Control biológico de hormigas cortadoras de hoja (FORMICIDAE: ATTINI) mediante parasitoides (DIPTERA: PHORIDAE)

Abstract

Las hormigas cortadoras de hojas de los géneros Atta y Acromyrmex son consideradas unas de las principales plagas en el Neotrópico, debido a que, para suministrar sustrato al hongo mutualista del cual se alimentan, cosechan grandes cantidades de material vegetal de un amplio número de plantas. Aunque su impacto sobre distintos cultivos se ha inferido en numerosas ocasiones, muchas de estas estimaciones sufren de imprecisiones, principalmente debido a la falta de datos tomados a campo a largo plazo, por lo que resultan poco confiables. Aún así, las hormigas son objeto de todo tipo de mecanismos de control, entre los cuales se destaca el control químico por medio de plaguicidas inespecíficos, tales como clorpirifós y fipronil, los más ampliamente utilizados en Argentina. Estos agroquímicos no han sido probados en ensayos de campo a largo plazo, por lo que no se conoce su efectividad real, particularmente teniendo en cuenta que las colonias de hormigas cortadoras son sumamente longevas y cuentan con miles a millones de obreras. Por otra parte, no se ha evaluado el impacto que el uso de estos plaguicidas tiene sobre los enemigos naturales de las hormigas, las moscas parasitoides de la familia Phoridae, de particular interés en esta tesis. El primer capítulo de esta tesis se aboca a responder dos cuestiones centrales al problema de las hormigas cortadoras como plagas agrícolas: estimar el consumo de Atta vollenweideri, considerada plaga ganadera, en pastizales utilizados para pastoreo vacuno, y el impacto de dicho consumo sobre la producción ganadera. Para ésto, realicé experimentos de exclusión en un pastizal natural de la provincia de Santa Fe, calculando producción primaria y consumo por parte de hormigas solas, y en situación de competencia con vacas. Encontré evidencias de competencia entre hormigas y ganado, aunque en situaciones de escasa producción el ganado resultó mejor competidor que las hormigas; además, establecí un nivel de daño económico (NDE) de 0,25 nidos por hectárea para A. vollenweideri, el primer NDE calculado para una especie de hormiga cortadora. En el segundo capítulo de la tesis exploré la efectividad de los dos plaguicidas más comúnmente utilizados en el control de hormigas cortadoras, así como su impacto sobre los parasitoides específicos de éstas. Para ello realicé ensayos en tres niveles: a campo durante un año sobre colonias de A. vollenweideri, en laboratorio sobre hormigas obreras colectadas a campo de caminos de forrajeo, y en laboratorio sobre pupas de fóridos. En los ensayos de campo, el clorpirifós resultó inefectivo a largo plazo, mientras que el fipronil produjo mortalidad casi completa de todas las colonias tras un único tratamiento. El ensayo sobre hormigas en laboratorio demostró una mayor efectividad inmediata del clorpirifós, mientras que el fipronil fue efectivo al cabo de un número mayor de días, lo cual explicaría su mayor efectividad sobre la colonia completa ya que, al permitir que las hormigas expuestas al plaguicida vivan más tiempo, ésto daría oportunidad de que ocurra transferencia horizontal del plaguicida entre congéneres de la colonia. El ensayo sobre pupas reveló un fuerte impacto negativo sobre los fóridos, produciendo una gran mortalidad pupal y reduciendo significativamente la longevidad de los adultos que consiguieron eclosionar. Como mencioné más arriba, varias especies de moscas de la familia Phoridae son parasitoides obligados de hormigas cortadoras, cumpliendo parte de su ciclo vital dentro del cuerpo de éstas. Investigaciones recientes describieron una gran cantidad de especies nuevas de fóridos de cortadoras en nuestro país. Por lo tanto, otro objetivo de mi tesis fue conocer en detalle el ciclo de vida de las especies de fóridos más abundantes sobre Atta vollenweideri y Acromyrmex lundii como especies hospedadoras modelo, las mejores condiciones para criarlas en