¿Puede un ambicioso esfuerzo de reproducción salvar los fresnos de América del Norte?

n una mañana de agosto entre semana, solo una camioneta estaba en el extenso estacionamiento para visitantes aquí en el Laboratorio de Ciencias Forestales del Departamento de Agricultura de los Estados Unidos (USDA). Un declive de décadas en la financiación de la investigación había ido calmando lentamente el lugar, y luego vino la pandemia.

Pero en una estrecha franja de césped detrás de un edificio hogareño de la década de 1960, la genetista forestal Jennifer Koch supervisaba una colmena de actividad. Un equipo de siete técnicos, investigadores y estudiantes, cada uno enmascarado y bajo su propia carpa emergente azul, diseccionaba sistemáticamente fresnos de 3 metros de altura en una extraña especie de línea de desmontaje arbóreo. Durante 5 semanas, los investigadores desarmaron unos 400 árboles jóvenes, pelando la madera capa por capa en busca de larvas parecidas a gusanos del barrenador esmeralda del fresno ( Agrilus planipennis ), el insecto más devastador que jamás haya golpeado un árbol norteamericano. Desde que el escarabajo asiático fue descubierto por primera vez en Michigan en 2002, ha matado a cientos de millones de fresnos en la mitad del continente y ha causado daños por decenas de miles de millones de dólares.

"Tenemos concursos para determinar quién puede extraer con éxito las larvas más pequeñas y las larvas más grandes", dice Koch. “La gente se emociona mucho y es competitiva al respecto. Tienes que hacer algo, porque es muy tedioso y [las larvas] son ??realmente asquerosas ".

Las larvas matan los fresnos excavando en ellos para alimentarse de la corteza y, fatalmente, de los delgados tejidos en forma de tubería que transportan agua y nutrientes. Luego se transforman en escarabajos verdes iridiscentes del tamaño de un grano de arroz que vuelan para atacar a otros árboles. Las larvas muertas son las que más emocionan a Koch y su equipo. Esos hallazgos señalan árboles que, gracias a la suerte genética, pueden matar a los barrenadores esmeralda del fresno, en lugar de al revés. Estos árboles raros y resistentes podrían, en última instancia, ayudar a Koch a lograr su ambicioso objetivo: utilizar técnicas probadas de reproducción de plantas para crear variedades de fresno que puedan defenderse del barrenador y recuperar su lugar histórico en los bosques de América del Norte.

Koch se centra principalmente en la ceniza verde, una de al menos 16 especies de cenizas nativas en América del Norte. “Si no intervenimos, es muy probable que la ceniza verde se extinga”, dice. Pero también está intensificando el trabajo en otras especies de fresno; ninguno está a salvo del barrenador. Y, en última instancia, espera ampliar su enfoque a otros árboles abatidos por una plaga extranjera, en un intento por revertir el vaciado biológico de los bosques que se puso en marcha por el intercambio transcontinental de especies.

Desde que apareció una plaga devastadora por hongos en el zoológico del Bronx en 1904 y mató al menos a 3.000 millones de castaños, los bosques de América del Norte han sido arrasados ??por una plaga tras otra, incluido un hongo que mata los olmos y un insecto parecido a un pulgón que mata a los abetos. . Ningún árbol ha vuelto, pero Koch espera que su enfoque pueda marcar el comienzo de una era sin precedentes de resurgimiento de árboles. “No creemos que tengamos que perder ninguna especie de árbol de América del Norte a causa de plagas y enfermedades invasoras”, dice la genetista de plantas Jeanne Romero-Severson de la Universidad de Notre Dame, una de las colaboradoras de Koch.

No todos los investigadores comparten esa fe en la mejora genética de árboles. Muchos investigadores creen que identificar y liberar a los enemigos naturales del barrenador del fresno, un método llamado control biológico, podría ayudar a que se produzca la formación de cenizas antes. Y algunos se preguntan si, incluso si surge una mejor ceniza, los árboles podrán abrirse camino de regreso a ecosistemas profundamente remodelados. "No es como si tuviéramos un fresno resistente, todo va a ser perfecto", dice Deborah McCullough, entomóloga forestal de la Universidad Estatal de Michigan.

