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ECOLOGÍA

Un menú más variado

Las hormigas cortadoras de hojas pueden cultivar y alimentarse de diversas especies de hongos y no solo de una, tal como se creía

Hormigas cortadoras transportan hojas que serán utilizadas para el cultivo de su alimento

Brandon Martin/ Universidad Rice

Hace alrededor de 10 mil años, el desarrollo de la agricultura resultó determinante para el éxito ecológico de la especie humana, propiciando la proliferación de individuos y la ocupación de extensas áreas del planeta. Con las hormigas ocurrió un proceso similar, solo que eso fue mucho antes. Más de 50 millones de años atrás, las hormigas de la tribu Attini desarrollaron la fungicultura (el concepto de tribu hace referencia a una clasificación taxonómica entre la definición de familia y la de género). Comenzaron a utilizar hojas, flores, fragmentos de ramas y semillas como sustrato para el cultivo de hongos, la base de su alimentación.

De los 14 géneros de hormigas que conforman la tribu Attini, las más exitosas desde el punto de vista ecológico son las popularmente conocidas como cortadoras de hojas, que pertenecen a los géneros Atta y Acromyrmex (en Brasil se las denomina saúvas y quenquéns, respectivamente). Estas proliferan en todo el continente americano y construyen nidos gigantescos, con millones de ejemplares, y algunos tan extensos que llegan a ser visibles en fotografías tomadas por satélites desde el espacio.

Durante mucho tiempo, los ecólogos supusieron que el éxito de las hormigas cortadoras de hojas radicaba en el método singular de cultivar su alimento. Las cortadoras se caracterizan por utilizar hojas verdes y frescas, recién cortadas con sus potentes mandíbulas, como sustrato para sus jardines de hongos, mientras que el resto de las hormigas de la tribu Attini emplean hojas muertas y material orgánico en descomposición para producir su comida. Como en la naturaleza hay más hojas vivas que muertas, las cortadoras tendrían un mayor potencial de crecimiento poblacional que aquellas hormigas que dependen de la materia en descomposición para elaborar su alimento. La idea predominante era que, en ese sustrato verde, donde hay más nutrientes que en las hojas muertas, las cortadoras cultivaban tan solo un tipo de alimento: los hongos de la especie Leucocoprinus gongylophorus. Según la teoría más aceptada, las cortadoras de hojas habrían surgido en el transcurso de los últimos 19 millones de años y pasaron por un proceso de coevolución simbiótica con ese hongo, generando una relación de fidelidad.

Ahora, un estudio llevado a cabo por biólogos brasileños y estadounidenses que salió publicado en el mes de mayo en la revista Molecular Ecology, desestima esa concepción. “La noción de que cada grupo de hormigas cultivaba solamente una especie de hongo era una teoría consolidada. Pero nuestro estudio revela que las hormigas están abiertas a nuevas colaboraciones, y esos intercambios no alteran el éxito ecológico de las especies”, dice el farmacéutico y bioquímico Mauricio Bacci Júnior, del centro de Estudios de Insectos Sociales de la Universidade Estadual Paulista (Unesp), campus de Rio Claro, y uno de los líderes de la investigación, que involucró a siete universidades. El estudio tuvo en cuenta datos ecológicos y también genéticos de más de 40 especies de hormigas cortadoras de hojas que habitan de norte a sur en todo el continente americano.

Un estudio también refuerza la hipótesis de que las hormigas cortadoras se originaron en América del Sur

Bacci Júnior explica que el hongo L. gongylophorus, que se creía que era específico en los nidos de las Atta y Acromyrmex, se encontró también en colonias del género Trachymyrmex, que también pertenece a la tribu Attini, aunque observan un comportamiento intermedio entre las cortadoras y las no cortadoras: estas utilizan tanto hojas verdes como materia orgánica en descomposición como sustrato de cultivo. Él también pondera que al hongo que llevaba el mismo nombre de las hormigas Trachymyrmex (precisamente porque se lo consideraba un cultivo exclusivo de ese género) tal vez deba renombrárselo, al habérselo identificado recientemente en los nidos de las hormigas Atta laevigata, la cortadora de hojas conocida popularmente como hormiga culona (y en Brasil, como saúva cabeça-de-vidro). “Llegamos a la conclusión de que el éxito ecológico de las hormigas –y consecuentemente también su impacto destructivo sobre la agricultura– no puede atribuirse a la cosecha de un superhongo específico”, dice el biólogo Ulrich Mueller, de la Universidad de Texas y coautor del trabajo.

