Las hormigas de la especie Harpegnathos saltator pueden pasar de obreras a reinas por la mediación de una proteína conocida como Kr-h1, un hallazgo que podría tener implicaciones en la comprensión de la plasticidad cerebral de otros animales superiores.
Héctor Rodriguez - 13 de noviembre de 2021,
Obrera de la especie de hormiga Harpegnathos saltator en pose agresiva (con las mandíbulas abiertas)
“Los cerebros de los animales son plásticos; es decir, pueden cambiar su estructura y función en respuesta a su medio ambiente”, explica Roberto Bonasio, experto en biología celular y del desarrollo en la Facultad de Medicina de la Universidad Perelman de Pensilvania.
Bonasio es autor de un artículo que bajo el título Kr-h1 maintains distinct caste-specific neurotranscriptomes in response to socially regulated hormonesse publica esta semana en la revista Cell, y en el que se informa del descubrimiento de una proteína llamada Kr-h1 (homólogo 1 de Krüppel) responsable de una compleja transición social en la que las hormigas de la especie Harpegnathos saltator pueden pasar de ser simples obreras a un estado de reina conocido como "gamergate". Una gamergate es una hormiga obrera que se desarrollará como hembra y que puede reproducirse sexualmente, es decir, poner huevos fertilizados.
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“Este proceso es crucial para la supervivencia de estas colonias de hormigas, pero hasta el momento los mecanismos moleculares que lo controlaban se desconocían completamente", continúa Bonasio. "De hecho, este tipo de cambios también tienen lugar en los seres humanos; piense en los cambios de comportamiento que tienen lugar durante la adolescencia. Lo que ahora hemos determinado es que en las hormigas de la especie Harpegnathos saltator una proteína llamada Kr-h1 es la encargada de frenar la plasticidad del cerebro al prevenir la activación genética inapropiada".
Hormigas, hormonas, jerarquías y castas sociales
Bonasio y sus colegas querían comprender cómo la activación o desactivación de ciertos genes afecta a la función y el comportamiento del cerebro animal, algo para lo que los adultos de Harpegnathos se mostraban como candidatos idóneos de estudio, ya que pueden pasar de ser obreras a hormigas reinas. En una comunidad de hormigas, las obreras mantienen la colonia encontrando comida y luchando contra los invasores, mientras que la tarea principal de la reina es poner huevos. Sin embargo, las instrucciones genéticas que dan lugar a estos roles y comportamientos sociales tan diferentes son las mismas en ambos casos.
Para averiguar las alteraciones moleculares subyacentes a este cambio de rol, el equipo de investigación, dirigido por los coautores del estudio Janko Gospocicy Karl Glastad, desarrolló un método para aislar las neuronas de las hormigas y mantenerlas vivas en el laboratorio. Esto permitió al equipo explorar cómo respondían las células a los cambios en su entorno, incluidos los niveles hormonales.
Entre los resultados de los experimentos, los autores encontraron que concretamente dos hormonas, la hormona juvenil y la ecdisona, presentes en diferentes niveles en los cuerpos tanto de las obreras como de las gamergates, produjeron patrones distintos de activación genética en los cerebros de las dos castas. Sin embargo, la mayor sorpresa de todas fue que ambas hormonas influyeron en las células activando una sola proteína, Kr-h1.
"Esta proteína regula diferentes genes en las obreras y las gamergates y evita que las hormigas realicen comportamientos 'socialmente inapropiados'", comenta Berger. "Es decir, se requiere que Kr-h1 mantenga los límites entre las castas sociales y para garantizar que las obreras continúen trabajando mientras las gamergates continúan actuando como reinas".
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“No habíamos anticipado que la misma proteína podría silenciar diferentes genes en los cerebros de diferentes castas y, como consecuencia, suprimir el comportamiento antagónico en obreras y gamergates, especifica Bonasio por su parte. “Pensamos que estos roles se asignarían en base a dos o más factores diferentes, cada uno de ellos solo presente en uno u otro cerebro, sin embargo, Kr-h1 es el único factor implicado”, añade.
