Un pequeño ajuste en la activación de una proteína podría convertir a una hormiga obrera común en una reina reproductora, determina una nueva investigación.

Si bien la mayoría de las especies de hormigas nacen en una casta particular en su colonia, con poca o ninguna habilidad para ascender en la escala social, la hormiga saltarina de Jerdon (Harpegnathos saltator) es algo diferente.

Cuando una reina de esta especie muere, los trabajadores de la colonia se enfrentan a duelo por quién ocupa su lugar. Las hormigas que finalmente resultan victoriosas se convierten en lo que se conoce como “gamergates”. Dejando a un lado su trabajo de búsqueda de alimento, estos individuos, en cambio, dan órdenes a otras hormigas y pasan su tiempo reproduciéndose y poniendo huevos, esencialmente asumiendo el papel de la reina.

Estudios anteriores han demostrado que la transición viene con cambios en el cerebro de la hormiga, incluidas diferentes expresiones genéticas, diferentes niveles hormonales y diferentes composiciones celulares. Estas hormigas reinantes también viven unas cinco veces más que otras hormigas obreras.

Pero, ¿qué desencadena exactamente esta increíble transformación de la mediana edad? Hasta ahora, ha sido principalmente un misterio.

Roberto Bonasio, biólogo de la University of Pennsylvania, dijo en un comunicado:

“Los cerebros de los animales son plásticos, es decir, pueden cambiar su estructura y función en respuesta al medio ambiente. Este proceso, que también tiene lugar en el cerebro humano, piense en los cambios de comportamiento durante la adolescencia, es crucial para la supervivencia, pero los mecanismos moleculares que lo controlan no se comprenden completamente”.

Para explorar más la idea de la plasticidad del cerebro, Bonasio y sus colegas llevaron a cabo una serie de experimentos con hormigas saltarinas de Jerdon, en los que sus neuronas estaban expuestas a diferentes niveles de hormonas.

El equipo centró su atención en dos hormonas, en particular la hormona juvenil III (JH3) y la hormona ecdiesteroide 20-hidroxiecdisona (20E). Se cree que ambos regulan el comportamiento social de las hormigas e incluso de algunos otros insectos sociales, como las abejas.

Una hormiga obrera (Harpegnathos saltator) fotografiada en una exhibición agresiva (mandíbulas abiertas) dirigida al fotógrafo. Crédito: Karl Glastad (Berger Lab)

De obrera a reina

En el estudio actual, cuando se inyectaron cerebros de hormigas con un análogo de JH3, los autores encontraron que disminuyó su actividad de caza. Por otro lado, cuando se inyectó 20E en el cerebro, estimuló la activación de los ovarios.

Los hallazgos sugieren que hay algo en las vías de señalización de estas hormonas que determina el cambio de una casta social a otra. Pero, ¿qué es el interruptor en sí?

Aislando neuronas específicas en los cerebros de las hormigas, los investigadores probaron cómo este mecanismo podría funcionar con más detalle en el laboratorio. En última instancia, ambas hormonas sociales parecieron influir en las neuronas de las hormigas activando un único factor proteico, conocido como el homólogo 1 de Krüppel (Kr-h1).

Kr-h1 es una especie de interruptor de luz, y las hormonas son los dedos, que activan o desactivan el estado del cerebro del trabajador o el estado del cerebro del jugador.

Específicamente, estas hormonas parecen afectar a qué genes Kr-h1 finalmente se unen dentro de la célula neuronal.

Para el nivel de hormonas que se observa en las hormigas obreras, Kr-h1 parece unirse y reprimir los genes asociados con los gamergates. Mientras tanto, para el nivel de hormonas que se observa en las puertas de juego, la proteína parece reprimir las vías genéticas basadas en los trabajadores.

Ilustración que muestra la hormiga con huevos. Crédito: Tim Christopher, basado en fotografías de Brigitte Baella y Karl Glastad

“Metamorfosis”

Cuando esta proteína se elimina por completo de las neuronas de las hormigas, los investigadores encontraron que las hormigas gamergate comenzaron a actuar como trabajadoras y las hormigas obreras comenzaron a actuar como gamergates.

Bonasio agregó:

“No habíamos anticipado que la misma proteína podría silenciar diferentes genes en los cerebros de diferentes castas y, como consecuencia, suprimir el comportamiento de los trabajadores en las puertas de juego y el comportamiento de las puertas de juego en los trabajadores. Pensamos que estos trabajos se asignarían a dos o más factores diferentes, cada uno de ellos solo presente en uno u otro cerebro”.

Ilustración que muestra cómo el represor transcripcional Kr-h1 estabiliza la identidad de casta al suprimir los comportamientos sociales inapropiados. Crédito: Roberto Bonasio, basado en fotografías de Brigitte Baella y Karl Glastad

Si bien los resultados ciertamente sugieren que hay dos hormonas sociales principales que controlan el comportamiento de casta en las hormigas saltarinas de Jerdon y que esto se hace a través de un solo factor de proteína, necesitaremos más investigación para demostrar que esto es así.

Además, los autores del estudio quieren investigar si el papel de Kr-h1 existe en otros organismos sociales que comparten hormonas neurológicas similares.

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Sin embargo, por ahora, el mensaje clave es que parece haber múltiples comportamientos posibles escritos en el genoma de la hormiga, y la regulación genética puede afectar qué comportamiento finalmente se hace cargo.

Shelley Berger, epigenética de la University of Pennsylvania, dijo en un comunicado:

“En otras palabras, las partes del Dr. Jekyll y de Mr. Hyde ya están escritas en el genoma; todos pueden desempeñar cualquier papel, dependiendo de qué interruptores genéticos estén activados o apagados”.

Los hallazgos de la investigación han sido publicados en la revista Cell.

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