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Confirmado: las hormigas producen leche

Durante más de un siglo, las colonias de hormigas han sido objeto de interminables investigaciones y fascinación. El grado de colaboración de las hormigas como unidad ha llevado a algunos científicos a considerarlas un superorganismo.

Pero a pesar de toda la atención prestada a las frenéticas actividades de las hormigas, los investigadores rara vez se han centrado en la fase de pupa de las hormigas, durante la cual se transforman de larvas en hormigas adultas.

“No se mueven, no comen, no hacen nada que resulte obvio en medio de todo el ajetreo de la colonia”, dice Daniel Kronauer, de la Universidad Rockefeller de Nueva York (Estados Unidos), que es mirmecólogo, término que designa a los científicos que estudian las hormigas.

En un nuevo artículo publicado esta semana en Nature, Kronauer y sus colegas informan de que las pupas de las hormigas, a menudo ignoradas, prestan un servicio crucial a la colonia: sus cuerpos en desarrollo producen una sustancia similar a la leche que proporciona importantes nutrientes al resto de la colonia. Y no sólo en una especie, sino en al menos una especie de cada una de las cinco principales subfamilias de hormigas. 

Este descubrimiento tan amplio sugiere que las excreciones lechosas pueden ser comunes en muchas más especies de hormigas, dice Kronauer, y que pueden haberse originado en una etapa temprana de la evolución de todas las hormigas. 

“Me sorprendió”, dice Susanne Foitzik, de la Universidad de Maguncia (Alemania), que no participó en el estudio, “porque no había visto esto antes, a pesar de haber observado hormigas durante tres décadas. Tengo mucha curiosidad y empezaré mis propias observaciones lo antes posible”.

Ahogarse en la leche

El intrigante líquido fue descubierto por Orli Snir, una becaria postdoctoral que no había trabajado con hormigas antes de unirse al laboratorio de Kronauer. Con ojos nuevos, se dio cuenta rápidamente de comportamientos que no parecían tener explicación en la literatura científica existente.

“La gente ha estudiado a las hormigas durante 100 años”, recuerda Kronauer, “así que ¿de qué está hablando [Snir]?”.

Pero estuvo de acuerdo cuando Snir propuso un experimento inusual. En lugar de intentar dar sentido a la actividad combinada dentro de la colonia, donde las pupas y las larvas se acicalan constantemente, se mueven de un lado a otro o incluso se amontonan, decidió observar las pupas de forma aislada. Le costó tiempo averiguar cómo mantenerlas vivas, pero finalmente encontró la temperatura y el nivel de humedad adecuados. Entonces ocurrió algo realmente extraño: las pupas producían un líquido, y mucho.

Tanto, de hecho, que muchas se ahogaban en él, dice Snir, al menos si no morían antes por una infección fúngica. ¿Era un fenómeno anormal debido al aislamiento de las pupas de la colonia, o algo totalmente normal que había pasado desapercibido hasta ahora? Para averiguarlo, Snir inyectó colorante alimentario azul en la abertura de la que salía el líquido y volvió a colocar las pupas azuladas en la colonia. 

Pronto observó que las hormigas adultas extraían el líquido de las pupas y se lo tragaban, como revelaba el color azul que se extendía por sus intestinos. Además, a menudo depositaban larvas jóvenes sobre las pupas, que también se alimentaban del líquido; éstas también se volvían azules.

Una especie de pegamento social

El hallazgo ha sorprendido y alegrado a la comunidad mundial de mirmecólogos.

“Se trata de un estudio muy sólido y bien diseñado”, afirma el mirmecólogo Laurent Keller, de la Universidad de Lausana (Suiza), que está de acuerdo en que el fenómeno puede ser bastante común.

Bert Hölldobler, de la Universidad Estatal de Arizona (Estados Unidos), que estudia las hormigas desde la década de 1960, dice que una vez sospechó que podría haber algo en las pupas que atrae a los adultos.

“Nunca volví a retomar este tema”, dice; “aunque permaneció en mi mente. Estoy absolutamente encantado de que estos investigadores lo hayan hecho”.

Un análisis químico del líquido reveló que, además de otros productos de desecho de la metamorfosis, contiene todos los aminoácidos esenciales, así como múltiples carbohidratos y algunas vitaminas. Las pupas de otras especies de insectos tienden a reabsorber y reciclar estos líquidos nutritivos, dice Kronauer.

El intercambio de nutrientes entre las diferentes etapas de la vida de las hormigas puede ser la causa del estilo de vida intensamente social que estos insectos han desarrollado durante millones de años, sugieren Kronauer y Snir. “Esto hace que las hormigas en diferentes etapas de la vida dependan unas de otras”, dice Kronauer. “Es una especie de pegamento social que las mantiene unidas”.

Adria Le Boeuf, mirmecóloga de la Universidad de Friburgo (Suiza) que estudia el intercambio de sustancias nutritivas entre las larvas y los adultos de las hormigas, está de acuerdo. Añade que pueden haber allanado el camino a los comportamientos más complejos que ella investiga. “Este fluido puede haber contribuido a la evolución del cuidado cooperativo de las crías [de las hormigas], ya que incentivaba a los adultos a cuidarlas. Y una vez que las hormigas empezaron a beberlo, eso puede haber sentado las bases para la transferencia de otras cosas”.

¿Son unos pocos sorbos de líquido de las pupas realmente la raíz de la creciente economía de intercambio de las hormigas? Es probable que las futuras investigaciones profundicen en los descubrimientos de uno de los grupos de insectos más estudiados del planeta y aún muy misteriosos.

