Francis en ¡Eureka!: Curiosidades sobre las abejas y su gusto por la cafeína

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El audio de mi sección ¡Eureka! en La Rosa de los Vientos, Onda Cero, lo puedes escuchar siguiendo este enlace. Como siempre, una transcripción libre para abrir boca.

Las abejas como las hormigas son los insectos sociales por excelencia. Se ha dicho que su comportamiento social es muy avanzado como si fueran muy inteligentes, ¿qué hay de verdad en esto? En realidad, el comportamiento eusocial de la colmena emerge del comportamientos egoísta e individual de cada abeja. La “inteligencia” colectiva de la colmena es un mito. Las abejas no saben que la colmena tiene una estructura social y actúan por instinto realizando acciones individuales que sólo dependen de su edad. En una colmena pueden existir hasta 80.000 obreras, 200 zánganos y una reina. Las funciones de las abejas obreras varían con la edad. Sus tres primeros días lo pasan como limpiadoras. Del tercer al décimo día ejercen funciones de niñeras alimentando a las larvas. A partir del décimo día se activan las glándulas abdominales productoras de cera y se comportan como constructoras. Del decimosexto al vigésimo día se encargan de almacenar el polen y el néctar que traen las obreras que han ido en busca de comida. A partir del vigésimo día, se convierten en soldados que protegen la entrada al nido y, después, durante el resto de sus seis semanas de vida, se convierten en abejas de campo que buscan comida. El comportamiento eusocial de las abejas emerge de este ciclo de vida de cada abeja obrera individual. Por cierto, hay más 19.200 especies de abejas y la mayoría son insectos solitarios; sólo un 5% de las especies de abejas son sociales, como la abeja melífera europea (Apis mellifera), la más común.

Se ha hablado mucho de la perfección de los panales, como si las abejas fueran excelentes matemáticas. ¿Se trata también de un mito? La teoría de la evolución garantiza que una habilidad adquirida durante cientos de millones de años acaba con un resultado óptimo. El diseño de los paneles maximiza el espacio útil, minimizando el consumo de cera. El mito de que el diseño geométrico de los paneles es perfecto nació con el error de un matemático. Las abejas cierran cada celda hexagonal formando un vértice de tres caras planas que son rombos idénticos. El matemático Koenig calculó en 1739 que el valor óptimo de los ángulos mayor y menor de estos rombos debía ser 109º 26′ y 70º 34′, cuando las medidas experimentales indicaban que las abejas usaban valores algo diferentes, 109° 28’ y 70° 32’. Estudios posteriores mostraron un error en el cálculo de este matemático (que había usado unas tablas de logaritmos que contenían un error). El cálculo correcto mostraba que las abejas tenían razón y su diseño era perfecto. En realidad lo que era imperfecto era el cálculo de este matemático del siglo XVIII.

Cambiemos de tema. Hablando de abejas, se ha observado una reducción en el número de abejas en todo el mundo, ¿se saben ya las causas?. El llamado síndrome de despoblamiento de las colmenas ha diezmado las poblaciones de abejas de Estados Unidos y Europa en la última década. En España, el síndrome empezó a observarse a principios del año 2000, pero se hizo evidente a partir de 2004. En el año 2005, un equipo de investigadores españoles del Centro Apícola Regional de Marchamalo (Guadalajara) sugirió que un hongo parásito de las abejas, llamado Nosema ceranae, podría ser la causa del despoblamiento en España; existe un tratamiento farmacológico contra este hongo, un antibiótico llamado fumagilina. Pero hoy en día se cree que el síndrome de despoblamiento de las colmenas es un fenómeno multifactorial en el que intervienen múltiples causas, además de las epidemias de parásitos, también influye el uso de ciertos pesticidas e incluso podría influir el cambio climático. En la actualidad este síndrome, aunque es una gran amenaza para la polinización de los cultivos y provoca enormes pérdidas económicas, aún no tiene una explicación convincente aceptada por todo los expertos.

