Nota preliminar sobre sistemática molecular gen-aloenzimática de algunas formas españolas y marroquíes del grupo albicans del género Cataglyphis (Hym., Formicidae)

Orsis 10,1995 73-81 Nota preliminar sobre sistemática molecular gen-aloenzimática de algunas formas españolas y marroquies del grupo albicans del género Cataglyphis (Hym., Formicidae) Andrés de Haro1, Cedric A. Collingwood2 y Per ~ouwes~ 1. Universitat Autbnoma de Barcelona. Departament de Biologia Animal, Biologia Vegetal i d'Ecologia. Laboratori de Zoologia. 08193 Bellaterra (Barcelona). Spain 2. North Carolina State University. Departrnent of Zoology Raleigh, NC27695-7617. USA 3. Lund University. Departrnent of Zoology. S-223 62 Lund. Sweden Resumen Debido a las pocas diferencias morfológicas entre Cataglyphis albicans y C. ibericus del este de España y C. albicans ruber de Marmecos, hemos realizado estudios electroforéticos enzimáticos, con 10s resultados de que no hay diferencias entre esas poblaciones. Por eiio deducimos que pertenecen al mismo taxón. Hasta que no hayarnos concluido el estudio de C. albicans de Africa del norte, asumimos que en el este español s610 está presente C. albicans. En Tarifa, la población que creíamos pertenecer a C. albicans, es un taxón diferente, cuyo valor debe ser confirmado por estudios morfológicos y biogeográficos, y análisis más extensos de variación aloenzimática. Palabras clave: honnigas, Cataglyphis albicans, C. ibericus, C. albicans ruber, C. viatica, electroforesis aloenzimática, Marmecos, España. Abstract. A preliminary note about allozyme molecular systematics of some spanish and Morocco forms of albicans group o the genus Cataglyphis (Hym., Formicidae) Due to scarce morphological differences, if any, between Cataglyphis albicans and C. ibericus from the east of Spain and C. albicans ruber from Morocco, we have done allozyme electrophoretical studies, with the results that there are no differences between these populations. Consequently, we deduce that they belong to the same taxon. Unti1 we study C. albicans from the north of Africa, we assume that in the east of Spain only C. albicans is present. In Tarifa, the population which we assumed to belong to C. albicans is a different taxon, which value must be confirmed by morphological and biogeographical studies, and more extended analyses of allozyme variation. Key words: Ants, Cataglyphis albicans, Cataglyphis ibericus, Cataglyphis sp., Cataglyphis albicans ruber, Cataglyphis viatica, allozyme electrophoresis, Morocco, Spain. 74 Orsis 10, 1995 Andrés de Haro, Cedric A. Collingwood y Per Douwes Introducción Las hormigas del género Cataglyphis constituyen un grupo de insectos básicamente de alimentación insectívora, de origen probablemente sahariano y que habitan las regiones secas y desérticas del Viejo Mundo. Se extienden por la peninsula Ibérica, sur de Francia, Italia, 10s Balcanes, Grecia, Bulgaria, Asia Menor, Irán, Irak, Oriente Medio, Sudán, sur de Rusia, Asia Central, China, Pakistan e India. Este género presenta en general y en la península Ibérica en particular, variaciones importantes de coloración sobre la que frecuentemente se basa la taxonomia, a veces con pocas o ninguna diferencia morfológica, habiéndose descrit0 numerosas subespecies, variedades o razas, con 11 8 taxones para la fauna mundial, de 10s cuales s610 3 1 son a nivel especifico (Tinaut y Plaza, 1989). Est6 bien representado en la peninsula Ibérica, donde ha podido evolucionar aislado del continente africano por el estrecho de Gibraltar, como mínimo durante unos 5 millones de años. La penetración magrebí se origina probablemente al final del Mioceno, en el Messiniense, en que por desecación del Mediterráneo, debido al cierre de 10s dos brazos bético-rifeños de comunicación atlántica, se estableció una via de comunicación terrestre ibero-mauritánica, hace unos 6 millones de años. Esta comunicación se rompi6 después por el hundimiento gibraltareño del Plioceno y nueva penetración de las