoyo de la Fundación Herencia Verde. Posterior a esto, Fagua et al. (2002), proponen como alternativa económica para la tala de bosques, la cría de mariposas y coleópteros. Este proyecto pretendía aportar a la regeneración de los bosques que remplace los cultivos ilícitos de la región, con la comunidad de San José del Guaviare. Estos estudios incluían factibilidad y rentabilidad de la producción, estudios de mercadeo y demanda internacional, reconocimiento de especies hospedera, conocimiento del ciclo de vida, hábitos reproductivos, herbivoría, enemigos naturales, impacto ambiental, social y cultural en el área de influencia del proyecto, además de capacitación y educación a los habitantes de la región.
Gómez (2006), presenta un plan de manejo con la comunidad indígena de Peña Roja (Región de Araracuara, amazonía colombiana), como una alternativa de desarrollo empresarial y conservacionista de los bosques, buscando ser un modelo replicable para cualquier región y especie de mariposa. Por último, la Corporación para el Desarrollo Sostenible del Noroeste Amazónico (ACURIS 2012) presenta recientemente un proyecto con las comunidades del río Isana y Surubí, Puerto Arenal y Camanaos, apoyados por el 28 “Cría de la mariposa monarca Danaus plexippus (Linnaeus, 1785) bajo condiciones de laboratorio y su uso como modelo experimental en educación”
convenio SENA-Tropenbos y la Fundación Gaia Amazonas, capacitando a la comunidad logrando obtener licencia de experimentación de los zoocriaderos de mariposas, como alternativa económica. Otros trabajos como el de Sánchez (2004), con Ascia monustes y Leptophobia aripa, como alternativa económica para campesinos de Boyacá, evalúan ciclos de vida, requerimientos de diferentes especies y factibilidad del comercio.
2.2 Mariposa Monarca (Danaus plexippus (Linnaeus, 1785))
2.2.1 Generalidades La mariposa monarca se distribuye en todo el continente Americano y Australia, con individuos reportados en Nueva Guinea y Europa Occidental, desde el nivel del mar hasta casi los 3000m (Sourakov 2008; Brower 2009). Es nativa de América tropical, donde las poblaciones se reproducen durante todo el año. Debido a la variabilidad de sus plantas hospederas y su capacidad de cubrir grandes distancias, ocupa una variedad de zonas ecológicas, pero se encuentra principalmente en áreas abiertas y soleadas (Emmel y Sourakov 2008).
Por el comportamiento migratorio de las poblaciones que se encuentran en las zonas templadas, se ha convertido, tal vez, en una de las especies de mariposas más estudiadas (Etheredge, Perez, Taylor y Jander 1999; Drury y Dwyer 2005; Davis 2009), dadas las particularidades de este proceso y otras fenomenos ecologicos como la relación con especies miméticas (Brower 1969; Mcauslane 2008). De ahí que se haya generado un interes por emprender estrategias de conservación y planes de manejo para las áreas geográficas (Oberhauser et al. 2008) por donde se desplazan e hibernan númerosas poblaciones, con densidades estimadas de 60 millones de individuos por hectárea (Calvert 2004), que han registrado distancias de vuelo diarias de hasta 120Km, durante 30 a 33 días (Oberhauser et al. 2008).
2.2.2 Ubicación taxonómica y subespecies Danaus plexippus (Linnaeus, 1758), se encuentra ubicada taxonómicamente dentro de la superfamilia Papilionoidea, familia Nymphalidae, subfamilia Danainae. Fue descrita por Linneo en 1758 bajo el nombre Papilio plexippus, especies de este género fueron posteriormente asignadas a otros entidades taxonómicas, ubicando a la especie dentro del género Danaus (Vane-Wright 2007).
Las relaciones filogenéticas dentro de la familia la ubican como un taxón basal, dado que la subfamilia Danainae, junto a su grupo hermano Ithomiinae y a Tellervinae, conforman un clado monofilético, dentro de Nymphalidae (Freitas y Brown 2004; Wahlberg et al. 2009). Esta subfamilia está pobremente representada en el neotrópico con solo 12 especies registradas, entre la que se destaca la mariposa monarca (García et al. 2002).
Lamas (2008) propone seis subespecies de D. plexippus, de distribución mundial, registrando para Colombia Danaus plexippus nigrippus (Haensch, 1909). Estas entidades taxonómicas subespecíficas fueron asignadas basándose en patrones de coloración y algunos caracteres de tamaño y comportamiento (Dockx 2007), dado que las especies de Norte América presentan comportamientos migratorios, contrario a las poblaciones del sur del continente (Brown, Heineman y Favreau 1972; Koenig 2006; Sourakov 2008). Sin embargo, el uso de marcadores moleculares mitocondriales y nucleares, sumado a datos morfológicos, comportamentales y biológicos muestran que las "subespecie" no son entidades taxonómicas diferentes, sino variedades de color (Smith, Lushai y Allen 2005). Brower y Jeansonne (2004) reportan grados de divergencia promedio, entre las dos poblaciones (Norteamérica y Suramérica) de 0,29%, valores mínimos comparado con la especie del género más emparentada, Danaus erippus (Cramer, 1775), donde éstos los porcentajes corresponden a 4,75%. Sumado a esto, aún no es claro si las poblaciones de sur y norte puedan mezclarse o no (Smith et al. 2005), al parecer la condición migratoria es una novedad evolutiva (Brower 2004; Brower y Jeansonne 2004; Brower 2009).
30 “Cría de la mariposa monarca Danaus plexippus (Linnaeus, 1785) bajo condiciones de laboratorio y su uso como modelo experimental en educación”
2.2.3 Diagnosis de la morfológica externa de un adulto de Danaus plexippus (Linnaeus, 1758)
Tamaño: Envergadura de las alas ente 8.6 a 12.4cm. Adulto: Color naranja brillante con vetas negras y bordes negros con manchas blancas a lo largo de la orilla. La parte inferior de las alas es de un color naranja más opaco, de modo que cuando pliegan sus alas al posarse en grupos o solas n los árboles o en otros sustratos, las mariposas parecen camufladas. La especie presenta dimorfismo sexual: los machos son un poco más grandes que las hembras y tienen en cada ala trasera una mancha negra formada por escamas de androconia que producen feromonas. Las hembras no poseen la mancha de androconial, sino escamas ligeramente más marrones en las zonas color naranja de sus alas, y más escamas negras sobre las vetas de las alas, lo que hace que las vetas parezcan más anchas. Ambos sexos tienen manchas blancas en las bordes y el ápice de las alas anteriores y posteriores Hay registros de variaciones de colores, desde una mutación genética de blanco que remplaza el naranja, hasta leves variaciones en la intensidad del color naranja (Oberhauser et al. 2008, Butterflies and Moths of North America 2014).
2.2.4 Ciclo de vida y aspectos de la biología de Danaus plexippus (Linnaeus, 1758)
2.2.4.1 Planta hospedera Como la mayoría de mariposas de la subfamilia Danainae, la mariposa monarca tiene una estrecha relación con plantas de las familias Asclepiadaceae y Apocynaceae (Ehrlich y Raven 1964), pero están más cercanas a las 115 especies del género Asclepias (Malcolm 1994), prefiriendo ovipositar en especies con altos contenidos de cardenólidos, como es el caso de Asclepias curassavica (Malcon y Brower 1986).
Los cardenólidos son glucósidos cardiacos, que producen las plantas como metabolitos secundarios y que su actividad puede dar lugar a un amplio espectro de respuestas fisiológicas de toxicidad aguda y crónica e incluso a la reducción total de la digestión de nutrientes y asimilación, por parte de los herbívoros (Malcom 1994). La mariposa monarca tiene la capacidad de secuestrar estos cardenólidos y usarlos para fabricar sustancias
defensivas (Nishida 2002), causando reacciones adversas sobre los depredadores (Malcolm 1991), principalmente en las aves, al experimentan un sabor desagradable amargo y/o vómito después de la ingestión (Brower 1969; Trigo 2000). Proporcionando un ejemplo para el estudio de la defensa química, lo que sugiere una tríada coevolutiva, entre plantas, herbívoros y depredadores (Brower et al. 1982; Brower 1984).
Pese a la capacidad de resistir y sintetizar estos metabolitos, algunos de estos compuestos defensivos también tienen efectos negativos sobre el crecimiento y el desarrollo de los larvas (Pereira et al. 2010); concentraciones elevadas de glucósidos cardíacos se asocian con una alta mortalidad de los primeros estadíos (Zalucki y Brower 1992; Zalucki, Anthiny y Malcolm 2002), debido a que las plantas usan el látex como un eficaz mecanismo de defensa (Agrawal y Konno 2009), en especial en los primeros días de alimentación después de la eclosión. Además, la calidad de la planta puede ser un factor determinante en la fecundidad y calidad de los huevos (Awmack y Leather 2002). Por esta razón, la selección de hospederas según las concentraciones de cardenólidos es determinante (Brower et al. 1982; Zalucki y Brower 1992; Zalucki et al. 2001b).
2.2.4.2 Reconocimiento de inmaduros Basados en las diagnosis de Oberhauser (1997) y De la Pava y Sepúlveda (2012), las características morfológicas que diferencian los inmaduros de D. plexippus son las siguientes:
Huevo: Tamaño: Alto: 1,0-1,2 mm Ancho: 0,8 a 0,9 mm. Color: amarillo-crema claro. Forma cónica con punta, superficie con pequeñas estrías longitudinales y puntuaciones.
Larva: Tamaño: L1 2 - 4mm L5 2- 45 mm. L1: Apariencia monocromática tanto en el cuerpo como en la cápsula cefálica. L2- L5: Cabeza con una porción triangular frontal más clara, y algunas manchas occipitales que cambian de tamaño e intensidad con cada muda; antenas cortas, seis ocelos y una glándula para la producción de seda. Tórax y abdomen, presentan un patrón definido de franjas negras, amarillas y blancas, que van cambiando en intensidad a medida que el individuo muda, siendo en el último estadío donde se denotan oscuras y bien definida. Protórax y último terguito con proyecciones tegumentarios denominadas “tentáculos”. 32 “Cría de la mariposa monarca Danaus plexippus (Linnaeus, 1785) bajo condiciones de laboratorio y su uso como modelo experimental en educación”
Pupa: Color: verde manzana. Primer tercio superior con una franja negra horizontal, con puntos color dorado y puntos más grandes dorados en el tercio inferior. En este estado ya se presenta dimorfismo sexual, bajo el cremaster se ubican dos puntos negros y una línea media entre los dos puntos, que en las hembras se extiende sobre la primera división abdominal.
2.2.4.3 Factores de mortalidad Los factores de mortalidad asociados a la mariposa monarca se han estudiado en condiciones naturales en las poblaciones migratorias. Dentro de los principales agentes que determinan la densidad poblacional se encuentran, parásitos, Parasitoides, depredadores, bacterias, virus y otras causas desconocidas (Zalucki y Brower 1992; Leong, Yoshimura, Kaya y Williams 1997; Altizer 2001; Prisby 2004; Oberhauser y Solensky 2004; Oberhauser, Gebhard y Oberhauser 2007; Oberhauser et al. 2008; De Roode et al. 2009).
La mortalidad en Lepidoptera está asociada a etapas iniciales; pueden alcanzar tasas desde el 9 al 96% (Zulucki et al. 2002). En D. plexippus se han registrado mortalidades de 66- 82% en huevos y 88- 96% en primer estadío (Zalucki y Brower 1992).
Parásitos
Ophryocystis elektroscirrha es un protozoo común como parásito de D. plexippus, que se transmite verticalmente de la hembras al huevo o entre adultos en el momento de la cópula (Leong et al. 1997; De Roode, Rarick y Altizer 2009). En condiciones de campo el primer estadío parece ser el más propenso a infectarse y mantener el parásito hasta adulto (Leong et al. 1997, Zulucki et al. 2002).
Parasitoides
Los parasitoides asociados a D. plexippus, son dípteros de la familia Tachinidae e himenópteros de la superfamilia Chalcidoidea (Prysby 2004), siendo los primeros los que causan los porcentajes más elevados de mortalidad en la especie. Tachinidae alberga alrededor de 8000 especies, casi en su totalidad endoparasitoides de otros insectos (Eggleton y Belshaw 1992). Algunas de estas especies presentan estrategias de oviposición
indirecta que consisten en poner entre 1.000 a 6.000 micro huevos (0,02mm) sobre la superficie de las hojas, que son ingeridos por el anfitrión y eclosionan en el intestino, desplazándose posteriormente al hemocele (O'Hara 1985; Eggleton y Belshaw 1992; Stireman, O’hara y Wood 2006).
En la mariposa monarca los porcentajes de parasitoidismo por taquinidos en condiciones naturales son entre 5 a 25% (Oberhauser et al. 2007), en poblaciones de Norte América y en condiciones de laboratorio de al menos un 12% (Oberhauser y Solensky 2004). La principal especie identificada como parasitoide de D. plexippus es Lespesia archippivora (Riley), registrando hiperparasitoidismo al encontrar varios individuos del parasitoide en la larva de la mariposa (Brewer y Thomas 1966; Prysby 2004; Oberhauser et al. 2007).
