Este órgano "inútil" determina qué hormigas se convierten en grandes soldados

Las colonias de hormigas han desarrollado algunos rasgos colectivos sorprendentes a lo largo de los 150 millones de años más o menos, que han arrasado la Tierra. Las hormigas de fuego se unen para formar balsas terriblemente efectivas, por ejemplo, y algunas hormigas del ejército parecen construir instintivamente puentes de hormigas perfectamente eficientes para recolectar alimentos.

Estos insectos también parecen tener la capacidad de controlar sus poblaciones, manteniendo una proporción establecida de soldados a trabajadores. Cómo surgieron tales sistemas de castas de hormigas es un misterio para los entomólogos, pero un estudio publicado en Nature revela que si una hormiga se convierte en soldado o en trabajador tiene que ver con un órgano que durante mucho tiempo se consideró inútil: los discos de ala.

"Estos sistemas de castas son uno de los principales fenómenos inexplicables de la evolución fenotípica", dice Scott Powell, un biólogo de hormigas de la Universidad George Washington en Washington DC. "Este estudio realmente identifica el principal centro de control subyacente que produce estas castas".

Los discos de ala, pequeñas bolsas de células, están destinados a convertirse en alas de una reina, pero crecen en las larvas y luego mueren durante la metamorfosis para producir soldados sin alas. El estudio muestra que estos discos de ala rudimentarios no son tan rudimentarios después de todo, sino que afectan el desarrollo de las larvas de hormigas.

"El punto realmente importante sobre este trabajo es que los órganos rudimentarios y las estructuras vestigiales, que durante mucho tiempo se creía que no tenían función, en realidad podrían tener funciones de señalización importantes durante el desarrollo", dice el biólogo evolutivo del desarrollo Ehab Abouheif de la Universidad McGill, autor principal de nuevo estudio (Descargo de responsabilidad: hablé con Abouheif sobre su investigación antes de la publicación y me ha incluido en los agradecimientos del artículo).

Las larvas de soldados en desarrollo producen discos de ala grandes y rudimentarios, mientras que las larvas de los trabajadores no. Anteriormente se pensaba que simplemente se extinguía durante la metamorfosis, los discos de las alas aparentemente tienen cierta influencia en el crecimiento de otras partes del cuerpo.

"[Los discos de las alas] se hacen bastante grandes, es algo sorprendente", dice Diana Wheeler, una bióloga de hormigas de la Universidad de Arizona que ha estudiado la determinación de las castas de hormigas desde la década de 1980. “Evidentemente, no es algo de lo que la evolución simplemente se olvidó de deshacerse. Parece que se está utilizando para algo ".

La función aparente de los discos del ala de las larvas de hormigas tiene implicaciones significativas para la historia evolutiva del insecto. Las primeras hormigas produjeron colonias con una reina alada y una casta de trabajadores sin alas, y posteriormente, en varios linajes independientes, la casta de trabajadores se diferenciaron aún más en subcastas. En Pheidole, un género hiperdiverso que incluye más de 1, 000 especies de hormigas, la casta obrera se divide en trabajadores menores y soldados. Los soldados tienen cabezas desproporcionadamente grandes que usan para la defensa y el procesamiento de semillas, mientras que los trabajadores menores representan del 90 al 95 por ciento de la colonia y realizan tareas como la cría y la búsqueda de alimento.

Los estudios de Wheeler de la década de 1980 demostraron que las hormigas Pheidole pueden regular la proporción de trabajadores menores y soldados en la colonia. Una forma en que funciona esta regulación es a través de una feromona inhibidora, un hidrocarburo cuticular, hecha por los soldados que suprime el desarrollo de soldados en las larvas si los soldados exceden aproximadamente el cinco por ciento de la población de la colonia.

Para investigar la relación entre los discos del ala y el subcasto de soldados, Abouheif y su equipo derribaron un gen llamado vestigial, que hace que las células del disco del ala mueran muy temprano en el desarrollo. Derribar el vestigio en las larvas destinadas a los soldados redujo el tamaño de la cabeza y el tamaño del cuerpo de los animales, produciendo trabajadores menores, mientras que derribar el vestigio en los trabajadores menores no produjo ningún efecto.

Luego, el equipo crió larvas destinadas a soldados con poblaciones adultas de trabajadores menores del 100 por ciento o con soldados del 100 por ciento. Con un 100 por ciento de trabajadores menores en la colonia, las larvas produjeron soldados. Pero con el 100 por ciento de los soldados, que emitían la feromona de hidrocarburos cuticulares, el tamaño rudimentario del disco del ala de las larvas se redujo significativamente y produjo hormigas adultas con cabezas y cuerpos más pequeños.

Por supuesto, el hecho de que los órganos afecten el desarrollo de otros órganos dentro del cuerpo no es nuevo. Experimentos previos en insectos han demostrado que las alas en desarrollo compiten por nutrientes y factores de crecimiento, por ejemplo. El daño a un ala en desarrollo puede producir señales que retrasan el desarrollo en todo el cuerpo, lo que permite que el tiempo del disco se recupere para que el crecimiento pueda proceder de una manera adecuadamente coordinada.

Lo sorprendente aquí, según el primer autor Rajendhran Rajakumar, es que en lugar de competir, el ala rudimentaria en realidad promueve el crecimiento de la cabeza en el subcasto de soldados. "Es aún más sorprendente basado en el hecho de que este tejido no se forma realmente en los adultos. Es rudimentario, por lo que realmente no esperábamos encontrar el tipo de resultados que obtuvimos cuando lo perturbamos ”, dice Rajakumar, quien trabajó en el laboratorio de Abouheif en McGill y ahora es investigador en Harvard.

Las hormigas contrastan con otros insectos sociales como las abejas y las avispas, que no han desarrollado polimorfismos de los trabajadores. Todas las abejas reina y trabajadora tienen alas, y "si estás haciendo un ala que debe volar, no puedes jugar mucho con su crecimiento, por lo que el crecimiento de esos discos es muy limitado", explica Abouheif. Eso puede explicar por qué las abejas obreras, a diferencia de las hormigas, nunca se diferenciaron evolutivamente en subcastas.

No hay muchos ejemplos conocidos de órganos rudimentarios o vestigiales que impulsen la innovación evolutiva. Además de los discos de ala, otra posibilidad intrigante es el ovario de un trabajador larval de abejas melíferas, que es tan grande como el de una reina durante las primeras etapas de desarrollo. No está claro por qué los trabajadores de las abejas melíferas necesitan ovarios, ya que nunca se reproducirán, dice Mary Jane West-Eberhard, bióloga evolutiva del Instituto Smithsonian de Investigaciones Tropicales.

"Entonces la pregunta sería: ¿es importante para el desarrollo normal de los trabajadores tener el ovario presente en la larva temprana?", Pregunta. Solo la investigación futura lo dirá.

"Espero que este trabajo lleve a las personas a ver lo que piensan de los órganos vestigiales de una manera diferente, y que traten de investigar lo que esas cosas están haciendo realmente, en lugar de simplemente descartarlas como algo sobrante", dice Abouheif. "Creo que en realidad están jugando papeles mucho más grandes de lo que habíamos pensado anteriormente".