Neurhormigas

Artículo original de Joseph Herdy

Traducción de Jillybeth Burgado

Es probable que pases miles de hormigas todos los días y no les des más que una mirada pasajera, pero el impacto ecológico de toda una colonia de hormigas es comparable al de animales enormes como los elefantes. Juntas en colonias que pueden sobrepasar los 300 millones de individuos, las hormigas tienen un profundo efecto en los paisajes que colonizan, afectando la temperatura del suelo, el reciclaje de nutrientes y la conducta de otros animales. Por ejemplo, las hormigas cortadoras de hojas pueden despojar a un árbol entero de hojas en un solo día y se cree que son responsables de la cosecha del 10% de toda la producción de hojas en los bosques tropicales [1]. Incluso hay aves neotropicales que se han adaptado para asistir a las hormigas guerreras en sus ataques para explotar la agitación de otros animales [2]. 

Están más integradas en nuestras sociedades humanas de lo que podríamos esperar. Por ejemplo, una especie (Azteca sericeasur) se considera un miembro fundamental en las fincas de café, protegiendo nuestra preciada cosecha de cafeína del siniestro barrenador de bayas de café[3]. Muchos aspectos de la sociedad humana se recapitulan, aunque de una forma mucho menos primate y más insecto, en las colonias de hormigas. Existe una división del trabajo entre diferentes trabajadores, transiciones de tareas de acuerdo con la edad y decisiones colectivas [5] [6]. No solo eso, también investigadores están escribiendo algoritmos para capturar eficientes organizaciones y estrategias de ruta de hormigas para optimizar la producción en almacenes modernos [4]. A las hormigas les gusta que sus ciudades tengan muchas de las mismas comodidades que nosotros disfrutamos, con vertederos, carreteras, viveros y áreas dedicadas al cultivo de hongos deliciosos y nutritivos. Las hormigas también emulan algunos de los aspectos más oscuros de las sociedades humanas, con una especie, la “hormiga esclavista”, que regularmente asalta otras colonias para los trabajadores de larvas, que roban para criarlas como trabajadores leales [7]. Algunos incluso argumentan que las hormigas han domesticado otros animales, atendiendo y beneficiándose de las dulces y dulces secreciones de los áfidos y otros insectos chupadores [8].

Haciendo mucho con un poco

Entonces, ¿Qué hace que las hormigas tengan un efecto tan complejos en el medio ambiente? El cerebro de las hormigas solo contiene alrededor de 250,000 neuronas. Los cerebros de hormigas muestran todos los componentes característicos que uno esperaría encontrar en un cerebro de insecto, incluyendo los lóbulos ópticos, la médula y la lóbula, los centros olfatorios, el cuerpo central y el cuerpo del hongo [9].

Una de las mejores herramientas en el arsenal del cerebro de las hormigas ha demostrado ser la olfacción. Las hormigas dependen en gran medida del olfato para la comunicación y orientación. En consecuencia, las hormigas han tenido una expansión dramática en el número de genes que codifican diferentes receptores de olor a ~ 400, posiblemente el número más alto en un insecto [10]. Utilizan este preciso sentido del olfato con gran eficiencia, coordinando el seguimiento de caminos, el estado de alerta y el estado reproductivo. Los lóbulos antenales de los insectos son el punto final de su sentido del olfato, y las hormigas tienen algunos lóbulos prodigiosos que contienen > 400 glomérulos (grupos de nervios), en comparación con 160 en las abejas y solo 43 en las moscas de la fruta [11].

Las hormigas también se comunican a través de señales mecánicas. Cuando una hormiga se encuentra con una tarea difícil, cómo arrastrar a un Jolly Rancher a la colonia, pueden ir a los nidos y realizar una serie de comportamientos bruscos que inducen a los nidos a enrollarse en una pequeña bola de hormigas para que el reclutador pueda llevar la bola al área necesaria [12]. ¿No sería mucho más fácil obtener ayuda en el trabajo si nuestros compañeros de trabajo fueran tan cooperativos?