Algunas observaciones sugieren que estos porcentajes pueden alcanzar el 90% en las zona tropical (Zalucki et al. 2002; Prysby 2004). Para centro y suramérica los reportes de parasitoides asociados a la especies son escasos. Bajo condiciones de laboratorio en Venezuela se reporta el género Nemorilla, con un 90% de ocurrencia (Piñango et al. 2005) y en Costa Rica el género Patelloa (Young 1974). En Colombia en el trabajo de Acosta (2009) reporta superparasitoidismo de hasta 23 individuos en una misma larva de D. plexippus y tres géneros asociados Hyphantrophaga, Lespesia y Patelloa (Sin Pub), lo que sugiere que las dinámicas de infestación en la zona tropical son totalmente diferentes y requieren ser estudiadas.
Depredadores
Si bien el consumo de plantas hospedante confieren toxicidad a los adultos, en realidad los estados inmaduros son vulnerables, desde huevos, por el ataque de depredadores como hormigas (Prysby 2004), algunos coleópteros como Harmonia axyridis (Koch, Hutchison, Venette y Heimpel 2003) e incluso las larvas de su propia especie puede depredar huevos sin eclosionar, aun teniendo abundante alimento (Brower 1961; Fox 1975).
Otras causas de mortalidad
Causas de mortalidad desconocidas como desaparición, dispersión o fracaso en el desarrollo, son difíciles de determinar, incluso con la observación intensa (Zalucki et al. 34 “Cría de la mariposa monarca Danaus plexippus (Linnaeus, 1785) bajo condiciones de laboratorio y su uso como modelo experimental en educación”
2002), sin embargo representan una causa repetidamente en los trabajos de observaciones de la especie.
Brewer y Thomas (1966) basados en una descripción de Brown (1927) y sus observaciones, bajo condiciones de laboratorio, reportan varias causas de muerte diferentes a las anteriormente nombradas, registrando como la más recurrente la denominada “muerte negra” evidente en las larvas de último estadío. Y otras como malformación de las alas, hendiduras en las pupas y disminución del flujo genético que afecta la postura de huevos. Además, bacterias asociadas a la cría, por las condiciones físicas artificiales, la higiene y al canibalismo por hacinamiento.
2.2.4.4 Cría bajo condiciones de laboratorio Los lineamientos para el manejo de la cría de monarca se enmarcan en los trabajos de Urquhart y Stegner (1966) y Munger y Harriss (1970), para la población de Norte América, en los cuales se exponen aspectos de higiene, mantenimiento y manejo de larvas, prepupas y pupas. En los dos casos se suministró alimento artificial para evitar factores de mortalidad asociados a las Asclepias spp, obteniendo individuos más pequeños pero con apariencia normal. Otros trabajos con las poblaciones migratorias se realizan con el fin de evaluar, parasitismo (Leong et al. 1997) y relación con plantas hospederas con concentraciones de cardenólidos (Zalucky y Brower 1992).
En las poblaciones no migratorias se han realizado crías que pretenden evaluar el potencial para explotar la especie comercialmente, estableciendo tiempos de desarrollo y tamaño de los individuos (Pereira et al. 2010; Nava y Chirinos 2005), sobre Calotropis procera.
2.2.4.5 Mariposa monarca en Colombia El conocimiento de la mariposa monarca en Colombia se limita casi exclusivamente a registros en listados de especies o inventarios de diversidad. Danaus plexippus s. str. es reportada para la codillera central (García et al. 2002), Chocó biogeográfico, el flanco oriental de las tres cordilleras, Orinoquia, serranía del Perijá, San Andres (Andrade-C.
2002) y en bosques del Atlántico (Montero et al. 2009). También se reporta Danaus plexippus megalipe en Chocó biogeográfico y en el flanco oriental de las cordilleras central y oriental (Andrade-C. 2002), en la zona cafetera (Valencia et al. 2005) y en el departamento de Antioquia (Henao 2005; Constantino y Jaramillo 2006).
El único trabajo publicado de biología de la mariposa monarca es el De la Pava y Sepulveda (2012), en el centro agrícola y forestal de la Universidad del Magdalena, registrando tiempos de desarrollo y anotaciones morfológicas, sobre algodón de seda (Calotropis procera), evidenciando el potencial de la especie para su producción bajo condiciones controladas.
Como literatura gris se cuenta con los trabajos de Agudelo (2008), quien evaluó los efectos de la alimentación con Asclepia curassavica en el desarrollo de D. plexippus y el de Acosta (2009), donde se establece el ciclo de vida y comportamiento parasitoides asociados a la mariposa monarca, ambos bajo condiciones de laboratorio.
2.3 Mariposas y educación La revolución de la educación clásica parte del hecho de dejar de ver el conocimiento como una repetición de conceptos transmitidos de un individuo a otro y ha trabajado fuertemente en involucrar al individuo en el proceso de aprendizaje de forma activa y constante, por lo que es necesario que se involucre y participe en la construcción del mismo. En este sentido la relación existente entre la experimentación del conocimiento permite que los seres vivos jueguen un papel importante en esa relación educación- aprendizaje (Pozo y Gómez 1998; Pozuelos y Travé 2005).
2.3.1 Aprendizaje investigativo El aprendizaje por investigación en el marco de la enseñanza, ha significado un esfuerzo importante por romper con el estrecho espacio formativo que deja la transmisión mecánica y verbalista de los conocimientos, para un alumno que necesita comprender y dar respuestas a los interrogantes que día a día se va planteando, permitiendo desarrollar la 36 “Cría de la mariposa monarca Danaus plexippus (Linnaeus, 1785) bajo condiciones de laboratorio y su uso como modelo experimental en educación”
aplicación del método científico o experimental, el aprendizaje por descubrimiento y la investigación guiada (García y Porlán 1990; Pozuelos y Travé 2005).
Esta línea metodológica trata de dar salida al debate contemporáneo sobre la ciencia y su incidencia en la educación, mediante el uso de la investigación para dinamizar procesos escolares, y generar alternativas en busca de construir una escuela cercana a la configuración de un espíritu científico, por lo tanto, es entendida como la herramienta básica de producción de conocimiento (Mejía y Manjarrés 2010). Esto permite que los estudiantes observen un objeto o un fenómeno del mundo real, cercano y sensible, y experimenten sobre ellos y en el curso de sus investigaciones, argumenten y razonen, expongan y discutan sus ideas y resultados (Charpak, Léna y Queré 2006), generando “conocimiento como aproximación dinámica de construir realidad y visión de mundo" (Díaz y Hernández 2002). Según esta concepción, un conocimiento es mejor cuanto más exacto es, es decir, cuanto más se aproxima a la verdadera naturaleza del mundo (Pozo y Gómez 2006).
Otra corriente importante en la educación científica, con menos partidarios sin duda, pero no con menor tradición, es la de asumir que la mejor manera de que los alumnos aprendan ciencia es haciendo ciencia, y que su enseñanza debe basarse en experiencias que les permitan investigar y reconstruir los principales descubrimientos científicos (García y Porlán 1990; Pozo y Gómez 2006). Entonces, la enseñanza se entiende como una actividad práctica susceptible de ser analizada y reflexionada teóricamente, descrita científicamente y dirigida y transformada según criterios ideológicos, científicos y sociales nada mejor para aprender ciencia que seguir los pasos de los científicos, enfrentarse a sus mismos problemas para encontrar las mismas soluciones (Pozo y Gómez 1998).
Desde esta perspectiva el docente juega un rol fundamental, dado que esta educación está orientada a personas reflexivas y dinámicas, capaces de desempeñar un papel protagónico en la concepción de "Asumir los problemas pedagógicos y de proponer alternativas de solución y de transformación de la realidad escolar" (Díaz y Hernández 2002), facilitando el desarrollo profesional del profesor y el aprendizaje funcional de los alumnos, al potenciar la indagación colaborativa y el trabajo en equipo (González et al. 2005). Más
allá del cambio conceptual, los modelos de enseñanza de la ciencia mediante investigación dirigida asumen que, para lograr esos cambios profundos en la mente de los alumnos, no sólo conceptuales sino también metodológicos y actitudinales, es preciso situarles en un contexto de actividad similar que vive un científico, pero bajo la atenta dirección del profesor que, al igual que sucedía en el enfoque de enseñanza por descubrimiento, actuaría como director de investigaciones (Gil 1993).
2.3.2 Insectos como modelo En este contexto, se han adelantado acercamientos hacia la educación experimental usando insectos como modelo, partiendo de los ejercicios no formales y en trabajos de investigación teóricos que permitan introducir conceptos biológicos, usando procesos vivenciales como la metamorfosis. Permitiendo así, concientizar a la comunidad de la diversidad biológica desde las primeras etapas educativas. Almésiga (2012) en su trabajo “El seguimiento del ciclo de vida de la mariposa Dione glycera, una estrategia de aula para contextualizar y aplicar conceptos de Biología”, busca abordar desde un ejercicio teórico algunos conceptos de biología, desde una perspectiva constructivista y de aprendizaje significativo, identificando que el problema de aplicar esta metodología en los escolares es la falta de apropiación del conocimiento y poco interés por la diversidad de su entorno.
Otra de las aproximaciones educativas en este aspecto fue liderada por el proyecto diversidad de las mariposas andinas tropicales, que junto a la iniciativa Darwin que buscan establecer programas de investigación y conservación de mariposas Andinas Tropicales, unas de sus estrategias es incentivar, capacitar y apoyar a estudiantes locales de los países de la región andina (Venezuela, Colombia, Ecuador, Perú, Bolivia) (andeanbutterflies.org).
2.3.3 Las mariposas monarca en la educación La mariposa monarca definitivamente constituye un modelo pedagógico ampliamente implementado y ejecutado en Norte América. Proyectos de educación no formal son liderados por universidades y organizaciones no gubernamentales. La universidad de Minesota, por ejemplo, cuenta con el proyecto “Monarchs in the Classroom”, como una actividad de extensión del “Monarch Lab”, este proyecto tiene como objetivo promover y 38 “Cría de la mariposa monarca Danaus plexippus (Linnaeus, 1785) bajo condiciones de laboratorio y su uso como modelo experimental en educación”
facilitar la educación basada en la investigación, utilizando monarcas y otros insectos como organismos modelo, dentro de las conclusiones que ha dejado el proyecto es que “La mariposa monarca es un excelente instrumento para lograr enseñar en el aula a estudiantes entusiasmados con la ciencia y la investigación, aspectos básicos de biología” (University of Minnesota 2008).
Otra iniciativa es la red “Monarch Teacher Network” que se inició 2001, con el taller de capacitación para 18 maestros de Nueva Jersey llamado "La enseñanza y el aprendizaje con la Mariposa Monarca". Este taller se realizó en las instalaciones de EIRC, organismo público especializado en programas y servicios relacionados con la educación para padres, escuelas, comunidades, organizaciones sin fines de lucro y empresa privada, llegando a ocho países y 36 estados; logrando capacitar desde su inicio hasta la fecha más de 5.000 personas. Actualmente varias universidades de Norte América, parques nacionales y museos se han unido a la red.
Otra forma de educación indirecta son manuales, libros y páginas web que se presentan como una herramienta para obtener información relacionada con biología, ciclos de vida de la mariposa, sistemática, ecología, hibernación, conservación migración, guías para la cría y la observación de los insectos (Tidwell 2008; Pringle 1997; Pyle 2001). En estos también se puede encontrar actividades de clases y de campo, los cuales se pueden convertir en pequeños talleres de educación ambiental (Oberhauser 1999; Montesinos 2011). Y algunos como cuadernillos didácticos enfocados de manera creativa a explicar la importancia de la especie y permitir que los niños se familiaricen y aprendan de ésta (Rosenblatt 1998; DuBois 2007; Brown 2007; Goldman 2008; Rea 2009).
2.3.4 Lineamientos de educación nacional Los estándares en ciencias propuestos por el Ministerio de Educación Nacional en el 2004, buscan que los estudiantes desarrollen las habilidades científicas y las actitudes requeridas para explorar fenómenos y resolver problemas, esa búsqueda está centrada en asumir compromisos personales y sociales. Dichos estándares se enmarcan en exploración hechos y fenómenos, análisis de problemas, observación, evaluación de métodos y
socialización de resultados, que apunta a la formación de gente de ciencia desde los primeros niveles educativos, buscando que estudiantes y maestros se acerquen al estudio de las ciencias como científicos e investigadores; partiendo de preguntas, conjeturas o hipótesis que inicialmente surgen de su curiosidad ante la observación del entorno y de su capacidad para analizar lo que observa (Min Edu 2004).
En la actualidad hay un convencimiento por parte de quienes lideran los procesos educativos, de que los niños, niñas y jóvenes deben aproximarse al conocimiento como científicos naturales, de la misma forma como proceden los investigadores, quienes estudian, utilizan el conocimiento y contribuyen con ello a construir un mundo mejor. Partiendo de estos parámetros, las políticas públicas pretenden que las generaciones que están actualmente formando no se limiten a acumular conocimientos, sino que, aprendan lo que es pertinente para su vida y puedan aplicarlo para solucionar problemas nuevos en situaciones cotidianas (Min Edu 2004).
