Frente a los desafíos ambientales, un tipo de hormiga mejora en el cultivo de alimentos y una especie de avispa africana puede volverse más cooperativa.
por Vedrana Simičević, Horizon: la revista de investigación e innovación de la UE
Armados con linternas y pinzas, el ecologista evolutivo estadounidense Jonathan Shik y su equipo pasaron más de 100 horas tirados en el suelo de un bosque tropical en Panamá observando a las hormigas cortadoras de hojas haciendo su trabajo.
Primero, los investigadores querían aprender sobre las rutas y preferencias de alimentación de las hormigas. Luego, con las pinzas, extraían de las mandíbulas de las hormigas pequeños trozos de plantas y los colocaban en “bolsas de evidencia” especialmente marcadas.
Pequeños agricultores
Este trabajo de campo laboriosamente lento fue necesario para responder a uno de los misterios sobre las hormigas: ¿cómo evolucionaron estos insectos de cerebro diminuto para convertirse en granjeros de gran éxito en un entorno en constante cambio?
“Las hormigas desarrollaron la agricultura simplemente por selección natural , sin los beneficios de la tecnología o la cultura”, dijo Shik, quien dirigió un equipo de la Universidad de Copenhague en Dinamarca y el Instituto Smithsonian de Investigaciones Tropicales en Panamá. “Las hormigas han prosperado a lo largo de 60 millones de años de cambio climático global. Los humanos han estado cultivando durante solo 10.000 años y la sostenibilidad de nuestros sistemas está amenazada”.
Hay decenas de especies de hormigas cortadoras de hojas y todas ellas cosechan trozos de vegetación fresca, eligiendo cuidadosamente entre muchas especies de plantas.
De vuelta en el nido, convierten el material vegetal recolectado en una especie de abono y lo usan para cultivar su propio tipo de hongo domesticado. Esto a su vez se convierte en un alimento que comen las hormigas.
El comportamiento es similar a las prácticas agrícolas de la humanidad. Pero mientras la agricultura humana lucha para hacer frente a las variaciones climáticas, las hormigas cortadoras de hojas logran cultivar sus hongos en una variedad de entornos desde Argentina hasta el estado estadounidense de Texas.
Con el fin de comprender esta resiliencia agrícola, Shik y su equipo realizaron una combinación de investigación de campo y experimentos de laboratorio durante un proyecto de la UE de cinco años llamado ELEVATE . La iniciativa estuvo vigente desde febrero de 2018 hasta enero de 2023.
Foco fúngico
“Este cultivo de hongos tiene ciertas necesidades nutricionales de componentes como nitrógeno, fósforo y calcio, por lo que descubrir cómo las hormigas seleccionan la nutrición adecuada para sus hongos en cientos de especies de árboles en una selva tropical fue una parte clave de la investigación”, dijo Shik.
En el campo, los científicos también recolectaron muestras del cultivo de hongos de nidos subterráneos de hormigas para su análisis.
“Estas bolas de hongos, que se asemejan a pequeños cerebros, se pueden encontrar en las pequeñas cámaras en forma de cueva en el interior de los nidos”, dijo Shik. “Normalmente usábamos una cuchara para retirar con cuidado las piezas pequeñas”.
De vuelta en el laboratorio de la Universidad de Copenhague, el equipo instaló alrededor de 150 colonias de hormigas artificiales, imitando diferentes temperaturas y humedad en cámaras especiales con clima controlado. Los investigadores desarrollaron combinaciones de nutrientes para que las hormigas los recolecten y lleven a estos nidos artificiales.
Al analizar los cultivos de hongos producidos, el equipo pudo comprender qué mezclas nutricionales son óptimas para los hongos. Los hallazgos del laboratorio coincidieron con una combinación de nutrientes que las hormigas recolectan en el bosque panameño.
“Lo que vimos, por ejemplo, es que demasiada proteína en la dieta es tóxica para el hongo”, dijo Shik. “Entonces, cuando ofrecimos dietas ricas en proteínas a las hormigas en el laboratorio, preferían dejar que su jardín de hongos muriera de hambre antes que llevar estos nutrientes al nido”.
Asistencia de oruga
También exploraron cómo esta simbiosis avanzó con el tiempo.
En comparación con sus ancestros más primitivos, las hormigas cortadoras de hojas cultivan hongos más nutritivos. Pero su cultivo ha desarrollado necesidades nutricionales más específicas, y se vuelve cada vez más dependiente de las hormigas agricultoras para proporcionar las condiciones de crecimiento adecuadas.