laboratorio, y finalmente, evaluar su capacidad para afectar el funcionamiento de colonias completas en el campo. El tercer capítulo de la tesis contiene la descripción de los ciclos de vida. Para tal fin, colecté obreras de caminos de forrajeo de A. vollenweideri y de A. lundii, y las mantuve en el laboratorio a 25° ± 1°C y 80 ± 5% HR, separando las hormigas parasitadas y obteniendo los tiempos de desarrollo larval, pupal y total, la longevidad de los adultos, la supervivencia pupal, la tasa de parasitismo natural, la relación macho: hembra y el tamaño de los parasitoides para Apocephalus setitarsus, Eibesfeldtphora trilobata, Myrmosicarius brandaoi, Myrmosicarius gonzalezae (parasitoides de A. vollenweideri), Apocephalus neivai y Myrmosicarius catharinensis (parasitoides de A. lundii), así como el tamaño de hospedador preferido por todas las especies menos las del género Apocephalus, quienes presentan pupas libres. En el cuarto capítulo, exploré las mejores condiciones para criar fóridos en el laboratorio, colectando hormigas de los dos hospedadores modelo, y manteniéndolas bajo cinco diferentes combinaciones de temperatura y humedad relativa. Exploré por primera vez la posibilidad de criar fóridos a bajas humedades, ya que muchos de estos parasitoides se encuentran en zonas fitogeográficas áridas. Encontré que la mejor combinación para todas las especies estudiadas fue la de 24°C y 80% HR, ya que fue la que permitió obtener la mayor cantidad de pupas, así como la mayor supervivencia pupal, combinando estos dos factores en un Índice de Eficiencia de Cría. Encontré también que la longevidad de los adultos se prolonga significativamente a 20°C y 80% HR, lo cual resulta de interés práctico para conservar fóridos adultos con el propósito de sincronizar liberaciones en el campo. Finalmente, en el quinto capítulo me ocupé de evaluar el efecto que una de las especies de fóridos, Eibesfeldtphora trilobata, a diferentes densidades, ejerce sobre la tasa de consumo de material vegetal de colonias completas de Atta vollenweideri en el campo. Con tal fin, aislé caminos de forrajeo de nidos de esta hormiga en el campo, utilizando túneles construidos para este fin, y liberando en ellos 1 ó 4 fóridos, mientras que caminos aislados y sin fóridos actuaron como control. Tomé muestras de las hormigas que regresaban cargadas al nido antes de comenzar el experimento, cada 30 minutos durante la siguiente hora y media, y finalmente 30 minutos después de retirar los fóridos. Encontré que, a ambas densidades, la presencia de fóridos disminuyó significativamente el tráfico de hormigas en los caminos, el transporte de material vegetal, y el tamaño promedio de las obreras, de modo que las obreras de tamaño adecuado para ser parasitadas por E. trilobata se volvieron más escasas en presencia de este parasitoide. Si bien no hallé diferencias significativas entre los resultados obtenidos a una densidad de 1 y 4 fóridos, sí registré un efecto más prolongado sobre los caminos con 4 fóridos. En conclusión, los datos obtenidos a partir de esta tesis doctoral aportan información vital para poder diagramar programas de control biológico para hormigas cortadoras, tales como un nivel de daño económico, numerosas características de los ciclos vitales de las especies más abundantes en dos zonas fitogeográficas de gran importancia para la producción agrícola del país (Pampeana y Chaco seco), y las condiciones más apropiadas que optimizarían una cría masiva. Por otro lado, presenté evidencias acerca de la incompatibilidad de los plaguicidas más utilizados para programas de manejo integrado que incluyan dípteros parasitoides, y demostré la eficacia de Eibesfeldtphora trilobata como disruptora de la tasa de forrajeo de Atta vollenweideri. El efecto negativo en el ingreso de material vegetal, obtenido con un solo fórido por sendero, pone en evidencia resultados prometedores respecto de la introducción aumentativa de estos parasitoides en sitios donde estas hormigas revisten carácter de plagas.