El Dr.Jekyll el Señor Hide y los genes
Los hallazgos revelan roles importantes para las hormonas reguladas socialmente en las hormigas y la implicación de la genética en la capacidad de los cerebros de los animales para cambiar de casta social. “El mensaje clave es que, al menos en las hormigas, múltiples patrones de comportamiento se especifican simultáneamente en el genoma y que la regulación genética puede tener un gran impacto en qué comportamiento lleva a cabo ese organismo”, explica Berger. “En otras palabras, las partes tanto del Doctor Jekyll como del Señor Hyde ya están escritas en el genoma; todos pueden desempeñar cualquiera de los dos roles, dependiendo de qué interruptores genéticos estén activados o desactivados".
Las partes tanto del Doctor Jekyll como del Señor Hyde ya están escritas en el genoma; todos pueden desempeñar cualquiera de los dos roles, dependiendo de qué interruptores genéticos estén activados o desactivados
Los investigadores creen que las implicaciones de su estudio pueden ir mucho más allá de la comprensión de la plasticidad del comportamiento en hormigas y otros insectos. "Es tentador especular que las proteínas relacionadas podrían tener funciones comparables en cerebros más complejos, incluido el nuestro", aventura Bonasio. "El descubrimiento de estas proteínas podría permitirnos algún día restaurar la plasticidad de los cerebros que la han perdido, por ejemplo, cerebros envejecidos".
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COMO LAS PLANTAS CONVIRTIERON A LAS HORMIGAS EN SUS ESCLAVAS
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FotografíasEl descubrimiento de que un solo factor puede suprimir diferentes conjuntos de genes y comportamientos en diferentes cerebros plantea preguntas importantes sobre cómo se podría regular la función dual de esta proteína y otras similares. En estudios futuros, los investigadores planean indagar en el papel de Kr-h1 en otros organismos, y expresan que también les gustaría explorar cómo el medio ambiente impacta en la regulación genética a nivel epigenético, a través de la presencia o ausencia de ciertas marcas químicas en el ADN, y cómo esto, a su vez, afecta la plasticidad y el comportamiento del cerebro.
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- Hormigas que esclavizan a sus congéneres :
- https://www.nationalgeographic.com.es/naturaleza/hormigas-que-esclavizan-a-sus-congeneres_17248
- En las hormigas, la adopción del esclavismo conlleva la atenuación o pérdida de la eusocialidad y de las capacidades sensoriales que la posibilitan, una pérdida de genes ventajosa y de alto valor adaptativo.
- Juan Ignacio Pérez / *The Conversation
- 24 de agosto de 2021, 18:55 | Actualizado a
Reina de ‘Protomognathus americanus’ (color oscuro), una de las especies estudiadas, con trabajadores esclavos de otra especie.
Dentro del mundo de las hormigas, a un cierto tipo muy concreto de estos himenópteros se les denomina esclavistas con total propiedad. Las esclavas no son de su misma especie, sino de otra muy próxima desde el punto de vista biológico.
Las llamadas “hormigas esclavistas”, por decirlo de alguna manera, someten a sus parientes genéticos, en especial a las obreras y las llevan a su colonia para que trabajen para ellas: atienden a sus crías, les ayudan a defenderse, buscan alimento para ellas y mantienen limpias las colonias.
Lo más frecuente es que capturen los ejemplares en estados muy tempranos de desarrollo, en forma de larvas o pupas. Las llevan a su colonia y, una vez se convierten en hormigas obreras, empiezan a trabajar para sus dueñas. Sin embargo, en algunas especies, las esclavistas también capturan trabajadoras adultas.
