Análisis mediante vídeo de la red social de las hormigas

Las hormigas viven en sociedades en las que el trabajo se divide entre diferentes grupos de obreras. ¿Cómo se comunican y reparten el trabajo entre sí? Se publica en Science un estudio mediante vídeo del comportamiento individual de las hormigas de 6 colonias durante 41 días que ha permitido identificar tres grupos distintos de obreras (enfermeras, limpiadoras y recolectoras) que se diferencian en su conducta y en cómo interaccionan entre sí y con las demás. La red social en la colonia de hormigas Camponotus fellah está controlada por la edad (las hormigas empiezan siendo enfermeras, pasan a limpiadoras y acaban siendo recolectoras) y por la localización espacial de las obreras en el hormiguero. En este sentido, la red social de las hormigas es similar a la de las abejas. El artículo técnico es Danielle P. Mersch, Alessandro Crespi, Laurent Keller, “Tracking Individuals Shows Spatial Fidelity Is a Key Regulator of Ant Social Organization,” Science, AOP Apr 18, 2013 [Science DOI]. Ver también Elizabeth Pennisi, “The Private Lives of Ants,” News Focus, Science 340: 270, 19 Apr 2013.

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Los asombrosos ojos de las hormigas toro australianas (género Myrmecia)

Animales similares pueden compartir el mismo nicho sin competir entre sí cuando las adaptaciones fisiológicas les permiten acceder a dicho nicho en momentos diferentes del día. Los ojos de las hormigas toro australianas del género Myrmecia reflejan si sus hábitos son diurnos, crepusculares o nocturnos. Hormigas de tamaño similar, como M. tarsataM. nigricepsM. pyriformis, tienen una sensibilidad óptica (de 0,5 a 1,6 µm²sr), un número de facetas por ojo (de 2724 a 3593), un diámetro de sus fotorreceptores (de 2,9 a 5,9 µm) y un diámetro de la lente de cada faceta (de 18 a 30 µm) que crece en función de la hora pico a la que recolectan alimento fuera del nido (ver la figura que abre esta entrada y la tabla de más abajo). Estas hormigas han evolucionado para evitar su competencia mutua gracias a una especiación simpátrica segregando su actividad en el tiempo. Nos lo cuentan Birgit Greiner, Ajay Narendra, Samuel F. Reid, Marie Dacke, Willi A. Ribi and Jochen Zeil, “Eye structure correlates with distinct foraging bout timing in primitive ants,” Current Biology 17: R879-R880, 2007.

El ojo compuesto de los insectos presenta facetas (en las hormigas Myrmecia son miles de facetas), cada una de las cuales representa un omatidio u ojo en miniatura. Cada omatidio consta de un cristalino, una lente para enfocar la luz a través de un cono tansparente, que la concentra en un órgano llamado rabdoma, que está constituido por varias células receptoras (conos). La luz recogida por el rabdoma transmite una señal al cerebro del insecto a través de un nervio óptico. En 1894, A. Mallock propuso que la distribución angular de los omatidios podría calcularse a partir de los límites impuestos por la difracción, por lo que la distribución angular de lentes adyacentes (ΔΦ) no tiene que tener más de dos veces el espacio (Δθ) del dibujo más preciso que cada uno pueda resolver, es decir, el límite de Nyquist según el teorema del muestreo de Whittaker-Shannon. Los estudios experimentales confirman dicha teoría, como nos cuenta G. Adrián Horridge, “El ojo compuesto de los insectos,” Investigacion y Ciencia 12, Sept. 1977 [copia gratis ] (gracias Jesús Espí @Entomoblog por esta referencia).

He tratado de buscar información comparativa entre los ojos de las hormigas Myrmecia pyriformisMyrmecia gulosaNothomyrmecia macrops, sin éxito. Se trata de hormigas primitivas de gran tamaño (las obreras más grandes pueden alcanzar los 3 cm), de costumbres solitarias y muy agresivas. Son muy conocidas en Australia porque sus picaduras (que inyectan ácido fórmico) son muy dolorosas y muy peligrosas para los alérgicos (en Tasmania parece que hay muchos) pudiendo llegar a provocar la muerte.