“Existe un ‘comercio’ subterráneo de hongos. Las hormigas hacen lo mismo que nosotros con los productos agrícolas: intercambian especies de hongos entre sí y seleccionan a aquellas que son más nutritivas”, compara Bacci Júnior. “En una misma región, a pocos kilómetros de distancia, puede hallarse a una misma especie de hormiga cultivando especies distintas de hongos”. La relación hormiga-hongo es simbiótica (ambos se benefician), pero todavía se conoce poco al respecto de las complejas interacciones existentes en el nido. El investigador de la Unesp comenta que el cultivo de esos hongos es de lento crecimiento en laboratorio. “La hormiga los cultiva muy bien, aún tenemos mucho que aprender de ella”.

El artículo de la Molecular Ecology cita estudios anteriores con resultados similares. El más sorprendente fue una investigación que se llevó a cabo en 2015, que contó con la colaboración de Bacci y Mueller. “Hallamos en la Amazonia a la hormiga Apterostigma megacephala, una especie rara que generalmente cultiva uno de los hongos más primitivos de vida libre conocidos, produciendo y alimentándose del hongo de las hormigas cortadoras, el L. gongylophorus”, relata el biólogo Heraldo de Vasconcelos, de la Universidad Federal de Uberlândia (UFU), uno de los autores de la investigación. “La contribución más interesante de ese trabajo fue que presentó gran cantidad de evidencias de que el proceso coevolutivo entre las cortadoras y ese hongo fue más incierto de lo que se imaginaba”, declara Vasconcelos.

Sin embargo, no se trata tan sólo de la habilidad para cultivar distintas especies de hongos lo que define el éxito ecológico de esas hormigas. Su capacidad de mantener colonias tan numerosas en áreas con clima, vegetación y suelo diversos depende también de otros dos factores: sus hábitos de higiene meticulosos y la cooperación con bacterias que eliminan hongos nocivos para el hormiguero. “Estas hormigas son muy cuidadosas y realizan asepsia de cada hoja que traen al nido, extrayendo las esporas de hongos que compiten con los que ellas cultivan”, comenta el entomólogo Odair Correa Bueno, docente de la Unesp en el campus de Rio Claro.

Alexander Mikheyev Una hormiga cortadora de la especie Atta texana en su “jardín” de hongosAlexander Mikheyev

En un experimento realizado en forma conjunta con el biólogo André Rodrigues, experto en hongos, Bueno y su equipo infectaron colonias de la especie Atta sexdens con el hongo del género Syncephalastrum. Las obreras, ni bien identificaban ejemplares del organismo nocivo, los retiraban y trasladaban a una zona de descarte, según refiere el artículo publicado en 2017 en la revista Pest Management Science. Cuando se extraían las obreras la colonia se enfermaba.

En un trabajo anterior, que también fue parte de un proyecto coordinado por el químico João Batista Fernandes, de la Universidad Federal de São Carlos (UFSCar), Bueno y Stelamaris B. Ribeiro habían comprobado que las bacterias presentes en las hormigas cortadoras Trachymyermex producen compuestos que actúan contra hongos invasores como los del género Escovopsis, que compiten con los que ellas cultivan en los jardines de los hormigueros. “Las hormigas cortadoras poseen una microbiota que les ayuda a defenderse contra otros organismos”, comenta. “Por eso es que hasta ahora no se ha podido hallar una estrategia de control biológico para esas hormigas”.

Un antepasado sudamericano
El estudio publicado en la Molecular Ecology también apuntaló la hipótesis de que la especie antecesora de las cortadoras sería una hormiga sudamericana. “El origen más probable de una especie es aquel sitio donde existe mayor biodiversidad. Esa es la razón del surgimiento de esa teoría”, explica Bacci. Estudios realizados por el argentino Nikolai Kuznezov en 1963, y Harold Fowler, de la Unesp de Rio Claro, en 1983, sostenían que el origen de las hormigas cortadoras de hojas habría sido la zona meridional de América del Sur (sur de Brasil, Argentina, Uruguay y Paraguay).

En 2016, un estudio que publicó en la revista PLOS ONE el biólogo Maykon Passos Cristiano, del Laboratorio de Genética Evolutiva y de Poblaciones de la Universidad Federal de Ouro Preto (Ufop), arribó a una conclusión similar. “En términos evolutivos, la primera especie de hormiga cortadora en separarse del resto de sus congéneres de la tribu Attini habría sido la Acromyrmex striatus (hormiga colorada podadora), que abunda en esos ambientes más secos y abiertos de América del Sur”, dice Passos Cristiano.