Koch, sin embargo, está seguro de que los genes que acechan entre los miles de millones de fresnos que crecen en todo el continente pueden salvar a la especie. "La variación genética", dice, "es un mecanismo de supervivencia muy poderoso". 

La búsqueda de Koch tiene su origen  en un lugar humilde: los estacionamientos alrededor de Detroit. Ahí es donde, hace casi dos décadas, los expertos se reunieron para examinar fresnos que habían muerto repentinamente. “Era bastante obvio de inmediato que esto no era algo que nadie hubiera visto antes”, recuerda McCullough, quien cortó algunos de esos árboles para estudiarlos. "Simplemente no tenemos insectos nativos que hagan ese tipo de cosas".

Finalmente, Eduard Jendek, un entomólogo de Bratislava, Eslovaquia, identificó al culpable como el barrenador esmeralda del fresno, que había pasado casi desapercibido en su tierra natal del este de Asia. Pero la llegada del insecto a América del Norte hizo saltar las alarmas. El fresno es un género clave de árboles de madera dura templada. Los individuos se elevan a 35 metros y las especies anclan ecosistemas críticos: ceniza negra en humedales húmedos del norte, ceniza verde a lo largo de los arroyos del medio oeste, ceniza azul en las sabanas abiertas de Kentucky, ceniza blanca en los densos bosques montañosos de los Apalaches y media docena de especies en el Sur oeste. Resistente y tolerante al estrés, la ceniza también se sembró intensamente en las ciudades.

Los científicos pronto descubrieron que los barrenadores adultos se alimentan de hojas de fresno y ponen huevos en la corteza de fresno. Las larvas que excavan y se alimentan eventualmente rodean los árboles, matándolos. Los árboles norteamericanos, separados de sus primos asiáticos por un océano y millones de años de evolución, nunca habían estado expuestos al barrenador y carecían de sustancias químicas para detectarlo o vencerlo. “Es como si ni siquiera supieran que algo está perforando su sistema vascular y los está matando”, dice Romero-Severson.

Michigan y el USDA impusieron cuarentenas a los fresnos en movimiento en un intento por contener la plaga. Pero el escarabajo, un ágil volador experto en olfatear fresnos, se deslizó con facilidad; ahora ha llegado a 35 estados y Washington, DC (ver mapa a continuación). Muchas calles de las ciudades del Medio Oeste se convirtieron en distopías desnudas de árboles muertos. Algunos expertos predijeron que el barrenador podría causar la extinción de especies de fresno en América del Norte y comenzaron a organizar una respuesta.

Un escarabajo en marcha

Desde que se descubrió el barrenador esmeralda del fresno (EAB) en Michigan en 2002, se ha extendido ampliamente a áreas donde crecen fresnos.

Koch, que había llegado al laboratorio del USDA en la década de 1990 como estudiante de posgrado y se quedó como científico de planta, estaba intrigado. Sociable e impaciente con el pensamiento dogmático, Koch está más motivado resolviendo problemas del mundo real que realizando una investigación básica sobre organismos modelo. En la escuela de posgrado, estudió la genética de la resistencia a la contaminación del aire en los álamos, pero luego pasó a tratar de generar resistencia a una enfermedad debilitante de la corteza de los árboles de haya de hace un siglo causada por una combinación de hongos e insectos.

En 2003, Koch asistió a una de las primeras reuniones sobre la plaga del bosque del día: el barrenador esmeralda del fresno. Durante la discusión, se preguntó en voz alta si algunos árboles podrían albergar una resistencia natural al escarabajo. “Todo el mundo me miraba como si estuviera loca”, recuerda. “En aquel entonces, el gran titular era: Despídete de tu ceniza. La gente simplemente no creía que pudiera haber resistencia dentro de las especies nativas ".

Pero Koch insistió. En las ciudades, donde surgió por primera vez la plaga, los árboles tienden a carecer de diversidad, razonó; Los silvicultores urbanos tienden a plantar variedades genéticamente similares ampliamente, lo que hace que los árboles de la calle sean especialmente vulnerables a las plagas invasoras. Los árboles que crecen en los bosques, por el contrario, han tenido millones de años para mutar y mezclar genes en innumerables combinaciones.