Los pigmentos visuales fotosensibles de las células de la retina son unas proteínas llamadas opsinas, cuyo centro activo se llama cromóforo; las opsinas forman parte de la familia de receptores acoplados a las proteínas G, objeto del Premio Nobel de Química 2012, y como todas ellas tienen 7 dominios transmembrana. La mayoría de las hormigas tienen opsinas sensibles a la luz en dos bandas de frecuencia, una de onda corta (violeta-azul) y otra de onda larga (verde-amarillo); por ejemplo, las Myrmecia gulosa tienen picos de sensibilidad a los 412 nm, azul, y a los 540 nm, verde (Edmund Lieke, “Graded and discrete receptor potentials in the compound eye of the Australian Bulldog-ant (Myrmecia gulosa),” Biological Cybernetics 40: 151-156, 1981). Los cromóforos en las opsinas de la retina de los insectos son de dos tipos, llamados A1 y A3, aunque las hormigas “primitivas” solo utilizan los A1 (Adriana D. Briscoe, Lars Chittka, “The evolution of color vision in insects,” Annu. Rev. Entomol. 46: 471-510, 2001 [copia gratis]). Una diferencia entre las hormigas y otros himenópteros (hormigas, abejorros, abejas y avispas, entre otros insectos) es la ausencia de fotoreceptores sensibles al ultravioleta (UV).

Me interesaba recabar información sobre los ojos de la Nothomyrmecia macrops, considerada un fósil viviente (filogenia del género Myrmecia); descrita por Clark en 1934, fue redescubierta en 1977 (publicado en Science en 1978). Me han dicho, quizás exagerando, que eran capaces de ver a varios metros de distancia (más de 4 metros), pero no he encontrado información fiable al respecto en la web (la mayoría de las fuentes citan un alcance entre 1 y 2 metros para las Myrmecia, pero no mencionan las Nothomyrmecia). ¿Por qué me interesa este tema? Porque no puedo comprender cómo una hormiga puede ser capaz de ver a distancias de unos 4 metros sin que sus omatidios utilicen una microestructura de tipo cristal fotónico que actúe como una superlente (más allá del límite de difracción). Aunque quizás su secreto sea algo tan simple como unos fotorreceptores enormes en el rabdoma.

Fabrican hormigas supersoldado reactivando rasgos “dormidos” mediante un tratamiento hormonal

La re-evolución es una técnica de ingeniería genética que rescata rasgos (fenotípicos) perdidos durante la evolución genética de una especie; lo más fácil es rescatar rasgos ancestrales que aún se mantienen en especies del mismo género. Las hormigas Pheidole morrisi tienen tres fenotipos diferentes: obreras, soldados y reina; sin embargo hay hormigas del género Pheidole (que contiene 1100 especies) que presentan un cuarto fenotipo, los supersoldados. Ehad Abouheif (Universidad McGill, Quebec, Canadá) y sus colegas han aplicado un tratamiento hormonal a hormigas P. morrisi que ha permitido crear en laboratorio supersoldados a partir de soldados. El tratamiento hormonal con feromonas se ha aplicado durante el desarrollo de las larvas. Mediante un tratamiento en tres etapas, como ilustra la figura de arriba, los investigadores son capaces de inducir en una larva el fenotipo de reina o el de obrera, luego diferenciar entre el fenotipo de obrera obrera y obrera soldado, y finalmente diferenciar entre obreras soldado y obreras supersoldado. Esta última transición corresponde a un rasgo “dormido” en la especie P. morrisi, que ha sido despertado gracias al tratamiento hormonal que debe ser aplicado en el momento adecuado. El análisis filogenético indica que la diferenciación entre soldados y supersoldados era una característica común de un ancestro del género Pheidolede hace entre 35 y 60 millones de años; algunas especies de este género han conservado este rasgo ancestral, pero la mayoría lo han perdido. Lo sorprendente del nuevo trabajo es que un tratamiento hormonal controlado permita recuperarlo. La gran pregunta que uno se hace es si será posible hacer lo mismo con muchos rasgos dormidos en otros insectos y si será posible hacerlo en otros artrópodos de interés industrial. El artículo técnico es Rajendhran Rajakumar et al., “Ancestral Developmental Potential Facilitates Parallel Evolution in Ants,” Science 335: 79-82, 6 January 2012. Me gustaría leer lo que tienen que decir sobre este tema en Entomoblog, que ya se hicieron eco en Twitter (@entomoblog) del artículo de Wynne Parry, “Scientists Make Supersoldier Ants,” LiveScience, 05 January 2012.

La figura de arriba muestra los tres fenotipos normales de las hormigas P. morrisi (solo tienen alas las reinas) y la de abajo parte del árbol filogenético del género Pheidole.