aguas atlánticas en la cuenca del Mediterráneo, (Ruggieri, 1967; Hsii, 1974). Agosti (1990), ha hecho una reclasificación del género a nivel mundial y considera que el grupo albicans es muy confuso (comunic. in litt. 1993). Tinaut y Plaza (1989), hacen una revisión del subgénero Cataglyphis en la peninsula Ibérica, aclarando en parte la situación taxonómica del grupo albicans. Dicen, citando a Emery (1906), que Cataglyphis albicans es un taxón laberíntico, cuyo tip0 ha desaparecido y la localidad tipo no está clara, aunque Emery afirma que la forma típica de la especie esta en Argelia y Túnez. Estos autores consideran que hasta que no se delimite el valor y las características de C. albicans, s610 debemos considerar para nuestra fauna dos especies de este grupo: C. ibericus y C. rosenhaueri, separadas ambas por el color, y añaden que quedan'a por determinar las diferencias entre diversas poblaciones de C. ibericus, con 10 que quiza se podria establecer la presencia cierta de C. albicans en nuestro país. Situación taxonómica del grupo albicans en la península Ibérica Los taxones reconocidos son 10s siguientes: 1. C. albicans (Roger, 1859), descrita de África del Norte sin otra especificación geográfica. Citada por De Haro y Collingwood (1977, 1988) en el sur de España. Los ejemplares del noreste y centro de España tienen cuerpo obscuro y cabeza rojiza y han sido considerados por estos autores (1991 y 1992) como pertenecientes a C. ibericus, rnientras que 10s meridionales, de cabeza obscura, han sido considerados como C. albicans. 2. C. ibericus, descrita como C. albicans ssp. ibericus (Emery, 1906), de Espaiia y Portugal (sic). Sistemática molecular gen-aloenzimática del grupo albicans Orsis 10, 1995 75 3. C. rosenhaueri, separada por su coloración rojiza en la cabeza y el torax, pero no por su morfologia, de la forma anterior. Descrita del sur de España como C. albicans ruber (Forel, 1903) var. rosenhaueri (Emery, 1906). 4. C. viaticoides es una forma de cabeza y tórax de color rojo, descrita de Beyrouth (Líbano), como C. albicans var. viaticoides (André, 1881). Tinaut y Plaza (1989) ponen en duda su existencia en nuestra Península. Collingwood y Yarrow (1969) la citan en Granada, Menjíbar (Jaén) y Ronda (Málaga), mientras que De Haro y Collingwood (1977) la citan en Écija-carmona (Sevilla) en Rocio-Almonte (Huelva) y en Villafranco del Guadalquivir (Sevilla), Tinaut (1981) la cita en Sierra Nevada (Granada) y Serrano (1985), en Sabiote (Jaén). En el presente trabajo intentamos clarificar la posición taxonómica de las formas ibéricas de color obscur0 del grupo, o sea, de C. albicans y C. ibericus y, dada la dificultad de separar morfológicamente ambos taxones, hacemos un estudio molecular gen-enzimático para analizar la variación genética detectable electroforéticamente entre varias poblaciones de la península Ibérica. A efectos comparativos, estudiamos la forma marroquí del mismo grupo, C. ruber, descrita como C. albicans r. ruber (Forel, 1903) y, como especie externa, C. viatica (Fabricius, 1787), del grupo bicolor (Agosti, 1990), también marroquí. Material y métodos En mayo de 1993 realizamos una expedición por el litoral mediterráneo espafiol y marroquí, tomando muestras de poblaciones en varias localidades, figura 1. Tarifa, cuya población de hormigas se tom6 a unos 10 kilómetros al oeste del estrecho de Gibraltar, está ya situada al principio del litoral atlántico, en una zona que se muestra como de gran interés bi~geogr~co. En Marmecos no encontramos C. albicans, debido probablemente al tiempo lluvioso de dias anteriores. En cambio, si encontramos una forma del mismo grupo, C. ruber, que nos llamó la atención por su tamaño y semejanza morfológica con la que considerábamos C. ibericus del noreste de España, asi como el carácter etológico del transporte social (De Haro y Collingwood, 1994). Las poblaciones analizadas y las formas recogidas han sido las siguientes, tabla 1: 1. Bellaterra (Barcelona), C. ibericus, nido levantado en bosque de Pinus halepensis. 