Koch se dio cuenta de que el primer paso era estudiar la diversidad genética antes de que el barrenador la eliminara. A partir de 2005, la ecologista Kathleen Knight del Servicio Forestal de EE. UU. Y Koch establecieron 150 parcelas de estudio en bosques infestados en Ohio, y luego las revisaron repetidamente, rastreando cómo les fue a los fresnos en las parcelas. Al principio fue “un poco aburrido”, dice Knight, porque casi todos los fresnos simplemente murieron. Pero con el tiempo, descubrió que aproximadamente uno de cada 1000 fresnos verdes y blancos, la especie más común en Ohio, producían oleadas de hojas nuevas incluso después de que los barrenadores hubieran matado a los árboles vecinos. A partir de 2008, Knight, Koch y otros cortaron ramas de los árboles más grandes y saludables, a los que denominaron “cenizas persistentes”, y las injertaron en las raíces de árboles sanos. "Tratamos de buscar lo mejor de lo mejor", dice Knight.

Luego, los investigadores desarrollaron una forma de probar la resistencia en condiciones controladas. A partir de finales de la primavera, el equipo de Koch recibe filtros de café que contienen miles de huevos del barrenador del fresno criados por la entomóloga del Servicio Forestal Therese Poland en Lansing, Michigan. Los investigadores colocan 12 huevos en cada tallo de cientos de árboles jóvenes de fresno cultivados a partir de esquejes. Ocho semanas después, diseccionan los árboles y trazan el destino de cada barrenador eclosionado.

David Carey, técnico del equipo de Koch, estaba realizando esa tarea en agosto. Sentado debajo de su tienda, cortó ramas verdes de un árbol joven y las guardó para futuros injertos en otros árboles, en caso de que el árbol joven demostrara resistencia. Luego afeitó hábilmente la fina corteza del tronco, para exponer evidencia de alimentación: "galerías" o túneles sinuosos perforados por las larvas que se asemejan a los garabatos de un niño de jardín de infantes.

Las larvas del barrenador esmeralda del fresno, un escarabajo introducido, han matado a millones de fresnos en América del Norte al excavar un túnel debajo de su corteza

Pronto, Carey encontró una pequeña cabeza amarilla asomando, el cuerpo de la larva todavía encerrado en el árbol. Sacó la larva con pinzas, la colocó en una bandeja de plástico con una pila cada vez mayor de sus compatriotas y catalogó su tamaño y ubicación. El hecho de que el árbol no matara a esta larva fue un golpe contra su futuro en el programa de reproducción. Carey bajó unos centímetros por el tronco del árbol y comenzó una nueva disección.

En 2015, el equipo de Koch publicó su primer artículo importante sobre la ceniza, informando que los fresnos verdes persistentes mataron significativamente más larvas que los árboles de control. Eso, dice, convenció a muchos que dudaban de que los árboles nunca expuestos a un insecto introducido pudieran resistirlo. Pero incluso los árboles persistentes no mataron suficientes larvas para salvarse, encontraron los investigadores; todavía murieron, solo que más lentamente. Entonces, en 2010, Koch comenzó a cruzar sus árboles más resistentes, la misma técnica básica utilizada por los fitomejoradores durante 10,000 años para producir granos más grandes, frutas más dulces e innumerables otras características deseadas. En esencia, bromeó uno de los colegas de Koch, crearon “TreeHarmony”, un servicio de emparejamiento para árboles duraderos. “Estamos impulsando a la madre naturaleza al juntar estos árboles”, dice Koch.

Esta reproducción tradicional es una herramienta más contundente que las técnicas de ingeniería genética más modernas que pueden transferir o alterar genes individuales con precisión. Pero rasgos como la resistencia a los insectos suelen estar controlados por muchos genes, no uno, y en el caso de los fresnos, los investigadores no saben qué genes son importantes. Algunos pueden codificar productos químicos que matan a las larvas que se alimentan o hacen que la madera sea menos digerible; otros pueden hacer que las hojas sean menos detectables o apetecibles para los adultos. Varias generaciones de reproducción y selección permitirán que estos genes se acumulen con el tiempo, proporcionando una defensa cada vez más fuerte, espera Koch.

