Descubren los primeros insectos con una armadura similar a una concha

armadura de la hormiga Acromyrmex echinatior

Las hormigas cortadoras de hojas tienen una armadura biomineral rica en magnesio que esperarías ver en los crustáceos en lugar de en los insectos

A lo largo de la historia evolutiva, muchos animales han incorporado biominerales calcáreos, en particular los crustáceos con sus característicos caparazones. Sorprendentemente, este tipo de protección nunca antes se había visto en insectos, que pertenecen al mismo grupo que los crustáceos; ambos son clases de artrópodos.

Pero los científicos han encontrado ahora la primera evidencia de calcita con alto contenido de magnesio en la armadura que superpone los exoesqueletos de las hormigas cortadoras de hojas (Acromyrmex echinatior).

Granjero de bacterias blindado

Durante varios años, Cameron Currie, profesor de bacteriología de la Universidad de Wisconsin-Madison, ha estado estudiando la bacteria Streptomyces. Currie y sus colegas demostraron que estos microbios brindan a las hormigas cortadoras de hojas protección contra las infecciones, lo que sugiere que tanto las hormigas como su microbioma podrían convertirse en una nueva fuente de antibióticos. Teniendo en cuenta el alarmante aumento de bacterias resistentes a los antibióticos, esta investigación es extremadamente importante, quizás incluso crucial.

Mientras estudiaban las hormigas cortadoras de hojas en un esfuerzo por identificar lo que los insectos podrían dar a cambio de la protección que reciben, Hongjie Li, un científico postdoctoral en el laboratorio de Currie, descubrió cristales en la superficie de los exoesqueletos. En una inspección más cercana, resultó que los cristales eran biominerales, los primeros que se han encontrado en el mundo de los insectos.

La mañana en que Li realizó las radiografías de las hormigas, no podía creer lo que veía. "Le envié un mensaje de texto a Cameron de inmediato diciendo 'Encontré una hormiga de roca'. Todavía puedo sentir el momento de alegría en este momento", dijo Li.

Experimentos posteriores de síntesis in vitro y de cría en vivo mostraron que la armadura de calcita rica en magnesio se desarrolla a medida que las hormigas maduran, lo que aumenta la dureza de sus exoesqueletos.

El alto contenido de magnesio de la armadura es particularmente emocionante, me dijo Currie, porque es muy raro en la biosfera. "Entonces, nuestras hormigas tienen una armadura realmente única y fuerte", agregó el investigador.

Las hormigas obreras con exoesqueletos biomineralizados tenían más probabilidades de sobrevivir a los encuentros con las hormigas soldado Atta cephalotes, según las observaciones realizadas por los investigadores. Además, la armadura también ofrecía protección contra la infección del hongo Metarhizium anisopliae causante de la enfermedad.

hormiga Acromyrmex echinatior

Imagen: Soldado de Atta cephalotes, la casta obrera más grande dentro de las colonias de hormigas cortadoras de hojas, extendiendo sus mandíbulas sobre una obrera Acromyrmex echinatior. Las obreras principales de Acromyrmex echinatior tienen una capa de calcita con alto contenido de magnesio que actúa como armadura, protegiéndolas de los ataques de especies de hormigas rivales. Crédito: Caitlin M. Carlson.

Aparentemente, hay bastantes razones por las que tal armadura debe haber sido favorecida por la selección natural. Pero curiosamente, los investigadores comparan el cultivo bacteriano de las hormigas con la agricultura humana.

"Las hormigas cortadoras de hojas evolucionaron hace unos 20 millones de años y son ecológicamente dominantes en los trópicos del nuevo mundo. Su éxito es paralelo al importante papel que desempeña la agricultura en el aumento del dominio humano sobre el planeta durante los últimos 10.000 años. Hay otros paralelos entre estas hormigas y los agricultores humanos. Al igual que los patógenos de los cultivos que causan pestilencia en la historia de la agricultura humana, los cultivos de hormigas son altamente susceptibles a patógenos especializados que han evolucionado para explotarlos. Así como los seres humanos dependen de los productos químicos para defender nuestros cultivos, las hormigas han desarrollado el uso de bacterias para obtener antibióticos para controlar la infección de los cultivos", dijo Currie.

"Nuestro hallazgo de una armadura biomineral en una hormiga cortadora de hojas proporciona otro nuevo y emocionante paralelo con los humanos: la evolución de la armadura protectora para participar en guerras con otros agricultores", agregó.

Puede haber más insectos con armadura biomineral. Una de las razones por las que no son comunes es porque la mayoría de los insectos ya tienen un duro y resistente exoesqueleto, que generalmente ofrece suficiente protección. En el futuro, a Currie y sus colegas les gustaría estudiar con más detalle cómo se forma el biomineral, así como los orígenes evolutivos de la armadura en las hormigas que crecen en los jardines de hongos.

El nuevo estudio ha sido publicado en Nature Communications: Biomineral armor in leaf-cutter ants

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