De obreras a reinas: la lucha por el trono en el reino de las hormigas

Las hormigas de la especie Harpegnathos saltator pueden pasar de obreras a reinas por la mediación de una proteína conocida como Kr-h1, un hallazgo que podría tener implicaciones en la comprensión de la plasticidad cerebral de otros animales superiores

Obrera de la especie de hormiga Harpegnathos saltator en pose agresiva (con las mandíbulas abiertas)

Obrera de la especie de hormiga Harpegnathos saltator en pose agresiva (con las mandíbulas abiertas)

Foto: Karl Glastad (Berger Lab)

13 de noviembre de 2021, 16:00 | Actualizado a

“Los cerebros de los animales son plásticos; es decir, pueden cambiar su estructura y función en respuesta a su medio ambiente”, explica Roberto Bonasio, experto en biología celular y del desarrollo en la Facultad de Medicina de la Universidad Perelman de Pensilvania.

Bonasio es autor de un artículo que bajo el título Kr-h1 maintains distinct caste-specific neurotranscriptomes in response to socially regulated hormonesse publica esta semana en la revista Cell, y en el que se informa del descubrimiento de una proteína llamada Kr-h1 (homólogo 1 de Krüppel) responsable de una compleja transición social en la que las hormigas de la especie Harpegnathos saltator pueden pasar de ser simples obreras a un estado de reina conocido como "gamergate". Una gamergate es una hormiga obrera que se desarrollará como hembra y que puede reproducirse sexualmente, es decir, poner huevos fertilizados.

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“Este proceso es crucial para la supervivencia de estas colonias de hormigas, pero hasta el momento los mecanismos moleculares que lo controlaban se desconocían completamente", continúa Bonasio. "De hecho, este tipo de cambios también tienen lugar en los seres humanos; piense en los cambios de comportamiento que tienen lugar durante la adolescencia. Lo que ahora hemos determinado es que en las hormigas de la especie Harpegnathos saltator una proteína llamada Kr-h1 es la encargada de frenar la plasticidad del cerebro al prevenir la activación genética inapropiada".

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Bonasio y sus colegas querían comprender cómo la activación o desactivación de ciertos genes afecta a la función y el comportamiento del cerebro animal, algo para lo que los adultos de Harpegnathos se mostraban como candidatos idóneos de estudio, ya que pueden pasar de ser obreras a hormigas reinas. En una comunidad de hormigas, las obreras mantienen la colonia encontrando comida y luchando contra los invasores, mientras que la tarea principal de la reina es poner huevos. Sin embargo, las instrucciones genéticas que dan lugar a estos roles y comportamientos sociales tan diferentes son las mismas en ambos casos.

Para averiguar las alteraciones moleculares subyacentes a este cambio de rol, el equipo de investigación, dirigido por los coautores del estudio Janko Gospocicy Karl Glastad, desarrolló un método para aislar las neuronas de las hormigas y mantenerlas vivas en el laboratorio. Esto permitió al equipo explorar cómo respondían las células a los cambios en su entorno, incluidos los niveles hormonales.

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Entre los resultados de los experimentos, los autores encontraron que concretamente dos hormonas, la hormona juvenil y la ecdisona, presentes en diferentes niveles en los cuerpos tanto de las obreras como de las gamergates, produjeron patrones distintos de activación genética en los cerebros de las dos castas. Sin embargo, la mayor sorpresa de todas fue que ambas hormonas influyeron en las células activando una sola proteína, Kr-h1.

"Esta proteína regula diferentes genes en las obreras y las gamergates y evita que las hormigas realicen comportamientos 'socialmente inapropiados'", comenta Berger. "Es decir, se requiere que Kr-h1 mantenga los límites entre las castas sociales y para garantizar que las obreras continúen trabajando mientras las gamergates continúan actuando como reinas".

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“No habíamos anticipado que la misma proteína podría silenciar diferentes genes en los cerebros de diferentes castas y, como consecuencia, suprimir el comportamiento antagónico en obreras y gamergates, especifica Bonasio por su parte. “Pensamos que estos roles se asignarían en base a dos o más factores diferentes, cada uno de ellos solo presente en uno u otro cerebro, sin embargo, Kr-h1 es el único factor implicado”, añade.

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Los hallazgos revelan roles importantes para las hormonas reguladas socialmente en las hormigas y la implicación de la genética en la capacidad de los cerebros de los animales para cambiar de casta social. “El mensaje clave es que, al menos en las hormigas, múltiples patrones de comportamiento se especifican simultáneamente en el genoma y que la regulación genética puede tener un gran impacto en qué comportamiento lleva a cabo ese organismo”, explica Berger. “En otras palabras, las partes tanto del Doctor Jekyll como del Señor Hyde ya están escritas en el genoma; todos pueden desempeñar cualquiera de los dos roles, dependiendo de qué interruptores genéticos estén activados o desactivados".

Las partes tanto del Doctor Jekyll como del Señor Hyde ya están escritas en el genoma; todos pueden desempeñar cualquiera de los dos roles, dependiendo de qué interruptores genéticos estén activados o desactivados

Los investigadores creen que las implicaciones de su estudio pueden ir mucho más allá de la comprensión de la plasticidad del comportamiento en hormigas y otros insectos. "Es tentador especular que las proteínas relacionadas podrían tener funciones comparables en cerebros más complejos, incluido el nuestro", aventura Bonasio. "El descubrimiento de estas proteínas podría permitirnos algún día restaurar la plasticidad de los cerebros que la han perdido, por ejemplo, cerebros envejecidos".

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El descubrimiento de que un solo factor puede suprimir diferentes conjuntos de genes y comportamientos en diferentes cerebros plantea preguntas importantes sobre cómo se podría regular la función dual de esta proteína y otras similares. En estudios futuros, los investigadores planean indagar en el papel de Kr-h1 en otros organismos, y expresan que también les gustaría explorar cómo el medio ambiente impacta en la regulación genética a nivel epigenético, a través de la presencia o ausencia de ciertas marcas químicas en el ADN, y cómo esto, a su vez, afecta la plasticidad y el comportamiento del cerebro.

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