2. Cabo de Gata (Almería), C. albicans, zona arenosa cerca de las salinas. 3. Ermita de Torre Garcia (Almería), C. albicans, zona arenosa cerca de la playa. 4. Fortuna (Murcia), C. albicans, en camino en bosque de Pinus halepensis. 5. Tarifa (Cádiz), C. albicans, camino de suelo duro cerca de la playa, a unos 10 kilómetros al oeste del estrecho de Gibraltar. 6. Cabo Negro (Marruecos), C. ruber, zona de monte bajo con palmito, Chamaerops humilis. 7. Martil (Marmecos), C. ruber, en zona arenosa cerca de la playa. 8. Oued Lau (Marmecos), C. viatica, en arena de la playa. 76 Orsis 10, 1995 Andrés de Haro, Cednc A. Collingwood y Per Douwes Hemos tomado ejemplares fijados en alcohol de 70 "C para su estudio morfológico y otros conservados vivos para su estudio molecular. Las obreras han sido tomadas desplazándose sobre el suelo, por medio de un aspirador entomológico o a mano, según la dificultad de captura. Por la forma de captura, es indeterrninado el número de nidos a 10s que pertenecen las obreras de una misma localidad, aunque la mayona sean probablemente del mismo nido. Las obreras, en número variable, pero nunca menos de 80, eran introducidas sobre el terreno, en una caja de plástico de 2 x 8 x 14 cm, con numerosos orificios en el techo y provista de un tubo de 6 x 0.8cm con agua renovada diariamente. Un algodón con miel e insectos troceados constituian la dieta de las hormigas, renovada cada 3 dias durante la expedición. En Barcelona fueron congeladas en nitrógeno liquido y conservadas en congelador a -80 "C. El transporte hasta Lund (Suecia), se hizo introduciéndolas en un criostato de mano de vapor de nitrógeno, MVE Cryogenics, tipo SC 413, de 4.3 1 de nitrógeno liquido. En Lund se volvieron a conservar en congelador a -80 "C. Se analizaron de 7 a 9 individuos por población, excepto para aGPD, donde se analizaron de 2 a 7 individuos. Las obreras, sin el gáster, fueron homogeneizadas individualmente en 60 microlitros de agua desionizada. El homogeneizado fue absorbido en rectángulos de papel de filtro e insertado en uno o dos geles. Se resolvieron seis sistemas enzimáticos en geles horizontales de almidón. I 100 km Figura 1. Localidades prospectadas. 1: Bellaterra (Barcelona); 2: Fortuna (Murcia); 3: Almeria; 4: Tarifa (Cádiz); 5: Marmecos (de norte a sur, Cabo Negro, Martil, Oued Lau). I Sistemática molecular gen-aloenzimática del grupo albicans Orsis 10, 1995 77 aGPD (a-glucosafosfato deshidrogenasa), IDH (isocíirico deshidrogenasa), ME (enzima málico), MDH (malato deshidrogenasa) y PG1 (fosfoglucosa isomerasa) se resolvieron en un tampón Tris citrato (gel pH 8.4 / cubeta ph 7. I), (Varvio-Aho & Pamilo, 1980) y PGM (fosfoglucomutasa) en tampón Tris-maleic-EDTA (gel 7.4 /cubeta 7.4). Se utilizaron técnicas de tinción estándar para todos 10s enzimas. La elección de estos enzimas se basó en observaciones realizadas en estudio~ de alozimas sobre hormigas del género Leptothorax, (Douwes & Stille, no publicado). Los alelos se designan por cifras que indican la movilidad de 10s correspondientes alozimas con relación al alelo más común, que se ha designado 100. Resultados y discusión Se han estudiado siete loci enzimáticos y en tres de ellos no hemos encontrado variación: MDH-1 (MDH anódico), IDH y PGM. En 10s cuatro loci variantes no hay variación intrapoblacional, excepto en Martil (Marruecos), donde aGPD es bialélico. C. viatica de OuedLau (Marruecos), difiere claramente del resto de poblaciones, teniendo alelos unicos en aGPD, MDH-2 (MDH catódico), ME y PGI. Tabla 1. Entre las poblaciones del grupo albicans hay una diferencia clara entre la población de Tarifa y el resto en PGI, tabla 1. Como se dijo anteriormente, todas las poblaciones del grupo albicans comparten el mismo alelo en aGPD y un segundo alelo ha aparecido en Martil, tabla 1. El análisis aloenzimático es una herramienta poderosa en estudios taxonómicos de poblaciones simpátridas. Cuando se sospecha, a partir de