Los esfuerzos han dado algunos frutos. La descendencia de alto rendimiento de dos fresnos persistentes mata hasta cuatro veces más larvas que sus padres, encontraron Koch y sus colegas. “Nuestro mejor árbol hasta ahora fue 11 de las 11” larvas muertas, dice Koch; el duodécimo huevo no eclosionó. Ahora, planea usar a esos de alto rendimiento para engendrar una generación aún más resistente. Si esos árboles matan constantemente del 80% al 90% de las larvas que los atacan en las pruebas de campo, Koch dice que pueden comenzar los esfuerzos de restauración. Ella espera que las plantaciones de restauración puedan comenzar en unos 10 años.

Tal línea de tiempo sería rápida para los estándares de reproducción de árboles, pero algunos temen que sea demasiado lento para salvar las cenizas. Los sitios anteriormente dominados por cenizas ahora albergan otros árboles, pastos o plantas invasoras. Entonces, para restaurar las cenizas, los recién llegados primero tendrían que ser eliminados, un proceso potencialmente costoso y que requiere mucha mano de obra, dice McCullough. "La naturaleza no se limita a sentarse ahí y esperar a que vengas a plantar un árbol".

Las larvas del barrenador esmeralda del fresno mastican los árboles, donde pasan el invierno debajo de la corteza antes de convertirse en crisálidas en la primavera

McCullough y otros son más optimistas en cuanto a salvar árboles existentes a través del control biológico: identificar, criar y liberar insectos u otras especies que matan plagas no deseadas. El concepto tiene una larga historia de éxito en paisajes gestionados, como campos agrícolas y huertos. Pero su historial en bosques naturales es menos excelente. Por ejemplo, los investigadores de biocontrol han pasado más de 3 décadas buscando y criando depredadores para frenar al adelgido lanudo de cicuta, que mata los árboles de cicuta del este y de Carolina; han progresado, pero aún están  lejos de declarar la victoria .

Los investigadores de Biocontrol dicen que el barrenador del fresno podría ser más fácil de derrotar. En el área de distribución del insecto en Asia, los investigadores han encontrado tres especies de avispas diminutas que ponen huevos dentro de las larvas del barrenador del fresno y una avispa del tamaño de un grano de arena que parasita los huevos del barrenador. Los parasitoides a menudo han demostrado ser agentes de control biológico más exitosos que los depredadores, como los que podrían domesticar al adelgido lanudo, porque es más probable que los parasitoides se dirijan a una sola especie, causando menos daños colaterales.

En los últimos años, los investigadores han liberado avispas en bosques de 30 estados donde está presente el barrenador esmeralda del fresno. Los estudios de seguimiento han demostrado que las avispas pueden encontrar escarabajos, parasitarlos y reproducirse; en algunos árboles, hasta el 80% de las larvas del barrenador del fresno tienen avispas viviendo en su interior. "Hay una gran cantidad de datos que sugieren que es prometedor", dice Polonia, quien dirige el esfuerzo de investigación del Servicio Forestal.

El biocontrol es ahora la “piedra angular” de los esfuerzos anti-barrenadores liderados por el Servicio de Inspección de Sanidad Animal y Vegetal (APHIS), la agencia principal del USDA para combatir las plagas de las plantas. Hasta finales de 2019, APHIS había invertido $ 13,2 millones en investigación de control biológico del barrenador esmeralda del fresno, frente a $ 2,4 millones en árboles resistentes a la reproducción. Si bien la reproducción podría dar sus frutos con el tiempo, es posible que el control biológico ya esté protegiendo a los fresnos que vuelven a crecer en algunos lugares, dice Scott Pfister, director de la división de manejo de plagas del APHIS. "Tendemos a tratar de trabajar hacia soluciones a corto plazo", dice. "La cría para la resistencia es un esfuerzo de investigación a largo plazo".