El proyecto tuvo resultados clave publicados en la revista Nature Ecology and Evolution , y los descubrimientos inesperados están inspirando más investigaciones.
Por ejemplo, el equipo ahora está tratando de averiguar por qué algunas hormigas cultivadoras de hongos usan pedazos de excremento de oruga para fertilizar su cosecha.
Los investigadores sospechan que algunas hojas de la selva tropical contienen sustancias químicas tóxicas, que son eliminadas por la digestión de una oruga.
Avispas no tribales
En África, otro tipo de insecto se ve obligado a adaptar su comportamiento social a las variaciones climáticas.
El biólogo inglés Patrick Kennedy de la Universidad de Bristol en el Reino Unido ha pasado los últimos dos años en diversos paisajes africanos para averiguar si las diferencias climáticas impulsan un comportamiento más altruista entre las avispas.
En el mundo animal, los individuos suelen ayudar a sus parientes con los mismos genes. Pero algunos hallazgos recientes sugieren que en las zonas templadas, lugares como Europa con distintos cambios estacionales de invierno y verano, las avispas no relacionadas trabajan juntas con más frecuencia que las que viven en los trópicos.
Los investigadores creen que las zonas templadas obligan a las avispas a hibernar en el invierno y, una vez que termina la hibernación, pierden con mayor frecuencia el contacto con sus parientes cercanos. Para sobrevivir y prosperar, las avispas no tienen más remedio que trabajar con individuos que no necesariamente tienen los mismos genes.
Este comportamiento aparentemente es menos frecuente en áreas tropicales donde las avispas pueden construir nidos durante todo el año.
A través de un proyecto llamado WaspCLIM , Kennedy ha estado investigando el comportamiento social de una especie de avispa africana que se encuentra en una amplia gama de condiciones climáticas. La iniciativa comenzó en enero de 2021 y se extenderá hasta finales de este año.
Kennedy se asoció con científicos africanos para llevar a cabo experimentos de campo en la zona tropical de Camerún y en Sudáfrica, con mayor diversidad climática, donde las temperaturas invernales pueden descender hasta los 15 °C. El grupo incluía expertos de las universidades de Yaundé y Douala en Camerún.
Alas y picaduras
En el campo, los científicos marcaron cientos de avispas con diferentes sistemas de colores. Pusieron entre uno y tres puntos en el ala izquierda como código para un nido específico, mientras que una marca en el ala derecha indicaba un individuo específico.
También tomaron una pequeña pieza de una de las patas de la avispa para una muestra de ADN.
“Normalmente sacamos las avispas del nido, una por una, con fórceps, usando guantes de goma”, dijo Kennedy. “Hay que tener mucho cuidado de no molestarlos, pero aún así nos pican bastante”.
Cuando todo estuvo listo, los investigadores ofrecieron a las avispas la oportunidad de trabajar juntas o renunciar a la cooperación. Eso significaba construir su propio nido o actuar como subordinados en otro, todo mientras sus elecciones de comportamiento eran rastreadas con cámaras de investigación.
Curiosidad local
Los experimentos a menudo atrajeron la atención de los lugareños curiosos.
En una aldea de la región este de Camerún, un hombre se acercó a Kennedy y le pidió ayuda para eliminar las avispas de la casa de su abuela. Cuando Kennedy llegó allí, obtuvo más de lo que esperaba.
“En Camerún, las avispas se consideran una defensa contra las brujas”, dijo Kennedy. “La abuela se dejó llevar y terminó con más de 20 nidos de avispas en la casa”.
En lo que resultó ser un resultado de ganar-ganar, felizmente retiró los nidos y los usó para la investigación.
Las avispas son insectos particularmente interesantes porque, a diferencia de las abejas que se portan bien, su comportamiento se parece más al de las personas, según Kennedy. Por ejemplo, los nidos de avispas están llenos de dramas familiares, traiciones y luchas por el poder.
Dicho esto, las avispas también pueden ser muy útiles para los humanos.
“La ciencia ha demostrado que los factores climáticos influyen en la cooperación animal”, dijo Kennedy. “Las avispas son ventanas perfectas para ver cómo ocurre esto”.
El equipo está explorando qué impulsa las elecciones de las avispas mientras busca usarlas como aliados potenciales en la lucha contra las plagas de cultivos en África.
