Imagina que estás gateando por el suelo del bosque, buscando distraídamente un hongo para comer, cuando de la nada aparece una hormiga con ojos saltones y un par de mandíbulas largas, delgadas y equipadas con cuchillas de afeitar que se retiran detrás de la cabeza. . Intentas saltar a un lugar seguro, pero las mandíbulas de la criatura son demasiado rápidas: azotan en medio milisegundo y te atraviesan por ambos lados a la vez antes de que hayas ido a ningún lado. Tal es una experiencia típica en la triste y corta vida de un springtail, presa elegida por las salvajes hormigas "trampa-mandíbula" del género Myrmoteras .
Las hormigas trampas han sido durante mucho tiempo una fuente de fascinación para Fred Larabee, investigador postdoctoral en el Museo Nacional de Historia Natural del Smithsonian y autor principal de un artículo de vanguardia sobre la fisiología de los especímenes de Myrmoteras publicado hoy en el Journal of Experimental Biology . En el estudio, Larabee y sus cohortes pretenden responder dos preguntas distintas sobre estos raros insectos de Malasia: ¿qué tan rápido son sus fauces letales y cómo es que generan su poder?
Las mirmoteras, del griego para "hormiga monstruosa", no son más que una variedad de hormigas trampa-mandíbula, y una variedad poco común. La recolección de cuatro colonias enteras para el estudio, dos de cada una de las dos especies dentro del género, requirió una búsqueda exhaustiva a través de la hojarasca de la selva de Borneo. Lo que hace que la investigación de la trampa de la mandíbula sea tan fascinante para Larabee y otros mirmecólogos (biólogos de hormigas) es la similitud funcional observada entre las especies que evolucionaron completamente independientes entre sí.
"Las mandíbulas trampa son realmente notables", dice Larabee, quien señala que se han desarrollado en cinco géneros de hormigas distintos en cinco formas distintas. “Han evolucionado varias veces dentro de las hormigas. Ser capaz de observar un linaje completamente diferente, un origen diferente del comportamiento y la morfología, le brinda una oportunidad única para estudiar la evolución convergente, básicamente la evolución repetida y paralela de este sistema [trampa-mandíbula] ”.
Cuando se le ofreció la oportunidad de trabajar con Myrmoteras, un género del que se sabía muy poco, Larabee estaba en la luna. Había trabajado con los géneros de trampa mandibular más comunes, Anochetus y Odontomachus, pero al conocer la naturaleza de la evolución convergente, pensó que era posible que las hormigas Myrmoteras hubieran desarrollado la misma capacidad de ataque vicioso a través de medios anatómicos completamente diferentes.
Larabee y sus coautores esperaban que el ataque mandibular de Myrmoteras fuera único, pero la extensión de su diferencia con los de otros géneros fue una sorpresa.
Para medir la velocidad angular del impacto de la mandíbula paralizante de las hormigas, el equipo confió en la fotografía de alta velocidad.
"Utilizamos una cámara que podía filmar a 50, 000 fotogramas por segundo para ralentizar el movimiento", dice, "y eso fue lo suficientemente rápido como para poder reducir la velocidad para medir realmente la duración de un golpe, y también la velocidad máxima . "
A su máxima velocidad, las mandíbulas se mueven a una velocidad lineal de 60 millas por hora, y todo su movimiento se completa en aproximadamente 1/700 del tiempo que le toma a un humano parpadear.
Sin embargo, lo que sorprendió a Larabee fue que este resultado no fue tan rápido. "En comparación con otras hormigas trampa-mandíbula, es bastante lento", dice con una sonrisa. De hecho, el movimiento de las pinzas de las hormigas Odontomachus es dos veces más rápido.
Larabee supuso que la razón de la lentitud comparativa de los golpes de mandíbula de Myrmoteras debe tener que ver con las estructuras anatómicas que los permiten, el tema de la segunda parte de su investigación.
Además del método probado y verdadero de examinar especímenes bajo un microscopio en busca de pistas sobre el funcionamiento de su sistema de trampa y mandíbula, el equipo de Larabee puso en práctica una tecnología moderna previamente no probada en el ámbito de la investigación de hormigas con trampa: Rayos X micro-CT.
Esencialmente, una versión reducida de la tomografía computarizada que puede recibir en el consultorio del médico, la técnica de micro-CT permite a los investigadores como Larabee tener una mejor idea de las estructuras internas presentes en una muestra determinada, y cómo se organizan en tres espacio dimensional
"En un entorno digital", dice Larabee, fue capaz de "mirar las estructuras y ver cómo se relacionan entre sí, y dónde se unen los músculos a la mandíbula". Él es un gran defensor de la tecnología de micro-CT, que proporciona información significativa sin dañar el espécimen. (Dado que la mejor práctica para estudiar especímenes archivados no es alterarlos, la micro-CT podría ser una gran ayuda para los colegas del museo de Larabee en el futuro).
