Las hormigas son insectos extraordinarios, conocidos por su fuerza y organización. Y los científicos descubrieron recientemente que poseen un impresionante y complejo sistema de comunicación.
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Un estudio publicado en la revista Cell explora cómo ciertas feromonas de señalización de peligro -los marcadores olfativos que emiten las hormigas para comunicarse entre sí- activan una parte específica del cerebro de las hormigas y pueden cambiar el comportamiento de todo un nido.
“Los humanos no son los únicos animales con sociedades y sistemas de comunicación complejos”, explica el autor principal, Taylor Hart, de la Universidad Rockefeller (EE.UU.). “Las hormigas han desarrollado sistemas olfativos extremadamente complejos en comparación con otros insectos, lo que les permite comunicarse utilizando muchos tipos diferentes de feromonas que pueden significar cosas distintas”.
Las nuevas investigaciones sugieren que las hormigas tienen su propio tipo de centro de comunicación en el cerebro, similar al de los humanos. Así pueden interpretar las feromonas de alarma, o “señales de peligro”, de otras hormigas.
“Parece haber un centro sensorial en el cerebro de las hormigas al que llegan todas las feromonas de alarma que inducen al pánico”.
— Daniel Kronauer, autor correspondiente del Laboratorio de Evolución Social y Comportamiento de la Universidad Rockefeller de EE.UU.
Esta sección de su cerebro puede ser más avanzada que la de otros insectos, como las abejas melíferas, que, según trabajos anteriores, dependen de muchas partes distintas de su cerebro para coordinarse en respuesta a una sola feromona.
Los investigadores utilizaron una proteína modificada llamada GCaMP para escanear la actividad cerebral de hormigas clonales expuestas a señales de peligro. La GCaMP funciona uniéndose a los iones de calcio, que son activados por la actividad cerebral, y el compuesto químico fluorescente resultante puede verse a través de microscopios adaptados de alta resolución.
Al realizar los escaneos, los investigadores observaron que sólo una pequeña sección del cerebro de las hormigas se iluminaba en respuesta a las señales de peligro, pero aun así, los insectos mostraban comportamientos inmediatos y complejos en respuesta. Estos comportamientos se denominaron “respuestas de pánico” porque implicaban acciones como huir, evacuar el nido y transportar a sus crías desde el nido a un lugar más seguro.
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Una vez que los investigadores comprendan mejor las diferencias neuronales entre castas, sexos y funciones, podrán saber cómo procesan las mismas señales los distintos cerebros de las hormigas.
“Estamos estudiando la división del trabajo. ¿Por qué individuos genéticamente iguales asumen tareas diferentes en la colonia? ¿Cómo funciona esta división del trabajo?”. concluyó Daniel Kronauer, del Laboratorio de Evolución Social y Comportamiento de la Universidad Rockefeller.
10 mil
especies de hormigas existen en el mundo.
Columna
“Las hormigas tienen feromonas diferentes para transmitir mensajes”
Daniel Kronauer, autor correspondiente en el Laboratorio de Evolución Social y Comportamiento, Universidad Rockefeller, EE.UU.
“Las hormigas son sociales por excelencia y viven en sociedades complejas donde la comunicación es primordial. Hace más de 50 años que sabemos que las hormigas se comunican mediante señales químicas llamadas feromonas. Pero se sabía muy poco sobre cómo se perciben y procesan las feromonas en el cerebro de las hormigas. Parecía una cuestión importante si queríamos entender cómo se organizan las sociedades de hormigas, así que decidimos abordarla.
A diferencia de los humanos, que se comunican mediante el lenguaje hablado, las hormigas lo hacen a través de las feromonas. Las distintas feromonas se producen en diferentes glándulas exocrinas y se liberan en el entorno en función del contexto. Por ejemplo, cuando una hormiga siente peligro, libera feromonas de alarma desde la glándula mandibular de la cabeza. Otras hormigas de la colonia huelen esta señal y se alarman: cogen a sus crías inmaduras y evacuan el nido. Así, la colonia puede eludir el ataque de un depredador, por ejemplo. Pero las hormigas tienen muchas otras feromonas que transmiten otros mensajes”.
Entrevista
Taylor Hart, autor principal del estudio de la Universidad Rockefeller, EE.UU.