Esclavas alimentarias
El surgimiento de la eusocialidad en las hormigas –el desarrollo de sociedades complejas, con castas de individuos que desempeñan diferentes tareas (trabajo, reproducción, defensa) y que cooperan para mantener una colonia y sacar adelante a la prole–, vino acompañado por una multiplicación de los genes que codifican las moléculas quimiorreceptoras, tanto del olor como del sabor. La prueba de esto es la gran importancia que tiene la comunicación química en estas especies.
Por eso, tiene especial interés el hecho de que las obreras de hormigas esclavistas sean capaces de reproducirse. Podría decirse que han recuperado ese rasgo, lo que se atribuye a la pérdida de la capacidad para percibir y responder a las feromonas de la hormiga reina que inhiben la actividad reproductora.
En un estudio reciente, los investigadores han secuenciado el genoma de ocho especies de hormigas, tres parásitas, sus tres especies parasitadas y dos especies no parasitadas, para averiguar si en esas tres especies parásitas se habían perdido quimiorreceptores.
La cara de un esclavista: cabeza de un individuo de ‘Harpagoxenus sublaevis’, una de las especies estudiadas.
Encontraron que las especies parásitas tenían la mitad de los receptores del gusto que las otras cinco especies y tres cuartas partes de los del olfato. Es decir, en esas especies se ha perdido la capacidad gustativa en un 50% y la olfativa en un 25%, por lo que son capaces de identificar por esas vías muchas menos sustancias que las que identifican las parasitadas y las dos que no son ni parásitas ni parasitadas.
La pérdida de los receptores gustativos se atribuye a que esas especies ya no buscan alimento, porque lo hacen por ellas –y a sus órdenes– las parasitadas y, por lo tanto, no necesitan recibir y decodificar tanta información por esa vía. La desaparición de receptores olfativos se atribuye, en parte al menos, a la pérdida o atenuación de la condición eusocial en esas especies.
Unas hormigas menos sociales
Es perfectamente lógico que de la misma forma que la eusocialidad vino acompañada por una multiplicación de los quimiorreceptores, la pérdida de parte de estos conlleve igualmente una atenuación de esa condición tan especial.
Muchos de los genes del olfato perdidos por las especies parásitas son comunes a las tres estudiadas. Se trata, por lo tanto, de lo que en biología se denomina una convergencia, pues la pérdida de los genes en cuestión se ha producido de forma independiente en esas especies.
Dado que es muy improbable que tales cosas ocurran por casualidad, la consecuencia que se extrae es que se trata de una pérdida ventajosa y de alto valor adaptativo, probablemente porque producirlos y mantenerlos conlleva un coste que no se ve compensado por una ganancia equivalente. La metáfora resulta sugerente: en las hormigas, la adopción del esclavismo conlleva la atenuación o pérdida de la eusocialidad y de las capacidades sensoriales que la posibilitan. La evolución no sigue ninguna flecha temporal; la historia humana, seguramente, tampoco.
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HORMIGAS GRANJERAS: UNA FABRICA SUBTERRÁNEA DE MEDICAMENTOS
Juan Ignacio Pérez Iglesias es presidente del Comité Asesor de The Conversation España y catedrático de Fisiología en la Universidad del País Vasco. Este artículo se publicó originalmente en The Conversation y se publica aquí bajo una licencia de Creative Commons.
Las hormigas Attine se alimentan de hongos que cultivan utilizando bacterias como mano de obra. Ahora un nuevo estudio apunta a que los subproductos de su actividad podrían tener diversas aplicaciones médicas, como la lucha contra Candida albicans, un hongo habitual de la microbiota de los tractos respiratorio, gastrointestinal y genitourinal.
