Las hormigas cortadoras de hojas poseen una armadura de cristal rocosa, nunca antes vista en insectos

Los investigadores han descubierto un nuevo tipo de mineral, similar a la dolomita, que cubre el exoesqueleto de las hormigas cortadoras de hojas.

Publicado 27 de nov. de 2020 10:06 GMT-3
La hormiga cultivadora de hongos Acromyrmex echinatior tiene un nuevo tipo de cubierta biomineral que sirve ...

La hormiga cultivadora de hongos Acromyrmex echinatior tiene un nuevo tipo de cubierta biomineral que sirve como armadura.

Fotografía de Eduard Florin Niga / Eddimage Photography

Las hormigas cortadoras de hojas son llamadas así por sus hazañas hercúleas: mastican follaje y transportan piezas difíciles de manejar, como banderas verdes muchas veces de su tamaño, a grandes distancias de sus colonias. Allí devoran las hojas para alimentar las granjas subterráneas de hongos. En el camino, los insectos desafían a todo tipo de depredadores y regularmente se involucran en guerras con otras hormigas.

Pero estos insectos son incluso más duros de lo que se pensaba.

Un nuevo estudio muestra que una especie de hormiga cortadora de hojas de Centroamérica tiene una armadura natural que cubre su exoesqueleto. Este recubrimiento en forma de escudo está hecho de calcita con altos niveles de magnesio, un tipo que solo se encuentra en otra estructura biológica: los dientes de erizo de mar, que pueden moler la piedra caliza.

Los huesos y los dientes de muchos animales contienen minerales calcíferos y los crustáceos, como los cangrejos y las langostas, tienen caparazones y otras partes del cuerpo mineralizadas. Pero antes de este descubrimiento, no se había encontrado ningún tipo de calcita en ningún insecto adulto.

La armadura de Acromyrmex echinatior le ayuda a sobrevivir en guerras con otras especies de hormigas

Fotografía de of Eugenia Okonski, Smithsonian Institution

En las hormigas cortadoras de hojas, esta capa está hecha de miles de cristales diminutos en forma de placas que endurecen su exoesqueleto. Esta "armadura" ayuda a evitar que los insectos pierdan miembros en batallas con otras hormigas y evita las infecciones por hongos, según un artículo publicado el 24 de noviembre en la revista Nature Communications.

El descubrimiento es especialmente sorprendente porque las hormigas son bien conocidas. “Hay miles de artículos sobre hormigas cortadoras de hojas”, dice el coautor del estudio Cameron Currie, biólogo evolutivo de la Universidad de Wisconsin-Madison.

“Estábamos muy emocionados de encontrar [esto en] uno de los insectos más estudiados de la naturaleza”, dice.

Aunque este artículo analizó solo una especie, Acromyrmex echinatior, Currie y sus colegas sospechan que otras hormigas relacionadas también tienen el biomineral.

Hormigas cubiertas de roca

Mucho antes de que los seres humanos o sus ancestros inmediatos evolucionaran, hace unos 60 millones de años, las hormigas cortadoras de hojas inventaron su propia forma de agricultura. Estas granjas subterráneas de hongos son el resultado de una relación simbiótica que proporciona alimento a las larvas de hormigas y protección al hongo y cada especie de hormiga tiene su propia especie de hongo.

Algunas de las casi 50 especies de hormigas cortadoras de hojas, incluida la hormiga en el estudio, también albergan una bacteria simbiótica para evitar que sus jardines se infecten con otros hongos dañinos. Este microbio recubre a los trabajadores jóvenes; mientras deambulan por sus jardines de hongos, las bacterias secretan sustancias químicas que matan a los hongos invasores.

Hongjie Li, ex investigador postdoctoral en el laboratorio de Currie, ahora investigador de la Universidad de Ningbo en China, comenzó a estudiar estas bacterias y pronto se sintió intrigado por los extraños y diminutos cristales que cubrían el exoesqueleto de las hormigas. Convenció a los geólogos para que lo ayudaran a estudiar el material similar al mineral, utilizando varios tipos de técnicas de imágenes, incluida la microscopía electrónica, para caracterizar la composición.

Cuando Li obtuvo los resultados una mañana de otoño del 2018 que mostraban que las hormigas estaban cubiertas de un tipo de biomineral que no se había visto anteriormente en ningún insecto, estaba extasiado.

“Había piedras sobre las hormigas”, dice Li. "¡Encontré hormigas de roca!"

Li dice que la armadura de la hormiga es muy similar en composición a la del mineral dolomita, excepto que es un poco más dura.

Como todos los insectos, las hormigas tienen exoesqueletos hechos de quitina, que es resistente y flexible. Para ver si esta capa adicional de biomineral actuaba como una armadura adicional, Li y sus colegas primero criaron hormigas en el laboratorio con y sin la capa biomineral. (Si las hormigas se separan de su colonia como pupas y se crían en ciertas condiciones, no desarrollan el recubrimiento). Luego hicieron varias pruebas.

Guerras de hormigas

Uno de estos experimentos implicó enfrentar a estas hormigas contra una especie un poco más grande pero estrechamente relacionada en las "guerras de hormigas", dice Li. En el transcurso de una hora de batalla, las "hormigas de roca" perdieron tres veces menos partes del cuerpo que las que no tenían la capa mineral.

A continuación, los investigadores expusieron a los insectos a un hongo patógeno, que puede infectar a las hormigas, y está relacionado con especies de hongos que causan un comportamiento "similar a un zombi". Después de seis días, todas las hormigas libres de minerales habían muerto. Pero solo la mitad de sus parientes acorazados había sucumbido.

Otro experimento mostró que los exoesqueletos de estas hormigas son más del doble de duros cuando contienen biominerales que cuando no los contienen.

La capa mineral también se expande a medida que las hormigas envejecen. Las hormigas jóvenes tienden a los jardines de hongos y no enfrentan un alto riesgo de ser atacadas por otras hormigas o por depredadores, y tienen poca necesidad de ellas. Cuando comienzan a alimentarse en el mundo fuera de los jardines de hongos, tienen una capa más gruesa que cuando eran jóvenes, dice Li.

Andrew Suarez, entomólogo de la Universidad de Illinois, dice que es particularmente emocionante ver este tipo de mineral en un exoesqueleto, considerando que minerales similares se encontraban anteriormente en estructuras especializadas más aisladas, como los dientes.

“Sería como tener el cuerpo cubierto de [cristales diminutos] de esmalte”, dice Suárez, que no participó en el estudio.

"Disfruté este artículo, ya que documenta algo nuevo: esqueletos biomineralizados en insectos", dice Andrew Knoll, experto en biominerales de la Universidad de Harvard.

"Varios artrópodos fabrican exoesqueletos de calcio y carbono, incluidos... los cangrejos, las langostas y los trilobites extintos, pero extender esto a insectos completamente terrestres es realmente interesante".

Armaduras sin descubrir

Los científicos también dicen que este tipo de cristales biominerales podrían tener aplicaciones de fabricación en el futuro, como en recubrimientos o nanocristales que agregan resistencia o previenen la corrosión en varios materiales.

Por ahora, dicen los científicos, el punto es comprender el papel que juegan estos minerales en las propias hormigas y ver si hay otras armaduras y biominerales aún por descubrir.

Es probable que los haya, dice Currie. "Si no conoces el biomineral en esta especie, ¿qué dice esto sobre el 99,9 por ciento de los insectos que no han sido objeto de estudio?"

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