Esta semana se ha publicado en la prestigiosa revista Science un curioso artículo sobre la relación entre la cafeína y las abejas. ¿Qué es lo que se ha descubierto? Los aficionados a ir de camping habrán observado que a las abejas les encantan las latas de refrescos de bebidas con cafeína. Muchas plantas contienen alcaloides como la cafeína y la nicotina porque su sabor amargo disuade a los herbívoros, ya que en altas dosis son sustancias tóxicas. Las plantas compiten entre sí para ser elegidas por los insectos polinizadores desplegando diferentes señales visuales (como flores de vivos colores) y olfativas (como flores con olores agradables). A muchas personas nos gusta tomar café y productos con cafeína porque a bajas dosis es “gratificante” y “estimulante” ya que mejora el rendimiento cognitivo y la memoria. Un grupo de investigadores británicos liderados por el profesor Wright, del Instituto de Neurociencia de la Universidad de Newcastle, han descubierto que el néctar de algunas flores (como las del cafeto y algunos cítricos) contiene cafeína porque mejora la memoria de recompensa de las abejas. Las abejas recuerdan más y mejor las flores cuyo néctar contiene una pequeña dosis de cafeína, a pesar de tener un ligero sabor amargo.

El artículo técnico es G. A. Wright et al., “Caffeine in Floral Nectar Enhances a Pollinator’s Memory of Reward,” Science 339: 1202-1204, 8 Mar 2013; recomiendo leer también a Lars Chittka, Fei Peng, “Caffeine Boosts Bees’ Memories,” Science 339: 1157-1159, 8 Mar 2013.

Cómo han realizado sus experimentos estos investigadores británicos. En este estudio se han utilizado técnicas de aprendizaje con refuerzo, como hacía el ruso Pavlov con sus perros; los oyentes recordarán que los perros de Pavlov escuchaban una campanilla cuando se les daba de comer y más tarde se ponían a salivar con sólo escuchar la campanilla. En el nuevo estudio, estos investigadores británicos han entrenado a las abejas para asociar el olor de las flores con una recompensa (una gota de sacarosa). Cuando la gota de azúcar contiene una pequeña dosis de cafeína, las abejas recuerdan el olor de la flor durante más tiempo y con mayor intensidad. Según este estudio, la cafeína refuerza las conexiones sinápticas entre las neuronas de la cabeza de la abeja que son responsables de los recuerdos a largo plazo de los aromas de las flores.

Cómo actúa la cafeína para reforzar las memoria de las abejas según estos investigadores británicos. El profesor Wright y sus colegas creen que los efectos observados de la cafeína en la memoria a largo plazo de las abejas se deben a que bloquea los receptores de un neurotransmisor llamado adenosina. Los receptores olfativos de las abejas se encuentran en sus antenas y están conectadas con unas neuronas llamadas lóbulos antenales. Estas neuronas a su vez están conectados con otras neuronas llamadas células de Kenyon que están en una región de su cabeza de la abeja llamada cuerpo pedunculado. La cafeína aumenta la excitabilidad de las células de Kenyon y refuerza las sinapsis químicas que utilizan como neurotransmisor la acetilcolina; hay que recordar que todas las mañanas nos despierta una lluvia de acetilcolina en nuestro encéfalo. La cafeína hace que nos mantengamos despiertos y no nos entre sueño porque es una antagonista de la adenosina, que es un neurotransmisor que relaja la actividad neuronal produciendo la sensación del sueño. En las abejas, la cafeína refuerza las conexiones sinápticas entre las células de Kenyon y las neuronas olfativas activadas por un olor floral.

En este blog también puedes leer “La cafeína en el néctar de las flores mejora la memoria olfativa de las abejas,” 8 marzo 2013.

Lo dicho , si quieres escuchar el audio, sigue este enlace.

