Un vistazo a la ecología nutricional

Alicia Reyes Ramírez y Alejandro Córdoba Aguilar

Laboratorio de Ecología de la Conducta de Artrópodos

05Fig01El herrerillo común Cyanistes caeruleus, es una especie en la cual el tamaño de larvas con las que alimentan a sus polluelos varía dependiendo de la duración de los intervalos entre cada comida. Fotografía: Pixabay.comEl motor de la vida

Dicen que “el comer y el rascar, todo es empezar”, pero este dicho popular no considera los beneficios de una alimentación sana y equilibrada. Para los seres vivos, obtener una dieta equilibrada no es una tarea sencilla. Los animales requieren alimentos para desarrollarse, conquistar territorios y parejas y defenderse de los patógenos, entre otras cosas, y sus necesidades específicas de nutrición cambian con el tiempo. La búsqueda y el consumo del alimento implican por sí mismos un gasto energético considerable. Además, un animal que está buscando comida puede convertirse en el alimento de otro, así que también se trata de una actividad peligrosa. Por lo tanto, aun si dicho animal busca equilibrar su dieta acorde con sus diversas necesidades, las presiones que tiene que enfrentar hacen que no siempre lo logre. En este sentido, la ecología nutricional trata de entender cómo la alimentación afecta a los individuos, directa o indirectamente, en diferentes aspectos de su vida.

     La necesidad de una dieta equilibrada nos ha llevado a estudiar la ecología de animales que se pensaba que no eran selectivos al momento de alimentarse. Por ejemplo, se creía que los carnívoros simplemente obtenían más energía al comer un mayor número de presas. Sin embargo, esto no es así. Ahora se sabe que son capaces de forrajear selectivamente para obtener ciertas grasas y proteínas según las requieren. Además, los depredadores no están exentos de llevar a cabo funciones clave como la reproducción. A este respecto, en estudios de nuestro laboratorio, hemos observado que cuando los machos adultos del caballito del diablo Hetaerina americana (que son carnívoros) están infectados con cierta bacteria (ver En la salud y en la enfermedad), además de usar su tiempo para encontrar hembras, aumentan el tiempo de forrajeo en comparación con machos que no están enfermos, para obtener nutrientes que les ayuden a recuperar su salud.

Para el apetito descontrolado

05Fig02Algunas larvas de insectos, como las orugas, consumen compuestos aleloquímicos que les ayudan a regular la ingesta de nutrientes. Fotografía: Pixabay.comLa alimentación es un proceso intermitente. Es decir, los períodos de alimentación se intercalan con períodos en los que se realizan otras actividades. Estos ciclos son muy variables entre los animales. En el caso de las ratas hooded (Rattus norvegicus) criadas en laboratorio, por ejemplo, la cantidad de comida que consumen cuando los intervalos entre comidas son relativamente largos (24 a 72 horas) varía según el tamaño de los alimentos; mientras que en intervalos relativamente cortos (3 a 12 horas), la cantidad de alimento consumido ya no depende del tamaño. En las ratas también puede cambiar la ingesta diaria si cambia la temperatura ambiental. La codorniz japonesa (Coturnix japonica) es un caso que ilustra muy bien el fenómeno de la variación en los intervalos de alimentación dependiendo del tipo de comida que se le administre ya que, experimentalmente, se ha encontrado que comen con más frecuencia y en intervalos más cortos cuando se alimentan con puré diluido, que contiene 40% de celulosa, que cuando consumen puré sin diluir o pellets.

Si no puedes comer sólo una: regula tu ingesta diaria

A pesar de las presiones, los animales escogen su alimento y regulan la ingesta de nutrientes con base en dos parámetros. Uno es la composición y la calidad nutricional del alimento, lo cual implica que detectan los nutrientes clave por medio de ciertos receptores; es decir, que de alguna manera perciben los azúcares, algunos aminoácidos, sales y agua. El otro es el estado nutricional del animal. Por ejemplo, los insectos herbívoros que han estado sometidos a dietas desequilibradas regulan su ingesta para consumir una mayor cantidad de los nutrientes que les faltan y una menor cantidad de los nutrientes que tienen en exceso. Para lograr este balance llegan incluso a ingerir sustancias con efectos adversos, como compuestos aleloquímicos  de los tejidos de las plantas, ya que les ayudan en el proceso de digestión.