Leafcutter ants in the genera Atta and Acromyrmex are regarded amongst the main pests in the Neotropics because, in order to grow the mutualist fungus on which they feed, they harvest great amounts of plant material from a wide variety of plants. Although their impact on different crops has been inferred on numerous occasions, many of these estimations are riddled with imprecisions, mainly due to a lack of long term field data, thus being rather unreliable. Nonetheless, ants are subjected to all kinds of control mechanisms, among which the most popular is chemical control through inespecific agrochemicals such as chlorpyrifos and fipronil, the most widely used in Argentina. These agrochemicals have not been tested in long term field assays, and thus we do not know their true efficacy, particularly considering that leafcutter ant colonies are very long lived and include thousands to millions of workers. On the other hand, there are no evaluations of the impact that these substances have on natural enemies of ants, specifically the parasitoid flies in the Phoridae family, the main focus of this thesis. The first chapter in this dissertation focuses on answering two central questions about the issue of leafcutter ants as pests: to estimate the consumption of Atta vollenweideri, regarded as a pest to cattle rearing, in pastures used for grazing by cows, and the impact that this consumption has on cattle production. For this purpose, I conducted exclusion experiments in a natural pasture in Santa Fe province, calculating primary productivity and consumption by ants alone and in a situation of competition with cattle. I found evidence of competition between ants and cattle, although in situations of low productivity cattle seemed to win the competition. I established an economic injury level (EIL) of 0.25 nests per hectare for Atta vollenweideri, the first EIL to ever be calculated for a leafcutter ant species. In the second chapter of the dissertation I explored the effectiveness of the two pesticides most commonly used against leafcutter ants, as well as their impact on their specific parasitoids. For this purpose I carried out assays in three levels: in the field for a year on A. vollenweideri whole colonies, in the laboratory on A. vollenweideri worker ants collected from foraging trails, and in the laboratory on phorid pupae. In the field assays, chlorpyrifos was ineffective in the long term, whereas fipronil produced almost complete mortality of all colonies after only one application. The assay on ants in the laboratory showed that chlorpyrifos produced almost immediate mortality to all treated ants, whereas fipronil was effective after more days, which would explain its greatest effectiveness on whole colonies since, by allowing exposed ants to live longer, they would be able to come in contact with unexposed nestmates, allowing the horizontal transfer of the pesticide between them. The assay on pupae revealed that both pesticides have a great deleterious effect on phorids, producing high pupal mortality and significantly reducing the longevity of those adults who were able to emerge. As I mentioned above, several species of flies in the family Phoridae are obligatory parasitoids of leafcutter ants, completing part of their life cycle within the body of their hosts. Recent research has described a great amount of new species of leafcutter phorids in our country. Therefore, another objective of my thesis was to obtain detailed knowledge of the life cycle of the most abundant phorid species on Atta vollenweideri and Acromyrmex lundii as model host species, as well as the best conditions to rear them in the laboratory, and finally, to assess their ability to affect the performance of whole ant colonies in the field. The third chapter in the dissertation describes the life cycles of several phorid species. For this end, I collected workers from foraging trails of A. vollenweideri and A. lundii, and then kept them in the laboratory at 25° ± 1°C and 80 ± 5% RH, separating the parasitized ants and calculating the larval, pupal and total developmental times of the parasitoids, the longevity of the adults, the pupal survivorship, the natural parasitism rates, the male:female ratio and the size of Apocephalus setitarsus, Eibesfeldtphora trilobata, Myrmosicarius brandaoi, M. gonzalezae (parasitoids of A. vollenweideri), Apocephalus neivai and Myrmosicarius catharinensis (parasitoides de A. lundii), as well as the preferred host size for all the species with the exception of those in the genus Apocephalus, which have free-living pupae. In the fourth chapter I assessed the most adequate conditions to rear phorids in the laboratory, collecting ants from both model host species, and keeping them under five different combinations of temperature and relative humidity. I explored for the first time the possibility of rearing phorids at low humidity, since many of these species are native of arid phytogeographic regions. I found that the best combination of rearing conditions for all the species tested was 24°C and 80% RH, since that was the regime that allowed me to obtain the greatest number of pupae, as well as the highest pupal survivorship, two traits that I combined to calculate a rearing efficiency index (REI). I also found that adult longevity is significantly lengthened at 20°C and 80% RH, which is of great practical significance to conserve adult phorids with the purpose of synchronizing field releases. Finally, in the fifth chapter I assessed the effect of one phorid species, Eibesfeldtphora trilobata, at different densities, on the plant material consumption rate of whole Atta vollenweideri colonies in the field. For that end, I isolated foraging trails of this ant in the field, using tunnels built for this purpose, and releasing within them either 1 or 4 phorids, whereas other isolated trails without phorids acted as controls. I took samples of the ants returning to the nest before the beginning of the experiment, every 30 minutes after releasing the phorids for the next hour and a half, and finally a last sample 30 minutes after removing the phorids from the tunnels. I found that, at both densities, the presence of phorids significantly decreased ant traffic on the trails, transport of plant material and the average size of workers, so that those ants in the range of sizes preferred by E. trilobata for parasitism became scarcer when this phorid was present. Although I did not find significant differences between the results obtained at both phorid densities (1 and 4 per trail), I did record a more extended lag effect on the trails with 4 phorids. In conclusion, the data obtained in this thesis provide vital information to design biological control programs for leafcutter ants, such as the tools to calculate economic injury levels, numerous characteristics of the life cycles of the most abundant phorid species in two phytogeographic regions of great significance for the agricultural production of the country (Pampeana and Dry Chaco), and the most appropriate conditions to optimize a massive rearing of these parasitoids. On the other hand, I found strong evidence for the incompatibility of the most widely used synthetic pesticides with integrated pest management programs including dipteran parasitoids, and I proved the effectiveness of Eibesfeldtphora trilobata as a disruptor of the foraging rate in Atta vollenweideri. The negative effect on the transport of plant material, obtained with one phorid per trail, is highly promising for the augmentative introduction of these parasitoids to sites where these ants are actually pests.