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.

¿Pueden volar los mosquitos bajo la lluvia?

Verlo para creerlo. La mejor manera de contestar a esta pregunta es verlo en vídeos grabados con una cámara de alta velocidad. Los mosquitos y muchos otros insectos voladores tienen que luchar contra las colisiones de las gotas de agua cuando vuelan bajo la lluvia. En cada golpe contra una gota de agua los mosquitos sufren aceleraciones entre 30 g y 300 g (donde g es la aceleración de la gravedad), aunque solo durante un milisegundo. Aún así, son capaces de maniobrar y continuar volando. Sí, los mosquitos vuelan incluso cuando llueve. El vídeo es espectacular. Chapó para Andrew Dickerson, Peter Shankles, Nihar Madhavan, David Hu (Georgia Institute of Technology, Atlanta), “Can mosquitoes fly in the rain?,” ArXiv October 17, 2011.

¿Cuál es el secreto del mosquito? Ser hidrófugo (repeler el agua). Gracias a los pequeños pelos que tienen los mosquitos en sus alas y en su cuerpo, las gotas de agua no se adhieren y rebotan en su cuerpo. Como nos explica el texto en inglés del vídeo, un mosquito tiene un tamaño entre 2 y 5 mm y sufre la colisión con una gota de agua con un radio entre 1 y 4 mm, cuyo peso es entre 2 y 50 veces el del mosquito y cuya velocidad es entre 5 y 9 veces la del mosquito. La colisión con la gota y su rebote desequilibra al mosquito en vuelo, pero éste recupera su posición y continúa volando; ser hidrofóbico tiene sus ventajas.

Las avispas japonesas gigantes son asfixiadas en cámaras de gas por enjambres de abejas melíferas

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Las abejas melíferas japonesas matan a las avispas gigantes japonesas gaseándolas con CO2 en una sauna a 46 ºC formada por un enjambre a su alrededor. La avispa gigante japonesa (Vespa mandarinia japonica) es un feroz depredador de las abejas melíferas japonesas (Apis cerana japonica). Se pensaba que la avispa moría por el calentamiento, sin embargo, se ha demostrado que las avispas sobreviven a dichas temperaturas sin problemas. Un nuevo estudio ha mostrado que en el interior de la “sauna” el nivel de CO2 crece un 3.7%. Sorprendentemente, las avispas mueren a 46 ºC en dicha atmósfera asfixiante. El artículo técnico es de los investigadores Michio Sugahara y Fumio Sakamoto, de la Kyoto Gakuen University, Japón, titulado “Heat and carbon dioxide generated by honeybees jointly act to kill hornets,” Naturwissenschaften, In Press, 24 junio 2009. Nos lo han comentado en el número de hoy de Nature “Animal behaviour: Smothered by a swarm,” Research Highlights Nature 460: 308, 16 July 2009.

Los investigadores japoneses han medido la temperatura en el interior de las “bolas de abejas” que crece con el tiempo hasta alcanzar unos 46 ºC. Las avispas en condiciones normales sobreviven sin problemas a dicha temperatura. Sin embargo, en el interior de las “bolas de abejas” la concentración de CO2 crece en los primeros 5 minutos hasta alcanzar un incremento del 3.6 ± 0.2%, similar a la que se produce en la expiración de los humanos (incrementos del 3.7 ± 0.44%). Esta concentración es letal para las avispas si viene acompañada de una temperatura entre 45–46°C. Esta concentración de CO2 es peligrosa para las abejas si la temperatura alcanzara entre 50–51°C. Las abejas logran matar a su feroz depredador gracias a una combinación de temperatura y gas.

Dibujo20090716_bee_ball_temperature_as_function_of_time