05Fig03Chimpancé consumiendo hojas. En este género de primates se ha documentado la automedicación con plantas para combatir los parásitos intestinales. Fotografía: Pixabay.comLa energía del triunfo

El estudio de la fisiología de un animal y el papel de los microbios asociados a su organismo y la diversidad de su dieta, es una de las áreas más activas de la ecología nutricional. Se ha encontrado que no todas las relaciones microbio-hospedero (en este caso el hospedero es el animal) son benéficas para los animales, y hay evidencias de “carreras armamentistas” en las que ambas partes buscan tener el control de la conducta alimentaria. Por ejemplo, los hospederos pueden automedicarse por medio de la alimentación. Esto incluye el consumo de compuestos orgánicos, como los metabolitos secundarios que producen las plantas para atraer o repeler a otros organismos y que robustecen la inmunidad del hospedero. Las larvas de la mosca de la fruta, por ejemplo, obtienen etanol al consumir frutos en descomposición, lo cual le dificulta a la avispa que las parasita poner huevecillos en su cavidad o hemocele. Incluso si una larva de la mosca ya tiene parásitos, el etanol provoca que una cantidad considerable de las larvas de la avispa mueran.

     La automedicación no es la única estrategia para enfrentar una enfermedad; un caso curioso es la falta de apetito. Esta conducta, en principio, no parece la estrategia más conveniente, dadas las altas demandas energéticas que conlleva la respuesta inmune necesaria para enfrentar a un patógeno. En los insectos se ha encontrado que la apolipoforina III es la misma proteína que participa tanto en la respuesta inmune, como en la digestión (en el transporte de lípidos). Así, los episodios de falta de apetito o anorexia en un organismo enfermo, en realidad evitan conflictos fisiológicos entre la digestión y la inmunidad, provocando que la apolipoforina III trabaje exclusivamente en combatir al patógeno. Aparentemente, mecanismos semejantes podrían operar en los vertebrados, de modo que no hay que asustarse si, ante la enfermedad, uno no siente hambre.

Todo comienza con un buen marco

05Fig04Mediante el marco geométrico para la nutrición, podemos estudiar la forma en que el estado nutricional de un insecto como la Mantis religiosa o de un mamífero como un zorro afecta, su forrajeo, entre otras cosas. Fotografía: Pixabay.comLa ecología nutricional estudia una amplia gama de organismos y abarca una gran cantidad de métodos, conceptos y objetivos que se centran en su morfología, fisiología, desarrollo, conducta, ecología (por ejemplo, los efectos de las restricciones en el alimento sobre ciertas funciones para la preservación de la vida, como el crecimiento, la reproducción y la supervivencia), y abarca también a su evolución fenotípica, tanto desde el punto de vista de la función como del mecanismo. Es por eso que se ha propuesto la integración de marcos conceptuales como el del forrajeo óptimo (que analiza el proceso de alimentación visto como una cuestión de costos y ganancias), la ecología nutricional (que analiza la interacción entre el estado nutricional del individuo y el medio ambiente), la geometría de la nutrición (que mide el efecto de uno o más alimentos en el estado nutricional, composición corporal y eficiencia en la utilización de los nutrientes de los organismos) y la estequiometría ecológica (que analiza el flujo de materia y energía en el ecosistema, es decir, compara la composición de elementos como nitrógeno, fósforo y carbono presentes en los consumidores y sus recursos). En conjunto, estos cuatro enfoques conforman y le dan cohesión teórica y metodológica a lo que se conoce como el marco geométrico, que describe las relaciones entre el consumo de nutrientes y distintas variables importantes en la vida de los organismos, como la esperanza de vida, la reproducción, la inmunidad y la microbiota.

     Actualmente, la ciencia busca entender el impacto de la conducta alimenticia en la ecología y evolución fenotípica de los organismos y en sus diferentes niveles de organización. Estos son temas que ayudarán también a entender aspectos sobre la salud alimenticia de los seres humanos, como el incremento en la incidencia de la diabetes y de los ataques al corazón.