Aunque una hormiga individual no es un gran pensador, juntas sus colonias son capaces de realizar hazañas impresionantes de decisiones colectivas. Si se considera la colonia como un conjunto, un nido de 400,000 hormigas tiene la misma cantidad de neuronas que un humano. Al igual que la actividad colectiva de miles de millones de neuronas humanas da lugar a la propiedad emergente de la conciencia, las colonias de hormigas sociales son más que la suma de sus individuos. Sin órdenes ni dirección, las colonias de hormigas pueden coordinar diversas acciones grupales, mientras que cada hormiga individual permanece casi totalmente ignorante de la actividad de la colonia. Estas actuaciones colectivas se exhiben durante una variedad de actividades complejas, incluyendo la construcción y mantenimiento de nidos, la emigración de colonias, el forrajeo, la defensa de colonias y la división del trabajo.

Dado que supuestamente el propósito de un cerebro es generar y controlar el comportamiento, el tamaño del cerebro de la hormiga tiene una relación interesante con el tamaño y la sociabilidad de la colonia. En general, el repertorio de comportamiento de diferentes castas de trabajadores de hormigas se relaciona con el tamaño de su cerebro [11]. Las especies solitarias de hormigas, que necesitan producir todos los comportamientos de hormigas incluyendo el forrajeo, el apareamiento, etc., tienen cerebros más grandes que las hormigas sociales que pueden depender de otros miembros de la colonia para cumplir esos otros comportamientos [17]. Esto contrasta con nuestra comprensión de la socialidad de los primates, donde prevalece la teoría de que hemos desarrollado grandes cerebros para ayudar a comprender y coordinar comportamientos sociales complejos. Aunque la relación exacta entre la sociabilidad y el tamaño del cerebro de la hormiga todavía es un tema de debate, es posible que la socialidad en el contexto de los insectos pueda tener un efecto muy diferente al de los mamíferos.

No todas las hormigas que vagan están perdidas

A medida que las colonias de hormigas crecen, necesitan ir más lejos del nido para encontrar los recursos necesarios. Esto introduce la cuestión de cómo los forrajeros pioneros en los exteriores de la colonia encuentran su camino de regreso para informar la colonia sobre la localización de algunos trozos de galleta descartada. En lugar de retomar el arduo y serpenteante camino de regreso al nido que una hormiga tomó cuando salió, las hormigas del desierto regresan al nido en línea recta. Curiosamente, parecen hacer esto al realizar una forma de integración de ruta utilizando la dirección obtenida de una brújula en la parte superior de su cabeza que puede medir el ángulo del sol [13]. Sin embargo, esta información parece ser innecesaria para medir la distancia, ya que en la oscuridad total las hormigas son capaces de evaluar correctamente la distancia del viaje [14]. En 2006, finalmente se probó una hipótesis de 1904 y se proporcionó evidencia de que las hormigas calculan la distancia al mantener un “podómetro” para simplemente contar la cantidad de pasos que toman para calcular la distancia que necesitan para regresar [15]. Para probar esta hipótesis, las hormigas fueron entrenadas para caminar 10 m a través de una pista recta hasta un comedero. Después del entrenamiento, las hormigas atrapadas en el sitio de alimentación fueron transferidas a una pista de prueba e intentaban regresar a la colonia. Para aumentar la zancada, una especie de fibras se desarrollaron el las patas, o las patas se acortaron por la perdid del segmento medio de la tibia. Las hormigas con su zancada aumentada sobrepasaron significativamente su viaje de regreso. Estos resultados indican una discrepancia entre su podómetro y la distancia requerida para el viaje de regreso.