Paul Davison/ Universidad del Norte de Alabama El hongo que cultivan las hormigas del género Trachymyrmex (arriba), que se consideraba exclusivo de ese grupo, se halló entre las cortadoras de la especie Atta laevigata laboreroPaul Davison/ Universidad del Norte de Alabama

Investigaciones recientes venían testeando otra teoría: la que afirma que las hormigas cortadoras habrían surgido en ambientes más húmedos, posiblemente la Amazonia o América Central. Esa es, por ejemplo, la hipótesis que avala un estudio de 2017 efectuado por científicos del Instituto Smithsonian, de Estados Unidos. Empero, para Mueller, lo exhaustivo del trabajo actual realizado en colaboración con el grupo de la Unesp deja poco margen para la duda: “Nuestra extensa colección de hongos de hormigas cortadoras abona fuertemente la hipótesis de Kuznezov y Fowler”, dice Mueller.

Estas conclusiones surgen de estudios genéticos de las muestras de hongos recolectados desde Argentina hasta Estados Unidos. También se usaron 2.500 muestras de más de 40 especies de hormigas cortadoras, conservadas en etanol a -80 ºC en los laboratorios de Bacci, en la Unesp, y de Mueller, en Austin, Texas. Para determinar la filogenia, es decir, la relación evolutiva entre los individuos, se sometió a las muestras a diversos test de secuenciación del ADN. “Esta metodología se utiliza con frecuencia en aquellos trabajos evolutivos que procuran entender las relaciones de parentesco y diversificación de especies o linajes. Lo que hay que destacar de ese trabajo es la asombrosa cantidad de material biológico que se utilizó”, pondera Cristiano, de la Ufop, quien no participó en el artículo publicado en la Molecular Ecology.

“Los estudios de tal envergadura solo pueden concretarse gracias al esfuerzo de equipos multidisciplinarios y multilaboratoriales, apelando a una amplia cooperación internacional”, resalta el entomólogo Jacques Hubert Charles Delabie, de la Universidad Federal de Bahía (UFBA). Para él, el acceso a muestras bien distribuidas geográficamente en dos continentes, que han sido analizadas por científicos de varias disciplinas, aporta certeza a las conclusiones. “Este estudio conjuga todo el conocimiento que se haya publicado sobre esos temas y hay muchas publicaciones, dado que esta es un área extremadamente dinámica”, dice.

Potencial comercial
La bióloga Mariane Aparecida Nickele, quien realiza una pasantía de posdoctorado en la Universidad Federal de Paraná (UFPR), espera que también se realicen estudios tan minuciosos como ese con otros microorganismos que viven asociados con las hormigas. “Hay otros microorganismos que forman parte de ese sistema, tales como el hongo parásito del género Escovopsis, bacterias filamentosas como la Pseudonocardia, y la levadura negra del género Phialophora”, dice Nickele. Según la bióloga, aún es necesario comprender el papel de esos microorganismos en la simbiosis con las hormigas, porque ellos podrían resultar útiles para el descubrimiento de nuevas moléculas de interés médico o industrial. “Si logramos entender la ‘tecnología agrícola’ de estas hormigas podremos producir en laboratorio sustancias químicas de interés comercial”, dice Bacci. Sus hongos, según el investigador, logran transformar la biomasa vegetal en sustancias de la clase de los polioles, como son el sorbitol y el arabitol, que poseen alto valor de mercado y se utilizan, preponderantemente, como endulzantes artificiales.

Para confirmar esas posibilidades deben efectuarse otros estudios. Según Bacci y Mueller, aún deben mapearse las poblaciones de hormigas cortadoras de Sudamérica con la misma densidad que las de América Central y América del Norte, para generar un panorama completo de la biogeografía de asociaciones entre hongos y hormigas en el continente. “Estimamos que los mayores avances en la comprensión de la evolución de la hormiga cortadora surgirán a partir de estudios adicionales de especies de América del Sur”, calcula Mueller.

Proyectos
1. Procesamiento de sustratos por hormigas Attini: Dinámica y cooperación metabólica con microorganismos (nº 14/25507-3); Modalidad Ayuda a la Investigación – Regular; Investigador responsable Mauricio Bacci Júnior (Unesp); Inversión R$ 224.987,87
2. Estudios integrados para el control de hormigas cortadoras (nº 12/25299-6); Modalidad Proyecto temático; Investigador responsable João Batista Fernandes (UFSCar); Inversión R$ 4.042.561,80 (para la totalidad del proyecto)

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