Es este sentido, sería imposible hablar de apropiación del conocimiento desconociendo que estamos en la era de la tecnologías, donde surgen las TIC (Tecnología de la Información y la Comunicación) como herramientas fundamentales que brindan la posibilidad de desarrollar en las estudiantes nuevas competencias, con un efecto multiplicativo. La integración de estas en los programas de estudio de la educación básica representa un avance en términos de facilitar el ingreso de las tecnologías a las aulas de clase (UNESCO 2013). Actualmente, las TIC constituyen una fuente de influencia y generación de modelos, patrones sociales y valores que nos hacen necesariamente repensar los procesos de aprendizaje y enseñanza (UNICEF 2013), que den como resultado aprendizaje compartido, autónomo y significativo, permitiendo constatar la importancia de una nueva cultura y el desarrollo de una nueva sociedad basada en la información y el conocimiento (OEI 2011).
40 “Cría de la mariposa monarca Danaus plexippus (Linnaeus, 1785) bajo condiciones de laboratorio y su uso como modelo experimental en educación”
3. MATERIALES Y MÉTODOS
3.1 ESTABLECIMIENTO DEL PROTOCOLO PARA LA CRÍA DE Danaus plexippus (Linnaeus, 1758) 3.1.1 Estandarización del protocolo 3.1.1.1 Sitio de estudio Este trabajo se realizó en la Universidad Nacional de Colombia, sede Medellín, núcleo el volador, departamento de Antioquia. En el laboratorio de biología y sistemática de insectos (Insectario), el cual cuenta con una estructura adecuada como mariposario (Figura 1A), que presenta una temperatura promedio de 27°C en el día y 18°C en la noche, y con un espacio adaptado, para la cría de inmaduros (Figura 1B) con condiciones de temperatura entre los 23 a 25°C y humedad de 45 a 60%.
A B
Figura 1. Insectario. Universidad Nacional de Colombia, sede Medellín. A. Mariposario. B. Cuarto de cría
3.1.1.2 Obtención del material biológico
Material parental El material biológico se obtuvo partiendo de parentales machos comprados en mariposario comercial y hembras de una cría existente en el insectario de la universidad, en proporciones de 1:1.
Planta hospedante y nutricia Como planta hospedante y nutricia se empleó Asclepias curassavica, la cual se recolectó de sistemas silvopastoriles, de los municipios de Barbosa, Girardota y Copacabana en el departamento de Antioquía. Las hojas de las plantas fueron conservadas dentro de bolsas resellables, con el peciolo sumergido en agua en un refrigerador a 12°C.
3.1.1.3 Condiciones de higiene y manejo de los individuos
Las condiciones iniciales de la cría se tomaron partiendo de lo recomendado por Constantino (1992) y las técnicas dadas para la especie (Urquhart y Stegner 1966; Munger y Harris 1970). Se realizaron algunas modificaciones de acuerdo a las particularidades (condiciones ambientales y de infraestructura) del laboratorio de cría de la Universidad Nacional de Colombia, sede Medellín. Los huevos obtenidos tras la cópula de los primeros parentales, se contaron y marcaron con un punto sobre la hoja, con ayuda de un marcador indeleble. Las larvas recién eclosionadas fueron llevadas al espacio adecuado para el manejo de inmaduros, donde se manejaron individualizaron, en recipientes plásticos desechables de 10 Oz. con tapa (Figura 2).
Se retiró diariamente material vegetal y desechos orgánicos, disponiendo alimento fresco, según lo recomendado por Gómez (2006). Cuando un individuo llegó a estado de pupa, se le retiraron los desechos y exceso de humedad del recipiente y se mantuvo en este hasta la emergencia del adulto; este fue marcado, con su respectivo código, en la celda discal del ala anterior izquierda, con un marcador indeleble de punta fina, posterior a esto se liberó en el mariposario de la Universidad Nacional de Colombia, sede Medellín. 42 “Cría de la mariposa monarca Danaus plexippus (Linnaeus, 1785) bajo condiciones de laboratorio y su uso como modelo experimental en educación”
Figura 2. Manejo individualizado de los inmaduros, en recipientes desechables.
3.1.2 Presencia del parasitoides y tratamientos para la reducción de su efecto en la cría. Ensayo 1.
3.1.2.1 Presencia y efecto del taquinido parasitoide Dado que para el establecimiento de la cría de D. plexippus se reporta como limitante la presencia de parasitoides (Diptera: Tachinidae) (Oberhauser et al. 2007), se evaluó la presencia este. Para ello se dispusieron dos grupos separados de 50 individuos, alimentados a voluntad de consumo. En el primero se registró el porcentaje de individuos parasitados, evaluando las pupas según los signos que presentaron éstas reportados por Acosta (2009), una vez emergía el adulto del parasitoide, se contabilizaron los individuos, por cada individuo de D. plexippus, posterior a esto fueron identificados a género con las claves taxonómicas de O´Hara y Wood (2004); además, se corroboró la identificación con material de referencia previamente identificado en el trabajo de Acosta (2009). En el siguiente grupo se evaluó la presencia del parasitoide en los diferentes estados de D. plexippus, mediante disecciones de la siguiente manera: 30 individuos en larva por estadío, 10 en prepupa y 10 por cada día después de la formación de la pupa, hasta que los parasitoides dejaron las pupas. En los individuos disectados se realizaron registros fotográficos, contabilizando número de parasitoides por individuo y estadío del mismo, tomando como referencia a Acosta (2009). Los individuos inmaduros resultantes se identificaron hasta género, teniendo en cuenta los espiráculos respiratorios, caracter propuesto por O’Hara (2005), para la determinación de géneros.
3.1.2.2 Implementación de un método de limpieza y desinfección para reducir el efecto del parasitoide
Después de establecer la presencia y efecto del parasitoide, y partiendo de lo que reporta la literatura, donde se indica que los micro-huevos son ingeridos en el momento de consumir la planta nutricia, se procedió a evaluar el uso de hipoclorito de sodio comercial (5,25%) en diferentes concentraciones para minimizar el impacto bajo condiciones de cría ex situ. Para esto se realizaron tres tratamientos, en concentraciones del 1% (ACD 1%), 3% (ACD 3%) y 5% (ACD 5%), cada uno suministrado a 50 individuos. Las hojas se sumergieron por 15 minutos, y se realizaron lavados posteriores con abundante agua. Se eligió el tratamiento con la concentración óptima (ACD) que disminuyó el número de individuos parasitados y con el que se obtuvo el mayor número de individuos adultos, respecto el grupo parasitado, anteriormente evaluado.
3.1.3 Consumo mínimo necesario para obtener adultos. Ensayo 2. Se midió el consumo foliar, limitando el suministro de alimento (tratado con la concentración de hipoclorito previamente seleccionada), a 50 individuos (AMCD0), partiendo de las observaciones del número de hojas consumidas en el ensayo 1. Teniendo como criterio, el cambio de estadío y la obtención de adultos; además de la mortalidad y tiempo de desarrollo. Basados en esos factos, se estableció la cantidad de alimento mínimo necesario para obtener un individuo adulto. Los cálculos del área consumida, mediante el uso de imágenes de escaneo, comparando la cantidad inicial suministrada con la consumida (Figura 3), usando el programa ImageJ2x (Ferreira y Rasband 2011).
Figura 3. Cálculo del área foliar, usando la herramienta ImageJ 2X. 44 “Cría de la mariposa monarca Danaus plexippus (Linnaeus, 1785) bajo condiciones de laboratorio y su uso como modelo experimental en educación”
3.1.4 Observaciones y mediciones sobre algunos aspectos de la biología y desarrollo de la mariposa monarca bajo condiciones de laboratorio Una vez estandarizado el protocolo en términos de desinfección del material vegetal y alimento mínimo requerido; así como, condiciones de higiene y manejo, se evaluaron aspectos de la biología y desarrollo para tres grupos de 50 de individuos, con las condiciones previamente establecidas de la siguiente manera: Alimento Sin Desinfección a voluntad de consumo (ASD), Alimento Con Desinfección a voluntad de consumo (ACD) y Alimento Mínimo con Desinfección (AMCD).
3.1.4.1 Crecimiento y desarrollo
Talla En cada grupo de individuos, al cambiar de estadío, se midió la longitud corporal, esto se realizó ubicando cada individuo sobre papel milimetrado y registrando el valor cuando el individuo alcanzó su máxima elongación. A los adultos se les tomó la medida de la longitud del ala anterior, desde la esquina superior izquierda hasta la esquina superior derecha.
Cápsulas cefálicas
De cada individuo se recolectó la cápsula cefálica en cada muda. A cada cápsula se le midió la distancia entre las setas frontales, como una medida de crecimiento con relación a la asimilación de alimento, según lo sugerido por Pérez et al. (2005), este método es recomendado, respecto al tradicional (distancia entre las genas), dado que evita sesgos como malformaciones, no tener un ángulo correcto al medir la cabezas o rupturas de la cápsula cefálica, arrojando datos estadísticamente significativos de mayor precisión (Zuñiga et al. 2011). Estas distancias se calcularon utilizando el programa ImageJ2x (Ferreira y Rasband 2011) (Figura 4).
Figura 4. Cálculo de la distancia de las setas frontales de la cápsula cefálica.
Peso Se tomaron medidas de peso de los individuos en L5 inmediatamente después de la muda (L5i), antes de prepupa (L5f), en pupa y adulto, mediante una balanza Ohaus® ScutTM pro 200g.
Consumo foliar
Se midió la cantidad de alimento consumida siguiendo la propuesta de Cardona (2012). Se estableció el consumo total y el consumo promedio por día, en cada estadío.
Ciclo de vida y factores de mortalidad
Se realizó el seguimiento detallado de todos los estados, desde huevo, hasta adulto, evaluando el tiempo de desarrollo (días) y factores de mortalidad. Con estos datos se estableció el ciclo de vida para D. plexippus, bajo las condiciones de este estudio.
Se evaluó la mortalidad a la cría los tratamientos (ACD 1%, 3%, 5% y AMCD0) y condiciones (ASD, ACD, AMCD), registrando la causa de muerte, desde la oviposición, hasta la emergencia del adulto. Para establecer la presencia de parasitoides se siguió a Oberhauser et al. (2007) y para otros factores como virus, bacterias y/o protozoarios, se evaluó la sintomatología reportada por Prysby (2004) y Bravo (2009).
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3.2 MODELO EXPERIMENTAL Y HERRAMIENTA TECNOLOGICA Protocolo para el establecimiento del ciclo de vida
Con base en los resultados del estudio de la mariposa monarca y la estandarización de métodos y técnicas, se elaborará el protocolo de cría de la mariposa bajo las condiciones usadas que no difieren grandemente de las disponibles del municipio de Medellín, área de principal impacto de la propuesta o que pueden obtenerse fácilmente bajo condiciones controladas de laboratorio.
El protocolo se entrega como una herramienta en pedagógica en educación que debería permitir a cualquier docente en educación de primaria o media básica establecer sin mayores complicaciones una cría de mariposa monarca en sus sitios de trabajo, propiciando la utilización de este sistema biológico como una herramienta de enseñanza- aprendizaje de los temas de ciencias naturales en el contexto de la metodología de aprender haciendo, lo cual está de acuerdo con los lineamientos de Educación en Ciencias Naturales propuestos por el Ministerio de Educación a partir del 2000 y que se resume en el documento de estándares de ciencias naturales.
Elaboración de herramienta tecnológica
Se elaboró un material de ayuda visual como apoyo al protocolo, que comprende fundamentalmente una secuencia fotográfica de los procedimientos y protocolo. Además, una herramienta tecnológica, representa en un multimedia, que muestra los resultados de este estudio, partiendo del concepto de aprendizaje por investigación. Ambas herramientas presentan de forma clara y didáctica, la biología de la mariposa y como acercarse a la experiencia de criarla en un aula de clase.
Acercamiento a una experiencia de aula
El protocolo resultado de este trabajo, junto con las herramientas pedagógicas fueron llevados como prueba piloto a la institución educativa La Iguana, anexa al colegio Francisco de Paula Santander, del Municipio de Medellín, Antioquia. Esta prueba se realizó con 40 niños de grado tercero, con edades promedio de 9 años.
Para hacer el ejercicio pedagógico y poder obtener individuos adultos de la mariposa manipulados por niños, se suministraron ayudas didácticas que les permitieron llevar a término el ejercicio.
3.3 ANÁLISIS DE DATOS Se realizó corrección de los datos atípicos por el método intercuartílico, los datos se analizaron tomando en cuenta que el primer factor a evaluar fueron la concentración de hipoclorito (1%, 3% y 5%) y consumo mínimo de alimento (AMCD0) posterior a este se evaluaron las condiciones, ACD, ASD (en este solo se incluyeron los datos de los individuos que registraron presencia del parasitoide) y AMCD. Todos estos análisis se realizaron en el paquete estadístico PAST 3.01 (Palaeontological Statistics, 2013) y los gráficos en Sigma Plot versión 10.0. Para comparar las medias de las variables, entre todos los factores, se realizaron pruebas ANOVA a las cuales se les probó los supuestos estadísticos, Normalidad (Shapiro-wilk), Homocedasticidad (Levene´s) e independencia (Durbin-watson), cuando no se cumplieron se realizó la prueba no paramétrica de Kruskall Wallis. Cuando se encontraron diferencias entre los factores se realizaron las pruebas a posteri de Tukey (paramétricos) o Mann Whitney (no paramétricos). Se efectuó un análisis de componentes principales para establecer la variable que representó en mayor proporción el comportamiento de las restantes, además, se hicieron modelos de regresión lineal en términos del consumo de alimento, talla y distancia entre las setas frontales de la cápsula cefálica.