datos morfológicos o de otra clase, que 10s individuos de una misma localidad podrían pertenecer a más de una especie, las frecuencias fenotípicas obtenidas por electroforesis enzimática puede dar una respuesta clara. Tabla 1. Variación en PGI, MDH-2, ME y aGPD. Genotipos encontrados en Cataglyphis albicans, Cataglyphis sp, C. albicans ruber y C. viatica. Los grupos albicans y bicolor están estrechamente relacionados filogenéticamente. No hay variaciones en MDH-1, IDH y PGM. (El número de poblaciones analizadas se dan dentro de 10s paréntesis.) Taxones estudiados Loci enzimáticos PG1 MDH-2 ME aGPD Cataglyphis albicans? Barcelona (1) 1001100 1001100 1001100 1001100 Murcia (1) 1001100 1001100 1001100 - Almeria (2) 1001100 1001100 1001100 1001100 Cataglyphis sp. Tarifa (1) 1891189 1001100 1001100 1001100 C. albicans ruber Cabo Negro (Marmecos) (1) 1001100 1001100 1001100 1001100 Martil (Marmecos) (1) 1001100 1001100 1001100 901100 1001100 C. viatica (grupo bicolor) Oued Lau (Marmecos) (1) 1331133 1251125 1201120 1091109 78 Orsis 10, 1995 Andrés de Haro, Cedric A. Collingwood y Per Douwes Cuando, como en este caso, se comparan poblaciones alopátridas, las conclusiones son menos evidentes. La interpretación taxonómica de las diferencias de frecuencias alélicas entre poblaciones depende mucho del nivel general de diferencias genéticas entre especies o taxones del grupo particular que se estudia. En el caso de Cataglyphis carecemos, por ahora, de esa información general. Tenemos que basarnos en 10s resultados de estudios alozirnáticos en otras hormigas. Dentro de las mirmícinas, el género Leptothorax ha sido muy ampliamente estudiado y el cuadro que emerge de esos estudios es que especies morfológicamente muy similares difieren al menos en un locus, teniendo alelos alternativos (Douwes & Stille, 1987, 1990; Heinze, 1989). Resultados similares se obtuvieron de estudios sobre grupos de especies de morfologia similar en hormigas ponérinas y mirmicinas, aunque algún solaparnien- to encontrado entre especies se debió probablemente a intercambio genético entre ellas (Crozier, 1977; Ward, 1980). Heinze (1991), en sus estudios sobre Leptothorax (s. str.) de las relaciones entre hormigas parásitas y sus hospedadores, halla que especies claramente distintas muestran alozimas idénticos. También Heinze (comunic. pers.) ha encontrado recientemente que una población del parasito Doronomyrmexpacis aparece fijada para un alelo en 10s Alpes alemanes y para otro en 10s Alpes franceses. Aunque esto parece mis fácil que se dé en especies parásitas con pequeñas poblaciones aisladas. Entre las formicinas, han sido estudiadas dos especies similares de Lasius y han podido ser diferenciadas sin ambigüedad en el Único locus analizado (Pearson, 1983), también Boomsma et al. (1990). Un amplio número de especies de Formica han sido comparadas en varios loci enzimáticos (Pamilo et al. 1979, 1992). Las consecuencias que podemos sacar de estos estudios son: 1) la variación alélica refleja s610 parcialmente las especies definidas rnorfológicamente, y 2) especies similares morfológicamente difieren en frecuencia alélica más bien que en tener alelos alternativos. Una conclusión de todos estos estudios sobre hormigas distintas sería que si dos poblaciones tienen alelos diferentes como minimo en un locus, estas poblaciones deberian pertenecer a especies distintas. En nuestro estudio sobre Cataglyphis, el10 significm'a que la población de Tarifa, en la costa atlántica, pertenece a una especie distinta al resto de las poblaciones estudiadas del grupo albicans. Todas estas últimas, por el contrario, tendrian que ser consideradas como coespecificas, basándonos en la evidencia de 10s datos. El significado de la ligera variación en aGPD es difícil dilucidar a causa de 10s pocos ejemplares analizados para ese enzima y tuvimos dificultad de detectar las bandas delgadas; en cuanto a Murcia, s610 fueron analizados dos ejemplares y ninguno pudo ser detectado. La más amplia