Así se convierte una hormiga obrera en reina

“Los cerebros de los animales son plásticos; es decir, pueden cambiar su estructura y función en respuesta a su medio ambiente”, explica Roberto Bonasio, experto en biología celular y del desarrollo en la Facultad de Medicina de la Universidad Perelman de Pensilvania.

Bonasio es autor de un artículo que bajo el título Kr-h1 maintains distinct caste-specific neurotranscriptomes in response to socially regulated hormonesse publica esta semana en la revista Cell, y en el que se informa del descubrimiento de una proteína llamada Kr-h1 (homólogo 1 de Krüppel) responsable de una compleja transición social en la que las hormigas de la especie Harpegnathos saltator pueden pasar de ser simples obreras a un estado de reina conocido como “gamergate”. Una gamergate es una hormiga obrera que se desarrollará como hembra y que puede reproducirse sexualmente, es decir, poner huevos fertilizados.

“Este proceso es crucial para la supervivencia de estas colonias de hormigas, pero hasta el momento los mecanismos moleculares que lo controlaban se desconocían completamente”, continúa Bonasio. “De hecho, este tipo de cambios también tienen lugar en los seres humanos; piense en los cambios de comportamiento que tienen lugar durante la adolescencia. Lo que ahora hemos determinado es que en las hormigas de la especie Harpegnathos saltator una proteína llamada Kr-h1 es la encargada de frenar la plasticidad del cerebro al prevenir la activación genética inapropiada”.

Hormigas, hormonas, jerarquías y castas sociales

Bonasio y sus colegas querían comprender cómo la activación o desactivación de ciertos genes afecta a la función y el comportamiento del cerebro animal, algo para lo que los adultos de Harpegnathos se mostraban como candidatos idóneos de estudio, ya que pueden pasar de ser obreras a hormigas reinas. En una comunidad de hormigas, las obreras mantienen la colonia encontrando comida y luchando contra los invasores, mientras que la tarea principal de la reina es poner huevos. Sin embargo, las instrucciones genéticas que dan lugar a estos roles y comportamientos sociales tan diferentes son las mismas en ambos casos.

Para averiguar las alteraciones moleculares subyacentes a este cambio de rol, el equipo de investigación, dirigido por los coautores del estudio Janko GospocicKarl Glastad, desarrolló un método para aislar las neuronas de las hormigas y mantenerlas vivas en el laboratorio. Esto permitió al equipo explorar cómo respondían las células a los cambios en su entorno, incluidos los niveles hormonales.

Entre los resultados de los experimentos, los autores encontraron que concretamente dos hormonas, la hormona juvenil y la ecdisona, presentes en diferentes niveles en los cuerpos tanto de las obreras como de las gamergates, produjeron patrones distintos de activación genética en los cerebros de las dos castas. Sin embargo, la mayor sorpresa de todas fue que ambas hormonas influyeron en las células activando una sola proteína, Kr-h1.

“Esta proteína regula diferentes genes en las obreras y las gamergates y evita que las hormigas realicen comportamientos ‘socialmente inapropiados'”, comenta Berger. “Es decir, se requiere que Kr-h1 mantenga los límites entre las castas sociales y para garantizar que las obreras continúen trabajando mientras las gamergates continúan actuando como reinas”.

“No habíamos anticipado que la misma proteína podría silenciar diferentes genes en los cerebros de diferentes castas y, como consecuencia, suprimir el comportamiento antagónico en obreras y gamergates, especifica Bonasio por su parte. “Pensamos que estos roles se asignarían en base a dos o más factores diferentes, cada uno de ellos solo presente en uno u otro cerebro, sin embargo, Kr-h1 es el único factor implicado”, añade.

El Dr.Jekyll el Señor Hide y los genes

Los hallazgos revelan roles importantes para las hormonas reguladas socialmente en las hormigas y la implicación de la genética en la capacidad de los cerebros de los animales para cambiar de casta social. “El mensaje clave es que, al menos en las hormigas, múltiples patrones de comportamiento se especifican simultáneamente en el genoma y que la regulación genética puede tener un gran impacto en qué comportamiento lleva a cabo ese organismo”, explica Berger. “En otras palabras, las partes tanto del Doctor Jekyll como del Señor Hyde ya están escritas en el genoma; todos pueden desempeñar cualquiera de los dos roles, dependiendo de qué interruptores genéticos estén activados o desactivados”.

Los investigadores creen que las implicaciones de su estudio pueden ir mucho más allá de la comprensión de la plasticidad del comportamiento en hormigas y otros insectos. “Es tentador especular que las proteínas relacionadas podrían tener funciones comparables en cerebros más complejos, incluido el nuestro”, aventura Bonasio. “El descubrimiento de estas proteínas podría permitirnos algún día restaurar la plasticidad de los cerebros que la han perdido, por ejemplo, cerebros envejecidos”.

El descubrimiento de que un solo factor puede suprimir diferentes conjuntos de genes y comportamientos en diferentes cerebros plantea preguntas importantes sobre cómo se podría regular la función dual de esta proteína y otras similares. En estudios futuros, los investigadores planean indagar en el papel de Kr-h1 en otros organismos, y expresan que también les gustaría explorar cómo el medio ambiente impacta en la regulación genética a nivel epigenético, a través de la presencia o ausencia de ciertas marcas químicas en el ADN, y cómo esto, a su vez, afecta la plasticidad y el comportamiento del cerebro.

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