Sabiduría y obesidad

La Organización Mundial de la Salud ha señalado que la tasa de obesidad en los humanos (y sus mascotas, perros y gatos) va en aumento. De hecho, este organismo estima que más de mil millones de personas en todo el mundo tienen sobrepeso u obesidad. Pero el riesgo que conlleva el consumo de grasas no es exclusivo de nuestra especie. La relación entre el contenido de grasa corporal y el riesgo de muerte prematura también se ha estudiado en insectos como las langostas y grillos, orugas o moscas de la fruta. Sin embargo, a diferencia de nosotros, estos animales parecen tener una “sabiduría nutricional”, ya que mantienen un consumo objetivo de macronutrientes, lo que les permite minimizar el riesgo de morir en etapas tempranas por enfermedades asociadas a las grasas.

05Fig05La obesidad es una de las principales enfermedades en el mundo, debido a los hábitos alimentarios del ser humano. Fotografía: Pixabay.com     Si otras especies han logrado llevar un equilibrio entre lo que consumen y su fisiología, entonces ¿por qué a nosotros, los seres humanos, nos va tan mal? Para entenderlo, tenemos que remontarnos a una transición importante en la nutrición humana, que ocurrió cuando el estilo de vida dejó de ser el del cazador-recolector para convertirse principalmente en el de agricultor. A pesar de que esto sucedió en momentos distintos en diferentes lugares del mundo, los resultados han sido similares. Uno de los más relevantes es el aumento en los carbohidratos disponibles. A lo largo de nuestra historia, la incorporación de carbohidratos a la dieta ha aumentado progresivamente, sobre todo a partir de la revolución industrial, que trajo consigo la tecnología para refinar el azúcar y una gran facilidad para transportarla del sitio de producción al consumidor final. Consecuentemente, hoy en día tenemos un acceso sin precedentes a todo tipo de alimentos, y el ritmo al que ha cambiado nuestro ambiente nutricional rebasa la velocidad de nuestro metabolismo para adaptarse, en términos evolutivos.

     Al utilizar el marco geométrico, se ha logrado saber más sobre el papel que juega el porcentaje de proteínas ingeridas en la dieta humana. Por ejemplo, los científicos han identificado que cuando tenemos un déficit de proteínas en nuestra dieta, muchas veces lo tratamos de compensar consumiendo en exceso bebidas azucaradas (jugos de fruta y refrescos) y bocadillos con altos contenidos de grasas y carbohidratos. Sin embargo, al final estos alimentos no logran satisfacer el hambre de proteínas, pero sí se acumulan en nuestro tejido adiposo. Es por ello que, en cuestiones de salud y gestión de la dieta tenemos, sí o sí, que tomar en cuenta la biología; de otra manera, nuestro esfuerzo por combatir el hambre de proteínas estará destinado al fracaso.

     Actualmente, en el laboratorio trabajamos con el escarabajo de la harina (Tenebrio molitor) para comprender cómo diferentes proporciones de carbohidratos y proteínas en dietas sintéticas afectan diferentes aspectos de la vida de este animal. La idea es usar a este insecto como un sujeto de estudio ejemplar para encontrar el "balance perfecto" en la dieta, para obtener el mayor éxito en cuanto a adecuación.

Para saber más

  • González-Tokman, D., A. Córdoba-Aguilar, I. González-Santoyo, y H. Lanz-Mendoza. 2011. Infection Effects on Feeding and Territorial Behaviour in a Predatory Insect in the Wild. Animal Behaviour 81: 1185-1194.
  • Magni, P. et al. 2009. Feeding Behavior in Mammals Including Humans. Trends in Comparative Endocrinology and Neurobiology 1163: 221-232.
  • O’Brien, E. 2015. Automedicación animal. Acercaciencia.
  • Raubenheimer, D., S. J. Simpson y D. Mayntz. 2009. Nutrition, Ecology and Nutritional Ecology: Toward an Integrated Framework. Functional Ecology 23: 4-16.