20 de enero de 2021, 14:00 | Actualizado a
Hormigas cortadoras de hojas - Atta sexdens
Varias familias de insectos, entre las que se encuentran las hormigas, las termitas, las abejas o los escarabajos, cultivan hongos como su principal fuente de alimento. Las hormigas de la subtribu Attini llevan unos 50 millones de años especializadas en esta función. Conocidas por cortar hierbas y hojas, llevarlas a los nidos de sus colonias y cultivar hongos en ellas, se trata de una de las especies más exitosas del mundo en este oficio, y bien se han ganado el sobrenombre de hormigas granjeras.
Las hormigas de la subtribu Attini se valen de bacterias como peones para la producción de metabolitos que protegen sus preciados cultivos.
Las obreras de estas especies se alimentan de la savia que toman directamente al cortar las hojas y tallos de distintos tipos de plantas. Mientras, los hongos cultivados son utilizados para alimentar a las larvas. Para ello se valen de bacterias como las de los géneros Pseudonocardia y Streptomyces que utilizan como peones para la producción de metabolitos que protegen sus preciados cultivos.
Los estudios parecen indicar que las hormigas Attine se originaron como una única especie en un lugar concreto del Amazonas hace 50 millones de años. Desde entonces se han diversificado y evolucionado en 200 especies distintas que han extendido sus prácticas agrícolas por toda América Central y del Sur. A cambio de comida, las bacterias mantenidas por las hormigas en estas granjas producen pequeñas moléculas que controlan a los hongos patógenos que pueden dar al traste con su producción, como es el caso de los microhongos parásitos del género Escovopsis.
Los últimos estudios al respecto de estas moléculas protectoras habían encontrado grandes diferencias entre aquellas halladas en distintas regiones, lo que hasta el momento sugería que la historia evolutiva de estos metabolitos antifúngicos estaba muy fragmentada y limitada geográficamente.
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Lucha contra los parásitos
Monica T. Pupo y Jon Clardy, autores principales de un estudio que se publica esta semana en la revistaACS Central Science bajo el titulo "Specialized Metabolites Reveal Evolutionary History and Geographic Dispersion of a Multilateral Symbiosis", querían indagar en las razones de estas diferencias y a su vez averiguar si en investigaciones anteriores se había pasado por alto algún metabolito bacteriano antifúngico con una distribución más amplia y común. Fue de este modo que en una revisión de la literatura científica encontraron un estudio relativo a la distribución de bacterias en los hormigueros de múltiples ubicaciones geográficas en Brasil en que descubrieron que casi dos tercios de las cepas de Pseudonocardia eran productoras de un potente agente antifúngico. En honor a las hormigas que lo producen llamaron a este attinimicina; el primer metabolito antifúngico especializado con una amplia distribución geográfica y producido por las bacterias asociadas a las hormigas.
Tras analizar el compuesto más en detalle, Pupo y Clardy, respectivamente de las universidades de Sao Paulo y Harvard, encontraron que la attinimicina se mostró segura para el cultivo de hongos ya que inhibía el crecimiento de parásitos fúngicos. No obstante, a diferencia de muchos antibióticos, esto solo se producía en ausencia de hierro.
En experimentos posteriores los autores también pudieron comprobar que la attinimicina también resultó eficaz para combatir las infecciones por Candida albicans. Candida albicans es un hongo habitual en la microbiota de los tractos respiratorio, gastrointestinal y genitourinal, pero que en ciertas condiciones puede adquirir patogenicidad y convertirse en un problema para la salud dando lugar a diversas afecciones intestinales, epidérmicas o vaginales.
En sus experimentos los científicos demostraron en ratones que el metabolito obtenido del cultivo de las hormigas podía atacar a Candida albicans de un modo tan eficaz como los tratamientos antimicóticos de uso clínico en la actualidad que contienen azol, lo que lo convierte en un posible candidato a fármaco, de momento, para esta afección. "La determinación del mecanismo de acción de la attinimicina requerirá más estudios" según los autores, "pero su demostrada capacidad in vivo para reducir la carga fúngica en los mamíferos, así como en terapias de uso clínico, podrían justificar dichas investigaciones", concluyen.
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