P: ¿Cuál es la eficacia de la comunicación de las hormigas en comparación con la de los humanos y otros animales?
- La comunicación de las hormigas funciona de forma muy distinta a la de los humanos, pero ambos sistemas son bastante eficaces y eficientes, ya que tanto las hormigas como los humanos viven en sociedades bien organizadas, a menudo con grandes poblaciones (algunas especies de hormigas tienen poblaciones de millones). Una diferencia importante es que el lenguaje humano puede ser simbólico, en el que utilizamos sonidos arbitrarios que sólo significan algo porque todos estamos de acuerdo en lo que significan. El lenguaje simbólico es extremadamente flexible y permite a los humanos inventar nuevas palabras para nuevos conceptos. Las hormigas no lo tienen, se considera que las feromonas están esencialmente conectadas. La misma feromona siempre significa lo mismo para las hormigas: por ejemplo, las feromonas de alarma significan “hay peligro cerca”. Las feromonas de rastro suelen significar “por aquí se llega a la comida” o “mantente en este camino”. Las feromonas de reina significan “hay una reina presente”. No hay tanta ambigüedad en el significado. Para comunicar cosas nuevas, las hormigas tienen que desarrollar nuevos tipos de feromonas y sistemas de detección de feromonas, lo cual es mucho más lento, ya que ocurre a lo largo del tiempo evolutivo.
P: ¿Y su centro de comunicación?
- Dado que las hormigas se comunican mediante feromonas, sus centros de comunicación están directamente relacionados con el olfato. La mayor parte del sentido del olfato de las hormigas procede de sus antenas, donde se encuentran las neuronas sensoriales olfativas. Estas neuronas están conectadas a una parte del cerebro llamada lóbulo antenal, que procesa los estímulos olfativos. El lóbulo antenal es una gran parte del cerebro de las hormigas y está compuesto por cientos de pequeños subcompartimentos llamados glomérulos, cada uno con una sensibilidad diferente a los olores. Diferentes olores activan diferentes combinaciones de glomérulos, y esta información informa a la hormiga de lo que está oliendo. En nuestro estudio, examinamos por primera vez las respuestas de todos los glomérulos al mismo tiempo. Esto nos permitió encontrar todos los subcompartimentos cerebrales que respondían a determinados olores.
P: Cuéntenos más sobre su estudio y sus descubrimientos.
- Para obtener imágenes de la actividad cerebral de las hormigas, teníamos que hacer visibles de algún modo sus neuronas. Para conseguirlo, fabricamos hormigas modificadas genéticamente, a las que se les insertó un gen sintético. Para ello, inyectamos miles de huevos de hormiga con el gen sintético y unas sustancias químicas llamadas transposones que desplazan el ADN. Después criamos las hormigas modificadas genéticamente y las utilizamos para experimentos. Básicamente, el gen insertado hace que un tipo específico de célula produzca proteínas que se vuelven fluorescentes durante la actividad neuronal. Diseñamos el gen para que se expresara en las células que nos interesan, las neuronas sensoriales olfativas que se conectan al lóbulo antenal del cerebro. A continuación, hacemos una pequeña abertura en la cabeza de la hormiga y utilizamos un microscopio de barrido láser para escanear el cerebro en busca de fluorescencia. Estimulamos a la hormiga con olores y registramos qué partes del cerebro se vuelven fluorescentes.
Para este estudio, nos hemos centrado en las feromonas de alarma, las señales químicas de peligro. Descubrimos que, en cada hormiga, un pequeño número de glomérulos responde muy intensamente a estas señales de peligro (alrededor del 1% del total de glomérulos). Hemos encontrado una pequeña parte del cerebro, potencialmente especializada, que detecta y procesa estas señales. Esto podría significar que el lóbulo antenal de las hormigas está organizado en muchas subregiones diferentes, cada una con su propia especialidad, que responden a feromonas diferentes. Tenemos que hacer más experimentos para ver si esto es cierto. Ahora también podemos observar cómo las respuestas a las feromonas difieren entre las distintas hormigas. Por ejemplo, las hormigas dividen su trabajo, como los humanos, y una posible explicación es que diferentes hormigas son más sensibles y están mejor sintonizadas con diferentes tipos de feromonas.