Pero el control biológico se enfrenta a sus propias limitaciones: tiene que haber suficientes barrenadores en un área para sostener las poblaciones de avispas. Para cuando los barrenadores hayan alcanzado tales densidades, es probable que ya hayan matado a casi todos los fresnos grandes, dicen los expertos.

“A veces hay una sobreexuberancia hacia la eficacia del control biológico”, dice Koch, quien siente que ha tenido que cumplir con un listón más alto para que su investigación de reproducción sea financiada. Aún así, espera que las avispas tengan éxito. Los parasitoides eficaces podrían complementar sus esfuerzos de reproducción, dice, al reducir el número de barrenadores del fresno lo suficiente como para dar a los árboles parcialmente resistentes mejores probabilidades de sobrevivir hasta la edad reproductiva. Eso es lo que sucede en Asia, señala Koch, donde los genes y los enemigos del barrenador del fresno conspiran para proteger a los árboles. El objetivo final, dice, es "imitar lo que sucede en la naturaleza".

 A Koch le preocupa que sus patrocinadores, principalmente el USDA, pierdan la paciencia con sus esfuerzos de reproducción. Por eso se ha embarcado en varios esfuerzos para acelerar el proceso. En uno, está probando si las plántulas de fresno cultivadas en contenedores bajo luz artificial y tratadas con hormonas producen semillas en menos de los 3 a 4 años normales. Otro busca identificar los compuestos específicos que utilizan los fresnos resistentes para combatir al barrenador. Robert Stanley, un estudiante de posgrado del grupo de Romero-Severson, muele muestras de árboles jóvenes disecados y analiza los productos químicos en la madera. Ésta no es una tarea trivial; El fresno, como otros árboles, es una fábrica química sofisticada que produce cientos de compuestos con estructuras y funciones desconocidas para la ciencia. "Las plantas son genios químicos", dice Stanley.

La mayoría de estos compuestos probablemente no brinden defensa contra los barrenadores del fresno. Pero un puñado aparece de manera desproporcionada en los árboles que matan a la mayoría de las larvas de barrenadores, ha descubierto Stanley. Y si dichos compuestos predicen de manera confiable una supervivencia más prolongada en el bosque, podrían allanar el camino para realizar pruebas rápidas de los árboles silvestres para determinar la resistencia al barrenador, lo que podría acelerar los esfuerzos de reproducción, dice Koch. "Esperamos de alguna manera poder probar rápidamente un árbol y decir, Está bien, ese es un perro".

A pesar del progreso que ha logrado, Koch dice que a veces "se siente como si el peso del mundo estuviera sobre nosotros". El suyo sigue siendo el único esfuerzo con sede en EE. UU. Para revivir los fresnos mediante la reproducción. (Los criadores en el Reino Unido están buscando resistencia genética a un hongo que ataca a los fresnos allí). Pero está empezando a reclutar ayuda mediante la construcción de una red de organizaciones gubernamentales y sin fines de lucro para cultivar y plantar fresnos resistentes. La colaboración, que incluye a la organización conservacionista American Forests; el Holden Arboretum en Kirtland, Ohio; y Fender Musical Instruments, que durante mucho tiempo ha utilizado madera de fresno para guitarras, tiene planes de establecer un vivero de fresnos en Detroit. Se suponía que algunos de los árboles de Koch ya estaban creciendo allí, pero el envío se retrasó por la pandemia y ahora está previsto para la primavera.

La cría de cenizas puede ser solo el comienzo. Koch cree que su enfoque podría salvar a otros árboles de América del Norte que enfrentan amenazas introducidas. Investigadores de la Universidad de Rhode Island y la Universidad Estatal de Carolina del Norte, por ejemplo, han cultivado árboles de cicuta persistentes que pueden resistir a los adelgidos; Koch espera comenzar a criar a los mejores. También le gustaría criar hayas que puedan vencer la enfermedad de la corteza y eventualmente agregar butternut, que está amenazado por un hongo, así como olmos y castaños. Y sabe que llegarán nuevas enfermedades e insectos. “Mi objetivo”, dice Koch, “es que cuando me jubile, deje atrás todas las herramientas” que otros puedan necesitar para enfrentar las nuevas amenazas a los árboles nativos.

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