Se realizaron curvas de mortalidad y supervivencia siguiendo lo indicado por Bellows y Driesche (1999).
4. RESULTADOS
4.1 ESTABLECIMIENTO DEL PROTOCOLO PARA LA CRÍA DE Danaus plexippus 4.1.1 ESTANDARIZACIÓN DEL PROTOCOLO 4.1.2 Material biológico 4.1.2.1 Píe de cría Se usaron cinco parejas como parentales, cuyas hembras pusieron en total entre 30 a 107 huevos diarios, en ocho días acumuladas de recolección, para un total de 658 huevos.
4.1.2.2 Planta hospedante y nutricia Se procesaron en promedio 4.250 hojas con áreas foliares que variaron entre 7cm2 a 25 cm2 de (2500 de 25cm2, 900 de 14cm2 y 850 de 7cm2). Lo que corresponde a cerca de 300 plantas de Asclepias curassavica L.
4.1.3 Presencia del parasitoides y tratamientos para la reducción de su efecto en la cría. Ensayo 1. 4.1.3.1 Presencia y efecto del parasitoide. Se identificó como parasitoide asociado a la cría de D. plexippus, al género Hyphantrophaga Townsend, 1892 (Diptera: Tachinidae), el cual se registró en estado de larva, pupa y adulto. La identificación de adulto se basó en caracteres genitales del macho y las disposiciones de las setas en la cabeza y tórax; sin embargo, no fue posible identificar la o las especies a que pertenecen los individuos obtenidos en este estudio, para la identidad taxonómica de los individuos inmaduros se estableció como carácter diagnostico los espiráculos respiratorios (Figura 5).
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A B C Figura 5. Hyphantophaga, en D. plexippus. A-B. Detalle de los espiráculos A. larva L3. B. pupa. C. Adulto.
La mortalidad de D. plexippus por efectos de Hyphantrophaga en este ensayo fue de 76%, es decir 38 de 50 individuos presentaron signos de parasitoidismo, que consistieron principalmente en la aparición de un punto negro en la pupa, unas horas o un día después de su formación y en puntos negros o aumento en la porción del color negro en el tegumento en larvas de L5 (Figura 6). De cada individuo con los signos mencionados emergieron entre cuatro a siete individuos del parasitoide por pupa de la mariposa.
Figura 6. Signos de la presencia del parasitoides A. Pupa. B-C. Larvas en L5.
En las larvas disectadas de L1 a L4 no se pudo establecer la presencia del parasitoide, se registraron parasitoides en cinco larvas en L5 y 10 prepupas, sin embargo; no en todos los individuos se evidenció externamente la presencia del parasitoide. La pupas parasitadas siempre presentaron signos del parasitoide, encontrando parasitoides en las 35 pupas disectadas. Del total de los individuos parasitados se obtuvieron 273 parasitoides. La abundancia del parasitoide por estado y estadío varió en los diferentes momentos de disección (Figura 7 y 8). 51
A B C D Figura 7. Pupas de D. plexippus con larvas parasitoides de Hyphantophaga. A-D. Días después de la formación de la pupa. A. Día 1. B. Día 2. C. Días 3. D. Día 4.
Se registró la presencia de hasta 12 individuos del parasitoides en un individuo de D. plexippus (Figura 8). Se encontraron diferencias estadísticamente significativas entre el número promedio de individuos encontrados en las disección, con respecto a los adultos obtenidos en el grupo que terminó el desarrollo del parasitoide (H= 22,38 p= ≤ 0,0001).
Figura 8. Número de parasitoides de Hyphantophaga, en D. plexippus.
Figura 9. Total de individuos del parasitoide Hyphantophaga, en cada pupa de D. plexippus. 52 “Cría de la mariposa monarca Danaus plexippus (Linnaeus, 1785) bajo condiciones de laboratorio y su uso como modelo experimental en educación”
Implementación de un método de limpieza y desinfección para reducir el efecto del parasitoide
Los resultados del ensayo indicaron que el uso de hipoclorito comercial, como medida de desinfección de las hojas con que se alimentaron las larvas, redujo la presencia de parasitoides en las pupas, lo cual se observó incluso cuando este se usó en bajas concentraciones (1%) (Anexo A.1). La efectividad en términos de reducción del número de parasitoides, aumentó en concentraciones iguales o superiores a 3%.
Se encontraron diferencias significativas en el número de parasitoides registrados en las pupas de la mariposa, entre el control y todos los tratamientos con hipoclorito (H=71,6 p= ≤ 0,001). Sin embargo, aunque concentraciones mayores al 3% disminuyeron significativamente la presencia del parasitoide ocasionaron un efecto deletéreo en las mariposas, principalmente evidenciado en malformaciones en los adultos (Anexo 1.2). Los tratamientos ACD3% y ACD5%, mostraron diferencias estadísticas en la supervivencia de las mariposas (H=11,6p= ≤ 0,01), cuando se analizaron teniendo en cuenta todos los factores de muerte asociados a la cría.
El tratamiento ACD3% fue seleccionado como el más adecuado con base en el éxito de cría (45 adultos obtenidos a partir de 56 huevos). Esto significa una reducción del parasitoide en un 97%, y sin efectos no deseados en las mariposas, como los registrados por el hipoclorito cuando se usó en concentraciones mayores.
4.1.4 Consumo mínimo necesario para obtener adultos. Ensayo 2. La cantidad mínima de A. curassavica que se puede suministrar a un individuo de D. plexippus, para obtener un adulto con buenas condiciones morfológicas, fue 149,8 cm2. Este valor corresponde en hojas de la planta a: una hoja de 7cm2 para L1 y una hoja del mismo tamaño para L2, una hoja de 10 cm2 para L3, una hoja de 14 cm2 para cada día de L4 y una hoja de 25 cm2 para cada día de L5.
Los individuos que se alimentaron con cantidades inferiores a estas, presentaron muertes asociadas a malformación de pupa y adulto, y problemas en el proceso de muda durante el cambio de estadío larval (Anexo A.4). Otro efecto que se identificó con la reducción máxima del consumo (<100 cm2 en L5) fue el aumento del número de días en el L5 (9,2 ±0,51). 53
4.1.5 Observaciones y mediciones sobre algunos aspectos de la biología y desarrollo de la mariposa monarca bajo condiciones de laboratorio 4.1.5.1 Crecimiento y desarrollo En las tres condiciones evaluadas (ASD, ACD, AMCD), se encontraron diferencias significativas en las diferentes variables (talla, peso y distancia entre las setas frontales de la cápsula cefálica) (Anexo B).
La diferencia de tallas en las tres condiciones (ASD, ACD, AMCD) se evidenció después de L3 (p= ≤ 0,001), alcanzando sus valores máximos en L5 (Tabla 1 y Figura 10), en este estadío los individuos de ASD y AMCD aumentaron su talla en promedio en un 30% y los individuos de ACD en un 37%. Los adultos de AMCD midieron en promedio 1cm (±0,1) menos que los adultos de ACD (Figura 11) y las pupas de AMCD registraron un peso de 44% menos ACD.
Tabla 1. Talla (cm) promedio para los estadíos larvales y adultos de D. plexippus. ASD (Alimento Sin Desinfección), ACD (Alimento Con Desinfección), AMCD (Alimento Mínimo Con Desinfección) L1 L2 L3 L4 L5 inicial L5 final Adulto
ASD 0,21 ± 0,002 0,58 ± 0,15 0,84 ± 0,021 1,55 ± 0,029 2,7 ± 0,03 3,81 ± 0,032
ACD 0,21 ± 0,001 0,5 ± 0,011 0,94 ± 0,013 1,47 ± 0,14 2,55 ± 0,033 4,08 ± 0,036 4,57 ± 0,26 AMCD 0,21 ± 0,002 0,51 ± 0,01 0,83 ± 0,029 1,51 ± 0,031 2,46 ± 0,088 3,57 ± 0,035 3,61 ± 0,038
Figura 10. Diagrama de cajas y barras, de las tallas promedio para los estadíos larvales y adultos de D. plexippus. ASD (Alimento Sin Desinfección), ACD (Alimento Con Desinfección), AMCD (Alimento Mínimo Con Desinfección). L5i (Inicial), L5f (Final). 54 “Cría de la mariposa monarca Danaus plexippus (Linnaeus, 1785) bajo condiciones de laboratorio y su uso como modelo experimental en educación”
A B C D
Figura 11. Diferencia entre pupas y adultos de AMCD (Alimento Mínimo Con Desinfección) y ACD (Alimento Con Desinfección). A. Adulto AMCD, B. Adulto ACD, C. Pupa AMCD, D. Pupa ACD.
Con respecto a la distancia entre las setas frontales de la cápsula cefálica, se encontraron diferencias significativas después del estadío L3, entre todas las condiciones (p= ≤ 0,001), siendo mayores las diferencias en L4 y L5 entre ASD y los restantes (Figura 12). En la tabla 2 se evidencia un aumento en el tamaño promedio de la cápsulas con respecto a la distancia entre las setas frontales de los individuos de ASD (L4: 0,428mm; L5: 0,656mm).
Tabla 2. Distancia (mm) promedio entre las setas frontales de la cápsula cefálica, por estadío larval de D. plexippus. ASD (Alimento Sin Desinfección), ACD (Alimento Con Desinfección), AMCD (Alimento Mínimo Con Desinfección). L1 L2 L3 L4 L5
ASD 0,102 ± 0,001 0,159 ± 0,002 0,258 ± 0,003 0,428 ± 0,006 0,656 ± 0,008 ACD 0,102 ± 0,001 0,158 ± 0,001 0,238 ± 0,003 0,370 ± 0,004 0,591 ± 0,005 AMCD 0,1 ± 0,001 0,155 ± 0,002 0,247 ± 0,004 0,388 ± 0,005 0,580 ± 0,008
de la cápsula cefálicade cápsula (mm) la
Distancia entre las setasDistancia entre las frontales
Figura 12. Diagrama de cajas y barras de la distancia entre las setas frontales de la cápsula cefálica, por estadío de D. plexippus. ASD (Alimento Sin Desinfección), ACD (Alimento Con Desinfección), AMCD (Alimento Mínimo Con Desinfección). 55
De la misma forma, se encontraron diferencias entre los pesos de las larvas en L5, las pupas y los adultos (p= ≤ 0,001), evidenciándose el menor peso en los individuos de AMCD en L5, pupa y adultos, con respecto a las otras condiciones (Figura 13).
Figura 13. Diagrama de cajas y barras de los pesos promedios en L5, pupa y adulto de D. plexippus. ASD (Alimento Sin Desinfección), ACD (Alimento Con Desinfección), AMCD (Alimento ElMínimo peso Conpromedio Desinfección). determinado L5i (Inicial), al inicio L5f (Final). del quinto instar larval (L5i) mostró diferencias entre
AMCD y ASD (p= ≤ 0,001). Los pesos finales de este quinto estadío (L5f), la pupa y el adulto, mostraron diferencias significativas en todos las condiciones evaluadas (p= ≤ 0,001).
El aumento de peso entre L5i y L5f, evidenció la mayor ganancia de peso en este estadío, con respecto a los demás acumulados. ACD fue la condición donde se registró la mayor ganancia de peso en L5 con un 76,9 %, seguido por ASD con 67,7 % y AMCD con 49,1% (Tabla 3). Nótese que los cálculos de ASD se realizaron con los individuos parasitados y fueron menores que los individuos sanos de ACD, encontrándose diferencias significativas entre estos valores (H= 20,18 p= ≤ 0,0001).
Los individuos sanos que se alimentaron a voluntad, registraron talla promedio de 4,5cm en cada ala de los adultos, pesos de 1,02gr en las pupas y 0,6mm en la cápsula cefálica del L5, que fue el estadío que mostró los mayores cambios con respecto a los anteriores, en todas las condiciones evaluadas. En la condición de alimento mínimo suministrado, las larvas en L5, 56 “Cría de la mariposa monarca Danaus plexippus (Linnaeus, 1785) bajo condiciones de laboratorio y su uso como modelo experimental en educación”
pupas y adultos presentaron menor talla y peso, con respecto a las otras dos condiciones. Los individuos con parasitoides registraron menores tallas y pesos, y un aumento en el tamaño de la cápsula cefálica.
4.1.5.2 Consumo foliar Se encontraron diferencias estadísticamente significativas entre el consumo total de todas las condiciones evaluadas (F= 58,05; p= ≤ 0,0001), así como, consumo promedio de alimento por día de L3 a L5 (Anexo 2.4) (Figura 14).
Figura 14. Diagrama de cajas y barras del consumo promedio por día de Asclepias curassavica, por D. plexippus. ASD (Alimento Sin Desinfección), ACD (Alimento Con Desinfección), AMCD (Alimento Mínimo Con Desinfección).
