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IMAGEN: En la imagen se muestran tanto las obreras como las reinas (más grandes y con alas). ver más

Crédito: Philip Gronski

Las hormigas son uno de los grupos de animales más exitosos del planeta, ocupando desde suelos templados hasta selvas tropicales, dunas desérticas y mostradores de cocina. Son insectos sociales y sus habilidades de trabajo en equipo han sido identificadas desde hace mucho tiempo como uno de los factores clave que conducen a su éxito. Las hormigas son famosas por ser capaces de levantar o arrastrar objetos muchas veces su propio peso y transportarlos de regreso a su colonia. Pero como la investigación previa se ha centrado en los aspectos sociales de una colonia de hormigas, se ha descuidado un poco la observación de una hormiga individual.

Ahora, investigadores de la Universidad de Graduados del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa (OIST) y la Universidad de la Sorbona en París han investigado por qué las hormigas obreras individuales son tan fuertes tomando imágenes de rayos X y creando modelos 3D de su tórax, la unidad central de sus cuerpos, para analizar sus músculos y esqueleto interno. Su estudio, publicado en Frontiers in Zoology, examina la hipótesis de que la pérdida de vuelo en las hormigas obreras está directamente relacionada con la evolución de una mayor fuerza.

«Las hormigas obreras evolucionaron de insectos voladores», dijo el profesor Evan Economo, que dirige la Unidad de Biodiversidad y Biocomplejidad de la OIST. «Siempre hemos asumido que la pérdida de vuelo ayudó a optimizar sus cuerpos para trabajar en tierra, pero tenemos mucho que aprender sobre cómo se logra esto.»

Ser capaz de volar puede ser un sueño común entre las personas, pero la realidad del vuelo es que pone fuertes restricciones en la construcción de un cuerpo. En los insectos voladores, los músculos de las alas ocupan una parte importante del tórax, a veces más del 50%. Esto significa que otros músculos, que se utilizan para apoyar y mover la cabeza, las piernas y el abdomen, están restringidos y apretados contra el exoesqueleto.

Pero una vez que se eliminan las restricciones de vuelo, todo ese espacio en el tórax está abierto, lo que, según supusieron los investigadores, permitiría que los músculos restantes se expandieran y reorganizaran.

Las investigaciones anteriores en esta área se habían centrado en la estructura externa de las hormigas, pero, con la tecnología disponible en la OIST, los investigadores pudieron obtener una imagen altamente detallada de lo que estaba sucediendo dentro del tórax. El objetivo era analizar las características generales comunes a todas las hormigas, en lugar de centrarse en la especialización de ciertas especies. Para hacer esto, los investigadores realizaron un análisis detallado de dos especies de hormigas distantes, incluidas las obreras sin alas y las reinas voladoras, y confirmaron sus hallazgos en una muestra más amplia de especies.

Utilizaron tecnología de rayos X avanzada para escanear la anatomía interna y externa, como las tomografías computarizadas que se usan en un hospital, pero con una resolución mucho mayor. A partir de estos escaneos, los investigadores mapearon todos los diferentes músculos y los modelaron en 3D. El resultado fue una imagen completa del interior del tórax. Luego compararon los hallazgos de estas dos especies con una variedad de otras hormigas e insectos sin alas.

Como se predijo, los investigadores encontraron que la pérdida de vuelo había permitido una reorganización clara del tórax. «Dentro del tórax de la hormiga trabajadora, todo está perfectamente integrado en un espacio diminuto», dijo el difunto Dr. Christian Peeters, autor principal de este artículo, quien fue profesor de investigación en la Universidad de la Sorbona. «Los tres grupos musculares se han expandido en volumen, dando a las hormigas obreras más fuerza y poder. También se ha producido un cambio en la geometría de los músculos del cuello, que sostienen y mueven la cabeza. Y la unión interna de los músculos se ha modificado.»

Curiosamente, al mirar a las avispas sin alas, los investigadores encontraron que estos insectos habían respondido a la pérdida de vuelo de una manera completamente diferente. Las avispas sin alas son solitarias y consumen comida tal como la encuentran. Por otro lado, las hormigas son parte de una colonia. Cazan o limpia para el alimento que necesita para ser llevado de vuelta al nido de la reina y los congéneres más jóvenes, así que tiene sentido que había una presión de selección para promover la realización de habilidad.

Las hormigas han sido estudiadas durante siglos en términos de su comportamiento, ecología y genética, pero, enfatizaron los investigadores, esta historia de fortaleza, hasta ahora, ha sido algo pasada por alto. El siguiente paso es desarrollar modelos biomecánicos más detallados de cómo funcionan los diferentes grupos musculares, realizar investigaciones similares sobre la mandíbula y las piernas y explorar la diversidad observada entre las especies de hormigas.

«Estamos interesados en lo que hace de una hormiga una hormiga y en comprender las innovaciones clave detrás de su éxito», explicó el profesor Economo. «Sabemos que un factor es la estructura social, pero esta fortaleza individual es otro factor esencial.»

Junto con el profesor Economo y el Dr. Peeters, el grupo de investigación incluyó al Dr. Roberto A. Keller de la Universidad de Lisboa y la OIST, el Sr. Adam Khalife de la Universidad de la Sorbona y la OIST, el Dr. Georg Fischer y el Sr. Julian Katzke de la OIST, y el Dr. Alexander Blanke de la Universidad de Colonia.

Vea una animación sobre este trabajo aquí: https://vimeo.com/466442164.

Dr. Christian Peeters

El Dr. Christian Peeters falleció a principios de septiembre de 2020, justo antes de que se publicara este artículo. En su carrera científica, que abarcó más de treinta y cinco años y lo llevó por todo el mundo, el Dr. Peeters investigó las sociedades sociales de insectos con un enfoque en la evolución de los comportamientos reproductivos de las hormigas, las estrategias de colonias y las adaptaciones morfológicas. Además de publicar una larga lista de artículos científicos, el Dr. Peeters creaba regularmente videos, daba charlas y contribuía a recursos en línea para hacer su investigación accesible a un público no científico. La OIST reconoce las contribuciones significativas del Dr. Peeters a la ciencia, su pasión por la entomología y el trabajo que realizó en colaboración con la Unidad de Biodiversidad y Biocomplejidad.

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