Ecología Evolutiva

La estructura social de las hormigas está grabada en sus cerebros

Otorga neuronas específicas a cada miembro según su posición en la colonia

La estructura social de las hormigas está grabada en sus cerebros

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Eduardo Martínez de la Fe

Las hormigas son socialmente avanzadas porque sus cerebros están estructurados por un sistema neuronal de organización por castas: especializa las funciones de cada miembro, ya sean machos fértiles, reinas u obreras, y permite a la colonia funcionar como un superorganismo.

Una nueva investigación ha descubierto que la complejidad social de las hormigas está reflejada claramente en sus cerebros, estructurado para una organización social por castas.

Las hormigas son uno de los insectos más exitosos en la Tierra, donde llevan viviendo más de 140 millones de años. Su éxito se atribuye a su notable comportamiento social, con una clara división reproductiva del trabajo, en colonias que van desde unas docenas a 300.000 individuos.

Las colonias se componen de obreras (hembras estériles), machos fértiles y reinas (hembras fértiles). Cada reina produce hasta 350 huevos de los que, después de aproximadamente una semana, emergen larvas ápodas, que son alimentadas por la reina y atendidas por las obreras.

Debido a sus características, se ha pensado que las colonias de hormigas forman una especie de superorganismo, ya que diferentes miembros, ya sean machos fértiles, reinas u obreras, tienen cada uno de ellos trabajos específicos, lo que sugiere que sus cerebros también podrían haberse adaptado a sus funciones particulares.

Especialización neuronal

Un equipo de investigadores dirigido por BGI-Research de China ha confirmado ahora esta suposición: comprobó cómo la división social del trabajo dentro de las colonias de hormigas faraón se refleja en la especialización funcional de sus cerebros a nivel celular.

Descubrió que los cerebros de las hormigas obreras y de los machos fértiles están altamente especializados según su categoría social.

"Nuestros descubrimientos sugieren que la especialización funcional de sus cerebros parece ser un mecanismo subyacente a la división de tareas sociales entre hormigas individuales", explica en un comunicado el primer autor Qiye Li. “Los humanos aprendemos y nos preparamos para ejercer diferentes trabajos, mientras que las hormigas nacen con un papel específico en su colonia”, añade.

El equipo de investigación descubrió además que los cerebros de las hormigas obreras y machos son altamente complementarios.

Neuronas específicas

Las neuronas responsables del aprendizaje y la memoria, y del procesamiento de la información olfativa, son particularmente abundantes en hormigas obreras, mientras que la abundancia de células del lóbulo óptico, responsables del procesamiento de la información visual, es muy baja en las hormigas reina. Esta constatación sugiere que las funciones relacionadas con la visión pueden haber degenerado en hormigas reina a través de la evolución, ya que pasan la mayor parte del tiempo en un oscuro nido interior.

Esta distribución neuronal se invierte en los cerebros de las hormigas macho, donde hay abundancia de células del lóbulo óptico, pero menos neuronas para el procesamiento olfativo, el aprendizaje y la memoria.

Estas diferencias cerebrales se explican porque las hormigas obreras son responsables de todas las tareas de la colonia de hormigas, incluido el cuidado de las larvas, y necesitan cerebros que gestionen diversas funciones: disponen de células de Kenyon, neuronas que procesan información compleja. Sin embargo, las hormigas macho solo tienen una función: encontrar e inseminar a una reina virgen. Sus cerebros están adaptados a esta tarea más simple.

Cerebros complejos

El análisis también identificó cambios significativos en los cerebros de las larvas a medida que se transformaban en reinas después del apareamiento. Por ejemplo, la abundancia de células del lóbulo óptico disminuyó a medida que las larvas se adaptaron a la oscuridad del nido, mientras que las neuronas dopaminérgicas y la glía envolvente aumentaron, lo que puede explicar la fecundidad y la longevidad de las nuevas reinas.

"Este estudio nos ayuda a comprender la complejidad de los cerebros de las hormigas y cómo la especialización complementaria en los cerebros permite que las hormigas dentro de una colonia funcionen como un superorganismo", explica el profesor Guojie Zhang, coautor correspondiente del Centro de Investigación de Biología Evolutiva y Organismal, Escuela de Medicina, Universidad de Zhejiang.

Los investigadores concluyen que los cerebros de diferentes castas y sexos están especializados en diferentes direcciones y que se complementan entre sí, lo que permite que toda la colonia de hormigas realice la gama completa de funciones, incluida la reproducción, la cría, la búsqueda de alimento y la defensa.

"Esta estrategia de vida de superorganismos ha permitido que las hormigas florezcan durante millones de años de competencia y finalmente se conviertan en un grupo animal muy dominante en la Tierra", concluye Zhang.

No es cuestión de tamaño

Los investigadores también comprobaron que las hormigas socialmente avanzadas tienen un número de neuronas comparable a las de la mosca de la fruta, y que sus cerebros son más pequeños que los de muchas abejas y avispas solitarias o débilmente sociales.

Todo ello indica, según los investigadores, que la complejidad social no está relacionada, necesariamente, con cerebros más grandes, sino más bien con la especialización neuronal.

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También se sabe que los insectos poseen alrededor de 200.000 neuronas y que pueden desarrollar más procesos que un superordenador.

Referencia

A single-cell transcriptomic atlas tracking the neural basis of division of labour in an ant superorganism. Qiye Li et al. Nature Ecology & Evolution (2022). DOI:https://doi.org/10.1038/s41559-022-01784-1