Tabla 3. Consumo total (cm2) promedio de A. curassavica por estadio de D. plexippus, para las condiciones evaluadas. ASD (Alimento Sin Desinfección), ACD (Alimento Con Desinfección), AMCD (Alimento Mínimo Con Desinfección). L1 L2 L3 L4 L5 TOTAL
ASD 0,8 ± 0,04 3 ± 0,2 12,3 ± 1,3 29,7 ± 1,9 243,7 ± 5,8 289,6 ACD 0,7 ± 0,04 2,5 ± 0,1 8,2 ± 0,6 28,2 ± 1,0 216,4 ± 5,2 255,3 AMCD 0,6 ± 0,1 3,3 ± 0,4 8,7 ± 0,7 28,5 ± 2,6 108,8 ± 4,2 149,8
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Los individuos evaluados que contenían parasitoides (ASD), consumieron en total 12% más que ACD y los individuos de AMCD consumieron en promedio un 41% menos que ACD (Tabla 4). El mayor consumo foliar se evidenció en el L5, los individuos alimentados a voluntad (ASD, ACD) consumieron el 85% del alimento total y a los que se les limitó el alimento (AMCD) consumieron el 73%, del alimento total en este estadío.
4.1.5.3 Relación entre los el crecimiento y consumo foliar De acuerdo a las variaciones encontradas en relación a los estados de desarrollo y los estadíos larvales y las variables evaluadas bajo las tres condiciones, los mayores cambios se evidenciaron en L5. Por lo tanto, el análisis de componentes principales (APC) aplicado a este estadío indicó que sumados el consumo y la talla explican más del 80% de la varianza de los datos. El componente 1 (consumo de alimento) explicó el 53,9%; siendo este factor determinante en el comportamiento de las variables, presentándose particularidades en cada una de las condiciones evaluadas (Figura 15), evidenciando menor talla y peso en AMCD, y mayores cápsulas cefálicas, pero menores pesos y tallas en ASD.
Figura 15. Análisis de Componentes Principales para el L5 de D. plexippus, de las variables Talla, Peso, distancia entre las setas frontales de la Cápsula cefálica y Consumo de alimento. ASD (Alimento Sin Desinfección), ACD (Alimento Con Desinfección), AMCD (Alimento Mínimo Con Desinfección). 58 “Cría de la mariposa monarca Danaus plexippus (Linnaeus, 1785) bajo condiciones de laboratorio y su uso como modelo experimental en educación”
El modelo de regresión lineal de la talla frente al consumo de alimento muestra que hay una relación entre las variables (r= >0,94; r2= >0,98; p= < 0,001) (Figura 16). En ASD se observa un incremento menor de la talla frente al consumo; por lo tanto, la larva tiene una tasa de crecimiento de 0,014 cm/cm2 de alimento, caso contrario de lo que muestra la pendiente de AMCD, donde se observa que la talla incrementa a una tasa de 0,025cm/cm2 de alimento.
Figura 16. Modelo de regresión lineal para talla y consumo. ASD (Alimento Sin Desinfección), ACD (Alimento Con Desinfección), AMCD (Alimento Mínimo Con Desinfección).
En cuanto a las tasa de crecimiento de la cápsula cefálica en relación con el consumo de alimento, se encontraron relaciones entre las variables (r= >0,75; r2= > 0,84; p= < 0,01) (Figura 17). En AMCD la tasa de incremento fue de 0,017 mm/cm2 de alimento. En ASD y ACD fue de 0,020 mm/cm2 de alimento.
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Figura 17. Modelos de regresión lineal para cápsula cefálica y consumo. ASD (Alimento Sin Desinfección), ACD (Alimento Con Desinfección), AMCD (Alimento Mínimo Con Desinfección).
Los mayores consumos estuvieron asociados a los individuos que portaron parasitoides, lo que tuvo una relación en el aumento del tamaño de las cápsulas cefálicas, así mismo, el limitar el consumo de alimento se vio reflejado en la disminución de talla y peso, más no en el tamaño de las capsulas cefálicas. Los individuos sanos que se alimentaron a voluntad consumieron 255,3 cm2 durante todo su desarrollo, lo que corresponde a aproximadamente 13 hojas de A. curassavica (2(7cm2), 3(14cm2), 8(25cm2)), el consumo de alimento desinfectado y a voluntad, garantizó tener individuos con óptimas características morfológicas, con respecto a talla y peso. Se puede limitar el alimento en L5 en promedio en un 40%, disminuyendo en tamaño y peso de los adultos, manteniendo sus características morfológicas.
4.1.5.4 Ciclo de vida El promedio en días para la duración del ciclo de vida Danaus plexippus, desde huevo hasta la emergencia del adulto, bajo las condiciones de este estudio, fue de 27 (± 1) días 60 “Cría de la mariposa monarca Danaus plexippus (Linnaeus, 1785) bajo condiciones de laboratorio y su uso como modelo experimental en educación”
(Tabla 5). Se encontraron diferencias significativas entre los días de duración de L5 para los individuos que consumieron el mínimo de alimento (AMCD) con los demás tratamientos (H= 64,96 p=≤ 0,0001) (Figura 18). Con base en los individuos adultos marcados y monitoreados, se estimó un promedio de vida del adulto de la mariposa, en el mariposario, de 25 días.
Tabla 4. Tiempo en días por estado y por estadío. ASD (Alimento Sin Desinfección), ACD (Alimento Con Desinfección), AMCD (Alimento Mínimo Con Desinfección).
ASD ACD AMCD Tiempo Días Tiempo Días Tiempo Días (días) acumulados (días) acumulados (días) acumulados Huevo 5 ± 0,01 5 ± 0,02 5 ± 0,05 L1 2,3 ± 0,05 7,9 ± 0,05 2,1 ± 0,03 7,1 ± 0,05 2,3 ± 0,11 7,47 ± 0,15 L2 2 ± 0,02 9,69 ± 0,08 2,1 ± 0,03 9,2 ± 0,07 2,4 ± 0,14 9,82 ± 0,26 L3 2 ± 0,04 11,71 ± 0,09 2,2 ± 0,06 11,6 ± 0,12 2,2 ± 0,08 11,9 ± 0,29 L4 2,1 ± 0,04 13,79 ± 0,09 2,7 ± 0,07 14,7 ± 0,09 2,5 ± 0,10 14,82 ± 0,43 L5 3,4 ± 0,08 17,25 ± 0,09 3,8 ± 0,06 18,5 ± 0,13 5,2 ± 0,12 20,05 ± 0,45 Pupa 8,9 ± 0,07 26,3 ± 0,09 8,6 ± 0,05 27,1 ± 0,13 8,6 ± 0,1 28,8 ± 0,42
Figura 18. Tiempo en días de desarrollo de cada estado de D. plexippus por estado. ASD (Alimento Sin Desinfección), ACD (Alimento Con Desinfección), AMCD (Alimento Mínimo Con Desinfección). 61
Los factores de mortalidad asociados a la cría de D. plexippus, teniendo en cuenta los signos y síntomas reportados por Brewer y Thomas (1966), Prysby (2004), Oberhauser et al. (2007) y Bravo (2009), fueron: bacterias, parasitoides, desconocidos y síndrome de déficit del crecimiento. Además, de las muertes por malformaciones de individuos asociadas a los tratamientos de desinfección reportados en el ensayo uno y la limitación de alimento del ensayo dos (Figura 19) (Anexo A). Algunas pruebas como siembra en medios especializados para crecimiento de bacterias de individuos que presentaron los síntomas típicos reportados por Brewer y Thomas (1966), Oberhauser et al. (2007), confirmaron la presencia de estos organismos, pero no se estableció su identidad taxonómica a nivel de especie.
A B C D E
F G H I J Figura 19. Mortalidad asociada D. plexippus para todas condiciones de este estudio. A-D. Bacterias, E. Parasitodes, F. Problemas al empupar. G. Malformación adulto. H-J. Malformación pupa.
En las condiciones evaluadas ASD, ACD y AMCD el factor que causó la mayor mortalidad en el alimento sin desinfección (ASD), fue el parasitoidismo, con 64% de las muertes registradas, seguido por una 10% asociadas a bacterias y un 4% a otras causas (Figura 20 y Tabla 6).
Figura 20. Número de individuos por causa de muerte en D. plexippus para ASD (Alimento Sin Desinfección), ACD (Alimento Con Desinfección), AMCD (Alimento Mínimo Con Desinfección). 62 “Cría de la mariposa monarca Danaus plexippus (Linnaeus, 1785) bajo condiciones de laboratorio y su uso como modelo experimental en educación”
Tabla 5. Mortalidad asociada a ASD (Alimento Sin Desinfección). N.E (No eclosionó), SDC (Síndrome de Déficit del Crecimiento), Bact. (Bacterias), Par (Parasitoides). Huevo L1 L2 L3 L4 L5 Prepupa Pupa N° Individuos por estado 56 50 49 49 49 49 48 48 N° Individuos muertos 6 1 0 0 0 1 0 35 Factor de mortalidad N.E. SDC Bact. Bact. (3) Par. (32) Mortalidad aparente 0,107 0,02 0 0 0 0,02 0 0,729 Mortalidad acumulativa 0,107 0,127 0,127 0,127 0,127 0,148 0,148 0,877
En los individuos a los que se les suministró alimento a voluntad, previamente tratado con hipoclorito al 3%, (ACD) las mortalidades asociadas estuvieron relacionadas con bacterias en larvas y un solo individuo parasitado en pupa (Tabla 7); además, el Síndrome de Déficit de Crecimiento (SDC) se presentó en los primeros estadios de todos los tratamientos.
Tabla 6. Mortalidad asociada a ACD (Alimento Con Desinfección). N.E (No eclosionó), SDC (Síndrome de Déficit del Crecimiento), Bact. (Bacterias), Par (Parasitoides). Huevo L1 L2 L3 L4 L5 Prepupa Pupa N° Individuos por estado 56 50 50 49 48 47 46 46 N° Individuos muertos 6 0 1 1 1 1 0 1 Factor de mortalidad N. E. SDC Bact. Bact. Bact. Par. Mortalidad aparente 0,107 0 0,02 0,02 0,021 0,021 0 0,02 Mortalidad acumulativa 0,107 0,107 0,127 0,148 0,168 0,19 0,19 0,21
Se observaron parasitoides en las tres condiciones evaluadas, incluyendo aquellas en las que las que el alimento fue tratado para la desinfección; sin embargo, los valores de individuos parasitoides fueron mínimos (un individuo parasitado), en comparación de la condición en la que no se desinfecto el alimento (32 individuos parasitados). Así mismo, el limitar el consumo de alimento, incluso estableciendo la mínima cantidad a suministrar, puede traer como efecto problemas en el momento de la formación de la pupa o cambio de estadío larval (Tabla 8).
63
Tabla 7. Mortalidad asociada a AMCD (Alimento Mínimo Con Desinfección). N.E (No eclosionó), SDC (Síndrome de Déficit del Crecimiento), Bact. (Bacterias), Par (Parasitoides). Huevo L1 L2 L3 L4 L5 Prepupa Pupa N° Individuos por estado 56 50 50 49 47 47 46 46 N° Individuos muertos 6 0 1 2 0 0 1 6 Factor de mortalidad N. E. SDC Bact. P. E. Bact.(3) Des.(1) Par. (2) Mortalidad aparente 0,107 0 0,02 0,041 0 0 0,022 0,13 Mortalidad acumulativa 0,107 0,107 0,127 0,168 0,168 0,168 0,19 0,32
La no eclosión en los huevos es el factor que limita la supervivencia de los individuos en el primer estado de desarrollo, registrado en promedio seis individuos muertos para todas las condiciones evaluadas. En los estadío larvales no se registraron más de dos individuos muertos por estadío. En el estado de pupa se registraron las mayores mortalidades en los las condiciones, asociadas a parasitoides y bacterias.
Los estados donde se detectó una mayor reducción del número de individuos fueron huevo y pupa, esta reducción fue similar en todas las condiciones evaluadas, en concordancia en estos dos estados hubo mayor vulnerabilidad cuando se consideraron todos los factores de mortalidad en este estudio (Figura 21).
Figura 21. Curvas de mortalidad (en rojo) y supervivencia (en negro) para ASD (Alimento Sin Desinfección), ACD (Alimento Con Desinfección), AMCD (Alimento Mínimo Con Desinfección).
64 “Cría de la mariposa monarca Danaus plexippus (Linnaeus, 1785) bajo condiciones de laboratorio y su uso como modelo experimental en educación”
4.2 MODELO EXPERIMENTAL EN EDUCACIÓN Y HERRAMIENTA TECNOLÓGICA 4.2.1 Protocolo la cría in situ de Danaus plexippus (Linnaeus, 1785). Los lineamientos presentados a continuación son resultado de la estandarización del protocolo de cría de D. plexippus bajo condiciones in situ, se ofrece como una importante herramienta de enseñanza aprendizaje, que puede establecerse en instituciones educativas y ser manejada con facilidad por estudiante bajo la orientación de los docentes, facilitando así, el modelo de aprendizaje por investigación con una aproximación al método científico, según los lineamientos del Ministerio de Educación de Colombia.