diferencia hallada entre C. viatica, del grupo bicolor y el resto del grupoalbicans, que entre la población de Tarifa y el resto de su grupo, se esperaba. C. viatica est6 morfológicamente diferenciada con claridad de las otras poblaciones, comparada con la escasa o nula variación interpoblacional de las formas restantes. Por ejemplo, en Leptothorax, miembros del subgénero Leptothorax, tienen probablemente alelos diferentes en todos 10s cinco loci examinados rutinariamente en unas 70 especies europeas, a 10s del subgénero Sistemática molecular gen-aloenzimática del grupo albicans Orsis 10, 1995 79 Myrafant, mientras que especies similares morfológicamente dentro de estos subgéneros difieren normalmente s610 en un locus (Douwes & Stille, no publicado; Heinze, 1989). Las diferencias enzimáticas halladas en la población de Tarifa nos ha llevado a hacer en las obreras un andisis morfológico previo, con el resultado de que el escapo antenal es ligeramente más corto que la longitud de la cabeza, mientras que en el resto de las poblaciones tiene la misma longitud o es algo mayor. Asi, para la población de Tarifa, 10s valores medios son: longitud cabeza 1.98, anchura cabeza 1.76, longitud escapo 1.865. Almeria: longitud cabeza 1.86, anchura cabeza 1.78, longitud escapo 1.90. También 10s ejemplares de Tarifa tienen una pilosidad dorsal mas abundante. Conclusiones Los resultados aloenzimáticos ponen de manifiesto que no hay diferencias entre las poblaciones de Almeria, Murcia y Barcelona, las dos primeras consideradas anteriormente por nosotros como pertenecientes a Cataglyphis albicans y las de Barcelona, a C. ibericus. Por el10 han de ser consideradas como pertenecientes al mismo taxón. Dado que en Marmecos no hemos encontrado la forma obscura de C. albicans, y si C. albicans ruber, cuyas poblaciones tarnpoco se diferencian electroforéticamente de las formas anteriores, tenemos que considerar provisionalmente, hasta que no estudiemos C. albicans de Africa, que en la franja oriental espaííola s610 existe C. albicans. Otro aspecto de interés es la presencia en Tarifa de una población tenida por nosotros como C. albicans, pero que ha de ser considerada como un taxón distinto, al diferenciarse enzimáticamente de las poblaciones españolas y marroquies anteriores. No obstante, para desechar la presencia posible de un polimorfisme intraespecifico en PG1 no detectado por el muestreo, y para ver el alcance de la particularidad morfológica detectada en la menor longitud del escapo en relación con la longitud de la cabeza en la población de Tarifa, asi como su pilosidad dorsal más abundante, se han de hacer prospecciones mis extensas, con estudio de sexuados. Estudios morfológicos y biogeográficos extensos nos mostraran el alcance de esta diferenciación. Si la diferencia encontrada en PG1 se mantiene en el análisis de más poblaciones, también ser6 una indicación fuerte de que la población de Tarifa es una especie distinta. Agradecimientos Damos las gracias a Jiirgen Heinze por las observaciones realizadas con motivo de la lectura del manuscrita. Bibliografia Agosti, D. 1990. Review and reclassification of Cataglyphis (Hym., Fomticidae). Journal of Natural History 24: 1457-1505. 80 Orsis 10. 1995 Andrés de Haro, Cedric A. Collingwood y Per Douwes Boomsma, J.J.; Brouwer, A.H.; Loon, A.J. van. 1990. A new polygynous Lasius species (Hym., Formicidae) from Central Europe. 11. Allozymatic confirmation of species status and social structure. Insectes Soc. 37: 363-375. Collingwood, C.A.; Yarrow, I.H.H. 1969. A survey of Iberian Formicidae. Eos 44: 53-101. Crozier, R.H. 1977. Genetic differentiation between populations of the ant Aphaenogaster rudis in the southeastern United States. Genetica 47: 17-36. Douwes, P.; Stille, B. 1987. The use of enzyme electrophoresis in Leptothorax classification. En: Chemistry and Biology of Social Insects. J. Eder; H. Rembold. eds. Munich, Peperny, p. 29-30. - 1990. 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