El biólogo evolutivo y entomólogo Corrie Moreau, profesor del Field Museum of Natural History de Chicago, está entusiasmado con el rigor técnico de la investigación de Myrmoteras y sus posibles implicaciones para el campo.
"La verdadera fortaleza de este estudio de Larabee, Gronenberg y Suárez", dice, "es la diversidad de herramientas y técnicas que los autores utilizaron para comprender completamente los mecanismos empleados por este grupo de hormigas para lograr la amplificación de potencia".
Lo que Larabee encontró con su análisis de TC fue que los mecanismos de bloqueo, resorte y disparador que permiten a Myrmoteras ejecutar sus ataques de mandíbula probablemente eran significativamente diferentes de sus equivalentes en las hormigas trampa-mandíbula de otros géneros.
Lo más intrigante, tal vez, es el mecanismo de bloqueo que mantiene las mandíbulas separadas cuando no están enganchadas. Antes de un asalto, las mandíbulas de Myrmoteras están separadas por 270 grados increíbles; en Anochetus y Odontomachus, este ángulo es solo 180. Las imágenes de micro-CT arrojan algo de luz (de alta energía) sobre esto, lo que sugiere que "las palancas opuestas de dos músculos tirar de la mandíbula favorece que la mandíbula permanezca abierta, debido a la forma en que los músculos están unidos a la articulación de la mandíbula ".
La configuración de Myrmoteras es extraña. "Ese es un sistema de bloqueo que no se ve en otras hormigas trampa", dice Larabee.
Las imágenes de micro-CT de rayos X permitieron a Larabee y sus coautores vincular lo que habían observado en videos y bajo el microscopio con grupos musculares específicos dentro de las cabezas de las hormigas. En esta imagen, el azul representa el "músculo más cercano y rápido", que se cree que pone en movimiento la mandíbula, y el rojo el "músculo más cercano y lento", que finaliza el trabajo. (Fredrick Larabee y cols.) Este método de bloqueo inusual informa otro aspecto del aparato de ataque de mandíbula: el gatillo. En las cabezas de otras hormigas trampa-mandíbula, el músculo desencadenante, que proporciona a las mandíbulas su torque inicial, tiende a ser pequeño. Sin embargo, debido a la forma en que funciona el sistema de bloqueo en Myrmoteras, este desencadenante es significativamente más robusto y se distingue fácilmente en las tomografías computarizadas.
Por último, pero no menos importante, está el mecanismo de resorte que permite a las hormigas Myrmoteras almacenar la energía potencial que se convierte en energía cinética cuando se sueltan. Larabee plantea la hipótesis de que una fuente primaria de este potencial primaveral es un lóbulo en la parte posterior de las cabezas de las hormigas, que en la fotografía de alta velocidad se deforma significativamente durante los ataques. Se requiere investigación adicional, pero Larabee dice que "la deformación de la cabeza es tan grande que sospechamos que eso debe contribuir al almacenamiento de energía".
Todos estos diversos factores se unen para producir un solo golpe de Myrmoteras, similar a los ataques de otros géneros de trampa-mandíbula distantes a nivel macro pero completamente idiosincráticos a nivel micro. Y aunque los ataques de Myrmoteras no son tan fuertes como los de otras hormigas, Larabee se apresura a señalar que hacen el trabajo.
"Medio milisegundo no es nada para estornudar en términos de velocidad", dice, "y es muy rápido capturar un springtail". Incluso con su aparato más débil, las hormigas Myrmoteras generan aproximadamente 100 veces más energía con las herramientas elásticas que tienen. evolucionaron de lo que podrían a través de la acción muscular directa solo.
No está claro por qué exactamente estas hormigas desarrollaron esta capacidad, pero Larabee cree que tiene mucho que ver con sus ágiles objetivos. "Terminas con estas carreras armamentistas entre depredadores y presas", dice. “Si eres una gacela, tienes que correr rápido, y eso significa que el guepardo va a correr aún más rápido. Y sospecho que tener presas capaces de escapar muy rápidamente ", como los colémbolos, " es una buena presión para seleccionar a estos depredadores realmente rápidos ".
Moreau es optimista de que esta investigación abrirá la puerta a nuevas investigaciones sobre el mundo más grande y a menudo sorprendente de la evolución convergente.
"Con tantas hormigas y otros organismos, depender de la amplificación de potencia para capturar presas", dice, uno se pregunta: "¿De cuántas maneras puede evolucionar esta estrategia efectiva en todo el reino animal? Y este estudio se suma a nuestra comprensión de esta pregunta muy interesante ".