4.2.1.1 Condiciones ambientales Los lineamientos aquí presentados se dan para una cría bajo condiciones similares o iguales a 25-27 °C temperatura y 60-70%HR en el lugar donde se tengan los adultos, 23- 25 °C y 45-60% HR, en el sitio donde se encuentren los inmaduros, estos son los valores promedio registrados en los lugares de estudio dentro del municipio de Medellín, que no estaban controlados mediante cerramientos y pueden ser similares en lugares con condiciones climáticas semejantes. Los resultados obtenidos y presentados en este trabajo pueden variar dependiendo de las condiciones ambientales donde se implemente la cría.
4.2.1.2 Parentales Para iniciar la cría se debe contar con parentales (Figura 22 AyB), estos se pueden comprar en mariposarios comerciales, ya sea cría con fines turísticos y decorativos o colectados de campo, con los respectivos permisos de la autoridad ambiental. Es recomendado tener más de una pareja, de ser posible iniciar con un número de 10 parentales en proporción 1:1.
B A Figura 22. Vista dorsal de adultos de D. plexippus. A. Macho B. Hembra. 65
4.2.1.3 Planta hospedera y nutricia Este protocolo está diseñado para la cría sobre Asclepias curassavica (Figura 23A), como planta hospedera y nutricia. La cantidad de individuos que se tengan en la cría, va a depender de la cantidad de alimento con el que se cuente, es necesario que el material vegetal a suministrar este en óptimas condiciones. Se recomienda realizar recolectas de la planta hospedera y conservar las hojas en bolsas resellables (Figura 23B), con el peciolo sumergido en agua, refrigerándolas a 12°C. Para la cría de 10 individuos de D. plexippus se debe contar mínimo con 100 hojas de la planta nutricia (20(10cm2), 30(14 cm2), 50(25cm2)), lo que equivale a 8 plantas de 13 hojas en promedio, si hay mayor disponibilidad de alimento se puede contar hasta con 130 hojas (20(10cm2), 30(14 cm2), 90(25cm2)),equivalente a 10 plantas de 13 hojas en promedio.
A B
Figura 23. A. curassavica. A. Hábito de la planta B. Hojas almacenadas en bolsas resellables.
4.2.1.4 Obtención y colecta de huevos Se debe contar con plántulas de la especie hospedera (Figura 24A), para exponer en el sitio o jaula, donde se encuentren los parentales. Para una cría de 10 larvas, es necesario obtener 12 huevos, una vez obtenidos los huevos deben ser retirados del sitio donde se tienen los parentales, desprendidos cuidadosamente de la hoja y almacenados en recipientes desechables con tapa de 2oz (Figura 24B), hasta la eclosión en ± 5 días.
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A B
Figura 24. Huevos de la mariposa monarca. A. sobre hoja de A. curassavica. B. Huevos almacenados en recipiente desechable.
4.2.1.5 Desinfección del material vegetal para el control del parasitoide Para reducir el efecto y la presencia parasitoides asociado a D. plexippus es necesario realizar un tratamiento previo a la alimentación, retirando las hojas de la planta y sumergiéndolas en hipoclorito de sodio comercial (5,25%) en una dilución al 3% por 15 minutos, seguido de un lavado con abundante agua.
4.2.1.6 Higiene de la cría Factores de mortalidad tales como bacterias están determinados por el nivel de higiene con el que se maneje la cría. Se recomienda utilizar guantes desechables sin talco, de lo contrario es necesaria la limpieza previa y periódica de las manos mientras se manipulan los individuos. Los individuos que presenten características que coincidan con bacterias (larvas con coloración negra o naranja, con aspecto blando) (Figura 25A-C) o parasitoides (pupa con un punto negro (Figura 25D), unos horas o un día después de su formación), deben ser retirados inmediatamente de la cría y desechados sin destapar el recipiente que los contiene.
Figura 25. Principales causas de muerte de la mariposa monarca A-C. Bacterias D. Parasitoides. 67
4.2.1.7 Identificación y duración de estados inmaduros El huevo de la mariposa monarca mide aproximadamente 1,1mm, es de color pardo y presenta estrías longitudinales (Figura 26A), el tiempo promedio en este estado es 5 días, bajo las condiciones de humedad y temperatura nombradas. Luego de esos 5 días emerge la larva, que se abre paso con las mandíbulas mordiendo y consumiendo parte de lo que queda del huevo (Figura 26B).
Figura 26. A. Huevo de la mariposa monarca. B. Larva emergiendo del huevo.
La larva presenta cinco cambios o estadíos, el primero (L1) se reconoce por que la larva es de color claro, aun no tiene definidos las líneas transversas de su cuerpo y la cabeza no presenta coloración, es homogéneamente negra (Figura 27A), la talla de los individuos es de 2mm. Desde el segundo estadío (L2) al quinto (L5), la larva presenta líneas transversales amarillas, negras y blancas y la cabeza tiene claramente ese mismo patrón de coloración, las tallas respectivas de estos estadíos son aproximadamente: 5mm en L2 (Figura 27B), 9,4mm en L3 (Figura 27C), 15mm en L4 (Figura 27D) y la larva en L5 (Figura 27E) crece de 25mm a 40mm en los tres a cuatro días que dura este estadío, en este estadío es donde se evidencian los mayores cambio de la larva y también donde consume la mayor cantidad de alimento, los estadíos anteriores (L1-L4) duran en promedio dos días, por lo tanto la mariposa dura como larva 12 a 13 días.
Figura 27. Reconocimiento de larvas de la mariposa monarca A. L1, B. L2, C. L3, D. L4, E. L5. 68 “Cría de la mariposa monarca Danaus plexippus (Linnaeus, 1785) bajo condiciones de laboratorio y su uso como modelo experimental en educación”
La forma de identificar el cambio de un estadío a otro es el desprendimiento de la cápsula cefálica, siendo esta estructura la única evidencia del estadío anterior después de la muda (Figura 28A), dado que en la mayoría de ocasiones la cutícula es consumida por el mismo individuo (Figura 28B).
A B
Figura 28. Larva después de la muda. A. Cápsula cefálica junto a la larva. B. Larva
consumiendo cutícula posterior al evento de muda.
Las medidas de la cápsula cefálica son la evidencia del crecimiento de la larva (Figura 29 A-E) y es una expresión de desarrollo de esta con respecto a la alimentación y condiciones de la cría.
Figura 29. Reconocimiento de cápsula cefálica de la mariposa monarca A. L1, B. L2, C. L3, D. L4, E. L5.
Posterior a 12 o 13 días y concluidos los cinco estadios larvales, el individuo se dirige a la parte superior del recipiente que lo contiene y se fija a este por la parte final del abdomen (Figura 30A), luego de 12 a 24 horas se forma la pupa (Figura 30B), que permanecerá así hasta la emergencia del adulto en aproximadamente nueve días. Anterior a la emergencia del adulto, la pupa se torna de una coloración oscura traslucida permitiendo observar algunas estructuras del adulto en el interior (Figura 30C).
A B C Figura 30. A. Prepupa B. Pupa. C. Pupa antes de la emergencia del adulto. 69
4.2.1.8 Procedimiento de cría 1. Los individuos deben ser manejados de manera individual, se recomiendan recipientes desechables de 10oz, con tapa. Debidamente marcados con fecha, especie y planta nutricia (Figura 31).
Figura 31. Recipientes para la cría de la mariposa monarca.
2. Si se cuenta con suficiente alimento suminístrelo a voluntad, para optimizar el uso del material vegetal y reducir la perdida de hojas se sugiere dispensar 260 cm2 de la siguiente manera: una hoja de 7cm2 (Figura 32A) para larvas en L1, una hoja de 7cm2 para larvas en L2, una hoja de 14 cm2 (Figura 32B) para larvas en L3, una hoja de 14 cm2 por cada día, para larvas en L4 y dos hojas de 25cm2 (Figura 32C) el primer día del L5 y tres hojas de 25cm2 por cada día restante. Si se desea minimizar el alimento suministrado, se puede disminuir la cantidad dispensada en L5 a una hoja de 25cm2, por cada día en este estadío, con esta cantidad se obtendrán individuos de menor talla.
A
B
C
Figura 32. Hojas de A. curassavica en tamaño real con el área correspondiente. A. 7cm2 B. 14cm2 C. 25cm2 70 “Cría de la mariposa monarca Danaus plexippus (Linnaeus, 1785) bajo condiciones de laboratorio y su uso como modelo experimental en educación”
3. El recipiente donde se encuentra el individuo debe ser limpiado diariamente para evitar el exceso de humedad, retirando los restos vegetales y desechos orgánicos.
4. Una vez el individuo alcance el estado de pupa, el recipiente se debe limpiar cuidadosamente con una toalla de papel desechable, para quitar el exceso de humedad y restos orgánicos y dejarlo tapado en un solo lugar hasta que emerja el adulto (Figura 33). Si la pupa llegara a deprenderse de la tapa, se puede tomar la seda de la parte anterior y fijarla con cinta adhesiva a la tapa del recipiente.
Figura 33. Pupas de la mariposa monarca en recipientes de cría.
5. Los individuos adultos deben permanecer mínimo una hora en el recipiente, hasta que extiendan y sequen sus alas (Figura 34). Cuando el individuo mueva repetidamente sus alas debe ser liberado.
Figura 34. Adultos de la mariposa monarca recién emergidos en recipientes de cría
71
4.2.2 Herramienta TIC Con la información resultante de este trabajo presenta una propuesta a modo de multimedia, como herramienta TIC, que contiene información de aspectos de la biología de la mariposa y los pasos que orientaran al estudiante para criar en su aula de clase una mariposa monarca (Figura 35) (Anexo completo en digital) y una secuencia de fotos (rota- folio) que muestran de una forma detallada los procesos del establecimiento de la cría.
Figura 35. Algunas pantallas de la multimedia elaborada.
4.2.3 Acercamiento a una experiencia de aula El grupo de estudiantes de la institución educativa a los que se les entregó la larva de D. plexippus y el material de apoyo, incluidos el protocolo de cría, mostraron receptividad al proceso. Los estudiantes expresaron su interés en el proceso e hicieron uso de las herramientas suministradas, llevando registro del proceso con el apoyo del profesor del curso (Figuras 36 y 37).
Figura 35. Material de apoyo entregado a los estudiantes.
72 “Cría de la mariposa monarca Danaus plexippus (Linnaeus, 1785) bajo condiciones de laboratorio y su uso como modelo experimental en educación”
Figura 36. Estudiantes institución educativa La Iguaná leyendo el material de apoyo.
Únicamente un individuo de los 40 que fueron entregados murió en el proceso de cría, teniendo un éxito de cría de un 96%. Los individuos adultos fueron liberados por los estudiantes en las instalaciones de la institución educativa (Figura 38).
Las docentes a cargo reportan esta experiencia como un aporte para la enseñanza de las ciencias naturales y un espacio que puede ser implementado en las aulas de clase, pues “requiere poco tiempo de las actividades diarias y aporta a los niños no solo conocimientos de la ciencia, también valores como la responsabilidad y el respeto por la naturaleza”.
Figura 37. Estudiantes en el proceso de liberación de los adultos obtenidos. 73
5. DISCUSIÓN
Pie de cría
Para establecer con éxito una cría de mariposa monarca partiendo de material parental, es necesario tener en cuenta los complejos comportamientos de cortejo y cópula que presenta la especie, en este trabajo no fueron exitosas las pruebas aisladas para determinar el número de huevos que puede poner una solo hembra virgen, dadas las dificultades en el aislamiento de las parejas a lugares reducidos y donde no podían tener comportamientos precópula, tales como los que reporta Solensky (2004), quien menciona que la cópula inicia con vuelos de cortejo y termina con el sometimiento de la hembra por parte del macho, en muchos casos en el dosel. Además, se debe tener en cuenta que las condiciones ambientales, la proporción de machos y hembras, la disponibilidad de la planta hospedera y nutricia; así como, la necesidad de minerales para que los machos alcancen la madures sexual y el momento de madures de la hembra, son factores que determinan el éxito de la cópula (Oberhauser y Hampton 1995).
Presencia y efecto del parasitoide
Estudios previos realizados de los parasitoides asociados a D. plexippus indican que el parasitoide más frecuente es Lespesia archippivora (Brewer y Thomas 1966; Teran 1974; Etchegaray y Nishida1975; Prysby 2004; Oberhauser et al. 2007 y Oberhauser 2012), pese a esto, no se encontró relacionado con la cría en este trabajo. Ahora bien, en 2009 Acosta reportó el género Lespesia para una cría de monarca anteriormente establecida en las mismas instalaciones donde se llevó a cabo el presente estudio; no obstante, en este caso las larvas fueron alimentadas directamente sobre las plantas, lo que podría sugerir que la 74 “Cría de la mariposa monarca Danaus plexippus (Linnaeus, 1785) bajo condiciones de laboratorio y su uso como modelo experimental en educación”
manipulación del material vegetal u otros factores propios del taquínido pueda influir en el establecimiento de este. Otros parasitoides reportados para D. plexippus son Perilampus hyalinus, Patelloa e Hyphantophaga (Prysby 2004; Acosta 2009), este último coincide con el registrado aquí.