La cafeína en el néctar de las flores mejora la memoria olfativa de las abejas

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Los insectos polinizadores son atraídos por el sabor del néctar, que además de azúcares también contiene sustancias como la cafeína. Un nuevo artículo en Science afirma que la cafeína potencia la respuesta de las neuronas asociadas al aprendizaje olfativo y a la memoria de las abejas, actuando como un receptor antagonista de la adenosina. Aunque la cafeína tiene cierto sabor amargo, no repele a las abejas, todo lo contrario les hace recordar con más fuerza el “buen” sabor del néctar de las flores que contienen esta sustancia (como los cafetos y algunos cítricos). Para los humanos la cafeína es tóxica a altas dosis, pero a bajas dosis es “gratificante” y mejora el rendimiento cognitivo y la memoria. Me ha sorprendido bastante descubrir que estos efectos también se observan en las abejas. Quizás otros alcaloides y otras sustancias con actividad neurofarmacológica, además de repelentes para ciertos insectos, también jueguen un papel importante en la respuesta de sus polinizadores. El artículo técnico es G. A. Wright et al., “Caffeine in Floral Nectar Enhances a Pollinator’s Memory of Reward,” Science 339: 1202-1204, 8 Mar 2013. Nos cuentan muchos detalles curiosos sobre las abejas Lars Chittka, Fei Peng, “Caffeine Boosts Bees’ Memories,” Science 339: 1157-1159, 8 Mar 2013.

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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.

Se reabre la polémica por el misterioso sexto sentido magnético de las vacas

Muchos recordareis la noticia aparecida en 2008: gracias a Google Earth se descubrió que las vacas tienen un sexto sentido magnético y se alinean con el campo magnético de la Tierra; el artículo técnico de Hynek Burda, un zoólogo de la Universidad de Duisburg-Essen, Alemania, y sus colegas se publicó en la prestigiosa PNAS. Al año siguiente publicaron también en PNAS un segundo artículo demostrando el efecto sobre las vacas de los tendidos de cables eléctricos de alta tensión.  Varios intentos independientes de replicar este hallazgo, utilizando también Google Earth, han sido infructuosos. Por ejemplo, a principios de 2011 dos grupos independientes de investigadores checos fracasaron; su fracaso apareció en el artículo de Lukas Jelinek, investigadora del departamento de electromagnetismo de la Universidad Técnica Checa de Praga, y sus colegas, que se publicó en el Journal of Comparative Physiology A. Pero Burda ha contraatacado; en su opinión la mitad de los datos del equipo de Jelinek et al. han de ser excluidos del análisis porque corresponden a pastos que se encuentran en laderas con una orientación preferente o cerca de líneas de alta tensión de energía, o porque las imágenes utilizadas son demasiado pobres para determinar con precisión la orientación correcta del ganado (en prensa en J. Comp. Physiol. A). Más aún, Burda afirma que corrigiendo los datos de Jelinek se confirma su hipótesis original. Respondiendo a la respuesta, Jelinek y sus colegas consideran que las objeciones de Burda et al. son infundadas y que ellos han realizado su análisis con sumo cuidado (también en prensa en J. Comp. Physiol. A). La solución a esta polémica no puede ser otra que verificar con una vaca en un laboratorio si de verdad tiene un sexto sentido magnético o no lo tiene. ¿Quién será capaz de lograr tal proeza? ¿Algún español se atreve? Lo que puedo asegurar es que quien lo logre confirmar podrá publicar el hallazgo en Nature o en Science (aunque la refutación tendrá que limitarse a PNAS, que no es moco de pavo). Traducción y resumen de Daniel Cressey, “The mystery of the magnetic cows. Researchers disagree over replication of study showing that cows line up with Earth’s magnetic field,” Nature News, 11 November 2011 (otras noticias anteriores en Nature News son “‘Magnetic cows’ are visible from space” y “Return of the B-field bovines“).