El costo de la simplicidad

El enorme éxito de las hormigas ha venido con desventajas, desafortunadamente para ellas. El precio de ser numerosas con un cerebro muy simple las ha dejada vulnerables a un género único de parásitos fúngicos: Cordyceps. A veces llamado “hongo zombie”, hay varias especies de cordyceps que pueden infectar colonias de hormigas con resultados bastante espeluznantes. La infección se caracteriza por una invasión del hongo en el cerebro de la hormiga, provocando cambios de comportamiento que hace que las hormigas abandonen su hábitat normal para establecerse en áreas cálidas y húmedas adecuadas para el crecimiento de hongos. Luego colocarán sus mandíbulas en la parte inferior de una hoja en un agarre mortal antes de que finalmente perezcan y broten cuerpos fructíferos de su cabeza, esparciendo esporas de hongos para comenzar de nuevo el proceso con otra hormiga. Esta aflicción puede ser tan mortal que las hormigas han evolucionado para reconocer las señales de infección y ponen en cuarentena a los miembros infectados del nido [16]. A pesar de este reto, las hormigas persisten como una de las especies animales más exitosas y son un brillante ejemplo de fuerza en números.

Referencias: 

  1.   Haines, B. L. Element and Energy Flows Through Colonies of the Leaf-Cutting Ant, Atta colombica, in Panama. Biotropica 10, 270 (1978).
  2.   Willis, E. O. & Oniki, Y. BIRDS AND ARMY ANTS Further ANNUAL REVIEWS. Ann. Rev. Ecal. Sysi 9, (1978).
  3.   Morris, J. R., Vandermeer, J. & Perfecto, I. A Keystone Ant Species Provides Robust Biological Control of the Coffee Berry Borer Under Varying Pest Densities. PLoS One 10, e0142850 (2015).
  4.   Bottinelli, A., van Wilgenburg, E., Sumpter, D. J. T. & Latty, T. Local cost minimization in ant transport networks: from small-scale data to large-scale trade-offs. J. R. Soc. Interface 12, 20150780 (2015).
  5.   Lucas, C., Hughson, B. N. & Sokolowski, M. B. Job switching in ants: Role of a kinase. Commun. Integr. Biol. 3, 6–8 (2010).
  6.   Detrain, C. & Deneubourg, J.-L. Collective Decision-Making and Foraging Patterns in Ants and Honeybees. Adv. In Insect Phys. 35, 123–173 (2008).
  7.   D’Ettorre, P. & Heinze, J. Sociobiology of slave-making ants. Acta Ethol. 3, 67–82 (2001).
  8.   Ivens, A. B. F., Kronauer, D. J. C., Pen, I., Weissing, F. J. & Boomsma, J. J. Ants farm subterranean aphids mostly in single clone groups–an example of prudent husbandry for carbohydrates and proteins? BMC Evol. Biol. 12, 106 (2012).
  9.   Bressan, J. M. A. et al. A map of brain neuropils and fiber systems in the ant Cardiocondyla obscurior. Front. Neuroanat. 8, 166 (2014).
  10. d’Ettorre, P., Deisig, N. & Sandoz, J.-C. Decoding ants’ olfactory system sheds light on the evolution of social communication. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 114, 8911–8913 (2017).
  11. Gronenberg, W. Structure and function of ant (Hymenoptera: Formicidae) brains: Strength in numbers Wulfila GRONENBERG. Myrmecol. News 11, (2008).
  12. Hölldobler, B. Ethological Aspects of Chemical Communication in Ants. Adv. Study Behav. 8, 75–115 (1978).
  13. Andel, D. & Wehner, R. Path integration in desert ants, Cataglyphis: how to make a homing ant run away from home. Proceedings. Biol. Sci. 271, 1485–9 (2004).
  14. Thiélin-Bescond, M. & Beugnon, G. Vision-independent odometry in the ant Cataglyphis cursor. Naturwissenschaften 92, 193–197 (2005).
  15. Wittlinger, M., Wehner, R. & Wolf, H. The ant odometer: stepping on stilts and stumps. Science 312, 1965–7 (2006).
  16. Evans, H. C. & Samson, R. A. Cordyceps species and their anamorphs pathogenic on ants (Formicidae) in tropical forest ecosystems I. The Cephalotes (Myrmicinae) complex. Trans. Br. Mycol. Soc. 79, 431–453 (1982).
  17. Amador-Vargas, S., Gronenberg, W., Wcislo, W. T. & Mueller, U. Specialization and group size: brain and behavioural correlates of colony size in ants lacking morphological castes. Proc. R. Soc. B Biol. Sci. 282, 20142502–20142502 (2015).