La presencia del parasitoide actúa en la cría de mariposa monarca como un factor limitante y determinante, medido en el número de individuos que llegan a adultos, partiendo de un número inicial de huevos, dados los altos niveles de parasitoidismo aquí registrados, que superan por mucho lo reportado por Oberhauser et al. (2007) y Prysby (2004) en condiciones naturales y por Oberhauser y Solensky (2004), en condiciones de laboratorio. Sumado a esto, constituye un gasto innecesario de materia prima y alimento debido a la expresión del parasitoide se presenta en la mayoría de los casos en el estado de pupa, lo que da como resultado la alimentación y mantenimiento de individuos que no van ser productivos en términos de la cría.
Las diferencias entre el número de parasitoides inmaduros y los que alcanzaron el estado adulto concuerda con lo expuesto por Jervis, Copland y Harvey (2005) y Brodeur y Boivin (2004), quienes mencionan que una de las principales causas de muerte de un parasitoide dentro de un hospedero es el canibalismo. Más aún, cuando se presentaron casos de superparasitoidismo, encontrando hasta 12 individuos del parasitoide en un mismo hospedero; sumado a lo reportado por Acosta, quien registró hasta 23 individuos. En estos casos la competencia entre los parasitoides es determinante en su éxito de establecimiento, lo que conlleva a que exista una relación entre el número de parasitoides en el hospedero y la supervivencia de los mismo (Oberhauser et al. 2007 y Prysby 2004).
Los factores mencionados anteriormente, pueden indicar que las dinámicas de cómo se comportan los parasitoides en especies de lepidóptera aún no están muy claras, más para las poblaciones tropicales; por lo tanto, es necesario establecer conocimiento encaminado a conocer su forma de vida y evolución, que permitan entender las interacciones fisiológicas con el hospedero.
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Reducción del efecto del parasitoide
El hipoclorito de sodio ha sido empleado para la desinfección de huevos de dípteros utilizados en terapia larval, en concentraciones de 0,05%, sin causar daño al huevo, pero eliminando patógenos asociados (Figueroa, Flores y Rodríguez 2007; Sherman, Howard, David, Ivensen 2007; Rey et al. 2008). En algunos pocos casos se ha usado hipoclorito comercial (5,25%) en crías in situ, como método desinfección del alimento, para el control de hongos entomopatogenos previo a su suministro, a concentraciones 3% (Schulthess, Cardwell y Gounou 2002). Sin embargo, no se conocen reportes publicados del uso de hipoclorito como método de control de parasitoides de mariposas en crías in situ.
Si bien es cierto que la metodología implementada aumentó la supervivencia de la cría, no es 100% efectiva, dado que en todos los casos evaluados se presentó al menos un individuo con señales de parasitoidismos, es probable que el superparasitoidismo presentado en la especie y anteriormente mencionado, contribuya a la supervivencia de algunos individuos del parasitoide. Este método de desinfección para el establecimiento de una cría con fines investigativos o educativos es necesario, ya que garantiza una metodología sencilla y de bajo costo para reducir el efecto del parasitoide. No obstante, para efectos de educación, también sería fácil establecer una cría en la cual se pueda estudiar los efectos del parasitoide sobre la mariposa.
Consumo mínimo necesario para obtener adultos
El establecer el consumo mínimo requerido para que un individuo alcance el estado adulto, confiere a la cría una optimización del recurso alimenticio, más cuando la especie presenta altos niveles de herbívora, por lo tanto el uso efectivo del alimento constituye una herramienta fundamental en el momento de generar parámetros y protocolos para una cría in situ que pueda ser replicable y sea potencialmente eficiente. Mexzón (2011) presenta una revisión del consumo de alimento por lepidópteros plaga reportando áreas de consumo de 820,62 cm2 en Brassolis isthmia con duración del estado larval de 114 días, Magalopyge albicollis con un consumo de 450cm2 en 75 días en larva y Oiketicus kirbi con un consumo de 188,5cm2 en 120 días como larva. Si se comparan estos valores con los 255,3 cm2 que consumió D. plexippus en este estudio y el promedio de 12 días en 76 “Cría de la mariposa monarca Danaus plexippus (Linnaeus, 1785) bajo condiciones de laboratorio y su uso como modelo experimental en educación”
estado larval, es notoria la alta capacidad de herbivoría que ejerce sobre la planta nutricia y evidencia que el alimento es un factor limitante en la cría.
El cuantificar la cantidad de alimento a suministrar con una unidad mínima, es indispensable dado que este es un factor determinante en el momento de evaluar las condiciones del individuo con respecto al crecimiento, si se suministra menos de la cantidad indicada es probable que los individuos presenten problemas al mudar o incrementen la susceptibilidad a patógenos, sí llegan al estado de pupa es posible que mueran en el proceso y sí logra formarse correctamente la pupa, los adultos pueden presentar deformidades. En contraste, el consumo reducido en la proporción adecuada, puede garantizar un uso efectivo del recurso que se verá traducido en la obtención adultos en los que se requirió menor esfuerzo en la alimentación y que harán un mejor uso del alimento.
Aunque en el presente estudio no se cuantificó, es necesario tener en cuenta que la edad y calidad de la hoja son factores críticos que determinan el establecimiento, crecimiento y supervivencia de los individuos, lo que pude afectar la digestibilidad, cambios en las concentraciones de nitrógeno, agua, aleloquímicos y otros productos químicos secundarios que pueden influir en la tasa de crecimiento de las larvas (Zulucki et al. 2002). Trabajos realizados por Urquhesrt y Stegner (1966) y Munger y Harris (1970) mencionan que para la máxima calidad nutritiva de Asclepias se pueden cortar tallos frescos y tener en una bolsa plástica en el refrigerador.
Crecimiento, desarrollo y consumo foliar
Las tallas registradas en este trabajo, en los individuos a los que se les suministró alimento a voluntad previamente desinfectado coinciden con las reportadas por Oberhauser (1997) y De la Pava y Sepulveda (2012). No se encontraron registros previos del uso de las setas frontales de la cápsula cefálica, como medida del aumento en la talla de esta estructura, en D. plexippus; sin embargo, a diferencia de otras medidas como la distancia entre las genas, esta es una medida que reduce los sesgos dados por la ruptura de la cápsula, especialmente 77 en el último estadío y problemas con los ángulos tomar la medida (Zúñiga, Angulo, Rebolledo y Navarro 2011).
La cantidad de alimentó consumido determinó las variables del crecimiento evaluadas, cuando el consumo fue mínimo la efectividad del uso de alimento se evidenció en tasas más altas en relación a la talla-consumo y cápsula cefálica-consumo. Esto puede deberse a que cuando hay una menor ingesta, el alimento permanece mayor tiempo en el tubo digestivo, permitiendo que esté expuesto a un mayor tiempo de asimilación de nutrientes, comparado con insectos que consumen grandes cantidades de alimento y obligan al existente en el tubo a ser desechado, lo que conlleva a que nutrientes se eliminan sin ser asimilados (Chown y Nicolson 2004). La talla y peso entonces se comportaron, para el grupo que consumió alimento mínimo, como un reflejo de la cantidad consumida, más no de los nutrientes asimilados. Por el contrario, la cápsula cefálica fue un indicador del tamaño real en términos de la asimilación de los nutrientes, lo que se explica debido a esta estructura es la región esclerotizada que queda después del proceso de muda y tiene un crecimiento discontinuo, siendo el reflejo de los nutrientes acumulados en cada estadío (Gullan y Cranston 2010).
En el caso contrario, en los individuos que tuvieron una mayor ingesta determinada por la presencia de parasitoides, la talla y el peso no representaron la cantidad de alimento consumida, es probable que debieran compensar sus requerimientos energéticos para suplir los de los parasitoides, empleando sus nutrientes para el mantenimiento de los sus huéspedes. Sumado a esto, Jervis et al. (2005) señalan que la cantidad de alimento consumido por el hospedero determina el éxito del número de parasitoides que puedan sobrevivir. En contraposición, nuevamente la cápsula cefálica que se mostró como una medida precisa del procesamiento de nutrientes con relación al consumo, presentado valores mayores en este grupo, con respecto a los demás evaluados durante el crecimiento.
Considerando lo anterior la cápsula cefálica debería ser una medida tenida en cuenta en el momento de realizar trabajos encaminados a la observación y análisis de cambios en el crecimiento y desarrollo de lepidópteros, tomando como referencia lo reportado en trabajos previos, los cuales indican que las larvas pueden aumentar su tamaño corporal hasta mil veces desde la eclosión del huevo hasta la prepupa, pero la talla y el peso no son 78 “Cría de la mariposa monarca Danaus plexippus (Linnaeus, 1785) bajo condiciones de laboratorio y su uso como modelo experimental en educación”
buenos indicadores del desarrollo, pues están determinados por la cantidad de alimento consumida, las condiciones ambientales y patologías relacionadas con la especie (Oberhauser et al. 2008; Gullan y Cranston 2010).
Otros cambios evidentes en el desarrollo de las larvas se dieron en el último estadío, Scriber y Slansky (1981), Zulucki et al. (2002) señalan que los primeros estadíos generalmente tienen altas tasas relativas de crecimiento, consumo, metabólicas y asimilación, pero menor eficiencia de crecimiento neto; es decir, estadios más jóvenes crecen más rápido, consumen más y digieren mejor los alimentos. Lo anterior explica como los mayores cambios se presentaron en el último estadío, donde en todas las condiciones evaluadas se consumió el mayor porcentaje de alimento con respecto al total y se registró un aumento significativo en las tallas y pesos de los individuos. En trabajos realizados con otros lepidópteros, se reporta también, que en este último estadío larval se dio el mayor consumo de alimento (Bogorni, Silva, Carvalho 2003; Velázquez, Herrera, Pérez 2005; Wendt y de Carvalho 2006). Esto podría relacionarse con lo sugerido por Zulucki et al. (2002) quienes indican que los problemas que presentan los herbívoros antes de la última muda, podrían ser superados durante esta, lo que permitiría la formación correcta de la pupa y por ende en el adulto.
Ciclo de vida
Los tiempos de desarrollo reportados en esta investigación, difieren de los encontrados, para la región neotropical, por Pereira et al. (2010), Nava y Chirinos (2005) y De la Pava y Sepúlveda (2012), en los huevos y pupas de la especie; sin embargo, dicho trabajos fueron desarrollados sobre otra especie vegetal (Calotropis procera) y en condiciones climáticas de mayor temperatura que las presentadas en este trabajo, por lo tanto, hay que tener en cuenta que el desarrollo de la especie puede variar dependiendo de las condiciones ambientales donde se encuentre la cría (Cockrell, Malcom y Brower 1993).
Zulucki (2002), reporta que en 80 especies de lepidópteros, en condiciones naturales, la mortalidad en la primera etapa larval es de entre 25 a 75%; en contraste, en el presente estudio las mortalidades en ese estadío fueron mínimas, lo que sugiere que la cría puede 79 tener un efecto positivo en la supervivencia de los primeros estadíos, aunque en algunos casos esta está asociada a factores que no pueden controlarse mediante la cría. Uno de estos factores es el efecto de la planta sobre el individuo, en particular en especies que presentan mecanismo defensa anti herbivoría, como es el caso de las que contiene látex, entre estás A. curassavica, lo que hace definitivo los primeros momentos de la alimentación.
El efecto de esa defensa de la planta se ve reflejado en la dificultades que se le presentan al individuo en el momento de alimentarse, dado que la coagulación del látex puede implicar la adherencia de las mandíbulas (Agrawal y Konno 2009) dificultando o impidiendo que los individuos se alimenten, lo que con lleva a que mueran por inanición (Zalucki, Brower y Alonso 2001). Lo anteriormente expuesto podría explicar las muertes asociadas con el denominado Síndrome de Déficit del Crecimiento (SDC), en el cual los individuos sin razón aparente dejaron de alimentarse y murieron. Aunque este factor parece ser determinante, las muertes asociadas son realmente bajas, esto se debe a las estrategias que tiene la especie para contrarrestar el efecto del látex, tal como lo indican trabajos realizados al respecto (Zalucki y Brower 1992; Zalucki y Malcolm 1999; Zalucki et al. 2001b; Oberhauser et al. 2008).
Aunque en este estudio no se logró establecer la identidad taxonómica de las bacterias asociadas a la cría de D. plexippus, varios autores han descrito los signos que están relacionados con estas, es recurrente encontrar reportada la denominada “Muerte negra” y la “oxidación”, nombradas así por los colores negros y marrón que toman lavas y pupas al morir, estos síntomas son reportados por Brewer y Thomas (1966), quienes mencionan la presencia Micrococus flacciesdifex danai, como patógena de la especie, así como a Pseudomonas aemginosa una bacteria que puede causar el debilitamiento del individuo aumentando la propensión a otras enfermedades y está relacionada con malformaciones. Kingsley (1972) discute que hay diversidad de bacterias asociadas al tracto intestinal de D. plexippus las cuales no tienen efectos negativos sobre el crecimiento, pero reporta a Serratia marcescens como un potencial patógeno.
Factores de mortalidad como las bacterias, pueden estar asociados a un mal manejo y el bajo nivel sanitario de la cría, en términos de uso del material desechable, desinfección de 80 “Cría de la mariposa monarca Danaus plexippus (Linnaeus, 1785) bajo condiciones de laboratorio y su uso como modelo experimental en educación”
la zona de alimentación, uso de guantes para manipular individuos inmaduros y descarte de cualquier material contaminado. Constantino (1996) y Sánchez (2004) indican que el éxito de la supervivencia de la cría de mariposas está determinado por su correcta manipulación, he indican que hay que prestar especial atención al manejo de individuos en estado larval.
Aun cuando no fueron reportadas como mortalidades asociadas a la cría de mariposa monarca en las condiciones de este estudio, es importante tener en cuenta otros factores tales como enemigos naturales (Coccinelidae y Formicidae); así como, el canibalismo de las larva hacia los huevos, que se da incluso con abundante oferta de alimento y el ataque entre larvas, si estas no se manejan de forma individualizada (Brower 1961; Fox 1975; Prysby 2004).
La cría de Mariposa Monarca como modelo experimental en relación con los estándares en ciencias naturales propuestos para Colombia.
La presente propuesta usa como referencia el documento de los estándares básicos en competencias dado que representa el marco del Plan de Desarrollo iniciado desde el 2004 por el Ministerio de Educación Nacional, bajo la coordinación de la Asociación de Facultades de Educación y en conjunto con maestros, catedráticos y miembros de la comunidad educativa (Min Edu 2004). Esto mantiene la línea de pensamiento del laboratorio en el cual se desarrolló el presente trabajo bajo la metodología de aprender haciendo.
Aplicado como modelo experimental, a nivel educativo, la cría de la mariposa monarca permite un contacto directo de los estudiantes con la vida, su origen, la obtención directa de la evidencia entre el consumo de alimento y el cambio en el tamaño y la apariencia con el crecimiento y desarrollo, y porque no, una manera sencilla de entender su entorno físico y los requerimientos e interacciones con aspectos bióticos y abióticos (comida, espacio, factores de mortalidad entre otros). Estos conceptos podrían relacionase en la forma en que el insecto desarrolla dichos cambios a través de la metamorfosis, que constituye una excelente forma de estudiar y evidenciar la trasformación de la materia y la energía. La 81 muda podría ser una manera importante de entender el crecimiento de los insectos y las diferencias de este en muchos grupos organismos.
Otro referente de aprendizaje los constituyen la interacción entre mariposa y parasitoide, que puede utilizarse para aprender sobre las relaciones entre los organismos y particularizarse en comparación con otras relaciones, como depredación, comensalismo entre otros. Tanto en el caso de la mariposa como del parasitoide, habrá material suficiente para aprender sobre la morfología, las funciones de algunos órganos como las alas y su relación con el vuelo e incluso para aproximarse al estudio de las diferencias y similitudes de los organismos y los esquemas de clasificación y taxonomía.
Las posibilidades antes mencionadas constituyen seguramente solo una parte del panorama expuesto, estando en concordancia explicita con los conocimientos señalados como propios y necesarios en uno o varios de los grados de educación para el caso de los ejes de entorno vivo y físico. Es innegable pensar que la observación directa de los estados y los estadíos de la mariposa, estimula el uso de los sentidos, la observación, la formulación de preguntas e hipótesis, las habilidades y destrezas en la toma y análisis de datos, el diseño de experimentos y la elaboración de conclusiones. Todos estos aspectos inherentes al método de aprender haciendo e investigando, el cual se considera como alternativa en el presente estudio.
El uso de la metodología propuesta, en el marco de los lineamientos del entorno vivo, establecidos en los estándares de calidad, pretende que el estudiante llegue a describir características de seres vivos, establecer semejanzas y diferencias entre ellos; así como, proponer y verificar sus necesidades; a la vez, observar y describir cambios en el desarrollo de estos, para llegar a describir y verificar ciclos de vida de seres vivos. En el caso del eje de ciencia, tecnología y sociedad, la cría puede usarse como una forma de aproximarse al sentido de responsabilidad y respeto con los seres vivos y el medio ambiente. Igualmente, los efectos observables y medibles en los insectos a consecuencia de la manipulación, la asepsia pueden usarse en relación con éste y otros aspectos del eje.
Gran parte del valor del material gráfico presentado en este estudio, radica en que constituye una secuencia gráfica detallada y paso a paso de los procesos, que solo pudo 82 “Cría de la mariposa monarca Danaus plexippus (Linnaeus, 1785) bajo condiciones de laboratorio y su uso como modelo experimental en educación”
lograrse gracias al estudio básico entomológico bajo condiciones de laboratorio, realizado en el presente estudio. Por lo tanto y al igual que los datos en base a los cuales se obtuvo el protocolo, tienen un doble valor, como ayuda pedagógica en la enseñanza de las ciencias naturales y/o de la entomología y como parte del estudio y conocimiento propio de los insectos. Esperamos que esta doble utilidad sea fuente de motivación para los docentes en Ciencias Naturales apasionados por el estudio de los insectos, y para los estudiantes de la entomología, o entomólogos ya formados que consideren su grupo de interés y dominio, como un potencial enorme para aportar al conocimiento sobre la biología, la diversidad, y el medio ambiente.
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6. Conclusiones y recomendaciones
6.1 Conclusiones
Con los parámetros establecidos en esta investigación es factible replicar una cría de mariposa monarca, minimizando los costos en términos de alimento y garantizando tener mayor número efectivo de adultos al reducir el efecto del parasitoide.
La expresión del crecimiento y desarrollo de la especie está determinada por la cantidad y calidad del alimento que consuma, por lo tanto este puede manipularse dependiente del objeto de la cría.
Aun cuando se presentan diversos factores que afectan la supervivencia de la cría, el buen manejo sanitario, la individualización de los individuos, la desinfección del material vegetal y el suministro correcto de alimento, garantizan un éxito en términos de individuos adultos efectivos.
La cápsula cefálica puede ser tomada como referente del crecimiento de individuos, que permita entender las dinámicas de consumo y asimilación de nutrientes, por lo tanto constituye una fuerte de información real y cuantificable.
De particular relevancia se considera la interacción de la mariposa con el parasitoide Hyphantophaga, (Diptera: Tachinidae), que a pesar de ser un factor a controlar para el establecimiento exitoso de la cría, constituye una oportunidad de estudio sobre las relaciones entre los seres vivos.
Los insectos y en particular las crías, permiten a los docentes, niños y niñas aproximarse al conocimiento de las ciencias naturales como científicos y científicas naturales y se proporcionan con base en el estudio de la mariposa monarca, elementos para ello.
Los resultado del presente estudio proporciona a los docentes de media y básica, un protocolo de cría de la mariposa monarca como herramienta para la enseñanza de las ciencias naturales. 84 “Cría de la mariposa monarca Danaus plexippus (Linnaeus, 1785) bajo condiciones de laboratorio y su uso como modelo experimental en educación”
6.2 Recomendaciones
Se recomienda incrementar los trabajos que permitan realizar la integración de las ciencias con la educación, lo que conducirá a diferentes actores a una apropiación del conocimiento.
Es necesario continuar las investigaciones encaminadas a entender la dinámica de relación parasitoide – mariposa, especialmente en especias con distribución tropical.
Para establecer lineamientos que permitan multiplicar este protocolo de manera masiva, es necesario aumentar las experiencias de aulas para poder establecer requerimientos tales como, número máximo de individuos manejados por un docente y edades de los participantes.
Para poder mantener con éxito la cría de D. plexippus, sobre A. curassavica, es necesario implementar investigaciones encaminadas a la propagación de la especie vegetal, para que no sea un limitante en el momento de establecer una cría a gran escala.
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97 Anexos A. Mortalidades asociadas a los tratamientos de desinfección y el alimento mínimo
Anexo A.1. Mortalidad asociada a ACD1% (Alimento Con Desinfección). N° por N° Factor de Mortalidad Mortalidad Estado estado Muertes mortalidad aparente acumulada Huevo 54 4 No eclosionó 0,074 0,074 L1 50 1 SDC 0,020 0,094 L2 49 1 Bacterias 0,020 0,114 L3 48 3 Bacterias 0,063 0,177 L4 45 0 0,000 0,177
L5 45 1 Bacterias 0,022 0,199 Prepupa 44 1 Bacterias 0,023 0,222 Pupa 43 14 Parasitoides 0,326 0,548
Anexo A.2 Mortalidad asociada a ACD5% (Alimento Con Desinfección). N° por N° Mortalidad Mortalidad Estado Factor de mortalidad estado muertes aparente acumulada Huevo 54 4 No eclosionó 0,074 0,074 L1 50 0 0,000 0,074
L2 50 1 Bacterias 0,020 0,094 L3 49 1 Bacterias 0,020 0,114 L4 48 0 0,000 0,114
L5 47 0 0,000 0,114
Prepupa 47 6 Bacterias 0,128 0,242 Bacterias (1), Parasitoides (1), Pupa 41 5 0,122 0,364 Malformación pupa (3) Adulto en emergencia 36 8 Malformación adulto 0,222 0,586
Anexo A.3. Mortalidad asociados a AMCD0 (Alimento Mínimo Con Desinfección). N° por N° Factor de Mortalidad Mortalidad Estado estado muertos mortalidad aparente acumulativa Huevo 56 6 No eclosionó 0,107 0,107 L1 50 1 SDCD 0,020 0,143 L2 49 2 Desconocido(1) SDC (1) 0,040 0,184 L3 48 1 Bacterias 0,021 0,209 L4 47 0 0,0 0,209 L5 47 6 Bacterias 0,128 0,332 Prepupa 41 1 Problemas al empupar 0,024 0,357 Malformación(3), Pupa 40 9 0,225 0,582 Bacterias (6) Adulto en 31 4 0,129 0,71 emergencia Malformación 98 “Cría de la mariposa monarca Danaus plexippus (Linnaeus, 1785) bajo condiciones de laboratorio y su uso como modelo experimental en educación”
B. Análisis de varianza Las intersecciones superiores corresponden al p-Valor y las intersecciones inferiores corresponden al valor del estadístico.
Anexo B.1 Tallas L1 L2 L3 L4
H=0,3316 p=0,8299 H:28,77 p= 9,46E-08 H: 28,77 p= 9,46E-08 H: 14,4 p= 4,954E-04
ASD ACD AMCD ASD ACD AMCD ASD ACD AMCD ASD ACD AMCD
0,68 0,8171 2,68E-07 3,71E-05 2,15E-05 0,5768 0,02 6E-05 ASD 1 0,5707 8,04E-07 5,63E-02 6,46E-05 4,66E-06 0,06 0,2392 ACD 1 1 0,00011 0,1688 1 1,40E-05 1,71E-04 0,7175 AMCD L5i L5f Adulto
H= 12,63 p= 0,001421 H= 12,63 p= 56,24 H= 63,59 p= 8,82E-15
ASD ACD AMCD ASD ACD AMCD ASD ACD AMCD
4,15E-04 8,03E-02 8,76E-07 7,12E-06 1,03E-04 2E-17 ASD 1,24E-03 7,23E-02 2,63E-06 3,55E-11 3,08E-04 4E-13 ACD 2,41E-01 2,17E-01 2,14E-05 1,07E-10 5,99E-07 1,22E-12 AMCD
Anexo B.2 Cápsula cefálica L1 L2 L3 L4 L5 H=2,34 p=0,3103 H:2,439 p= 0,2954 F: 9,052 p= 0,00231 F: 33,63 p= 3,81E-12 F= 33,77 p= 4,06E-12
ASD ACD AMCD ASD ACD AMCD ASD ACD AMCD ASD ACD AMCD ASD ACD AMCD
ASD 0,8 0,2413 0,6441 0,1542 0,00019 0,03307 0,00011 0,00011 0,00011 0,00011
ACD 1 0,1724 1 0,2626 6,189 0,1635 11,53 0,0291 9,322 0,47
AMCD 0,72 0,52 0,4627 0,7877 3,596 2,594 7,861 3,664 10,99 1,663
Anexo B.3 Peso
L5i L5f Pupa Adulto H=3,973 p=0,1359 H=394 p= 3,51E-48 F= 273 p= 56,19E-42 F=85,68 p= 1,30E-20 ASD ACD AMCD ASD ACD AMCD ASD ACD AMCD ASD ACD AMCD ASD 0,1 0,938 0,0002 0,0001 0,0001 0,0001 0,0001 0,0001 ACD 0,2 0,108 6,164 0,0001 8,936 0,0001 6,678 0,0001 AMCD 1 0,3 31,75 37,91 23,27 32,2 7,949 14,63
Anexo B.4 Consumo
L1 L2 L3 L4 L5 H=0,1044 p=0,9491 H=38 p= 5,51E-09 H= 42,57 p= 5,70E-10 H= 23,44 p= 8,14E-06 H= 92,19 p= 9,60E-21 ASD ACD AMCD ASD ACD AMCD ASD ACD AMCD ASD ACD AMCD ASD ACD AMCD ASD 0,8 0,9192 3,58E-08 0,00269 0,00029 1,34E-09 7,46E-07 0,0075 1,12E-08 1,72E-14 ACD 1 0,7784 1,07E-07 3,17E-05 0,00087 0,00014 2,24E-06 0,1645 3,36E-08 2,67E-14 AMCD 1 1 0,00809 9,52E-05 4,01E-09 0,00042 0,0226 0,4936 5,16E-14 8,01E-14