Así se 'fabrica' una reina en la sociedad de las hormigas

Durante mucho tiempo, los mirmecólogos, biólogos especializados en el estudio de las hormigas, han debatido intensamente sobre el modo en que se determinan las castas en estas sociedades. Para muchas especies, la casta es, en efecto, un sinónimo de destino. Las reinas crecen hasta alcanzar un tamaño considerable, desarrollan alas, y su función primordial será, durante toda su vida, la de poner huevos, asegurando así la continuidad de la colonia. Las obreras, sin embargo, permanecen pequeñas, sin alas y dedicadas a las innumerables tareas que mantienen la maquinaria social en marcha. ¿Pero cómo se desarrollan estas castas? ¿Y cómo influyen la genética y el entorno en el futuro de una joven hormiga?

Ahora, un nuevo estudio recién publicado en 'Proceedings of the National Academy of Sciences', ha arrojado nueva luz sobre este enigma al sugerir que la casta y el tamaño corporal van de la mano de una forma mucho más intrincada de lo que se creía. Los autores indican que, en general, las hormigas más grandes se convierten en reinas, mientras que las más pequeñas están destinadas a ser obreras. Y sí, tanto los genes como el entorno influyen en el tamaño que puede alcanzar una hormiga.

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Aquí es, sin embargo, donde radica la sorpresa, la pincelada que añade complejidad al cuadro: porque es la genética, por sí sola, la que define el umbral de tamaño que se necesita para convertirse en reina. Es decir, hormigas genéticamente idénticas, del mismo tamaño y criadas en el mismo entorno, pueden acabar perteneciendo a casta diferentes. Los resultados, en efecto, demuestran que los genes no solo influyen en el tamaño sino que, además, pueden cambiar lo que un tamaño dado puede significar para la colonia. Una revelación que, sin duda, habría fascinado a Maeterlinck, que dedicó páginas enteras a la aparente 'sabiduría innata' de las hormigas.

En el mundo de las hormigas una reina no es, ni mucho menos, una simple obrera grande. Además de su mayor tamaño corporal, en efecto, las reinas suelen desarrollar alas, un sistema visual más elaborado y ovarios de gran tamaño, preparados para una producción masiva de huevos. Las obreras, en cambio, permanecen pequeñas, sin alas y, por lo general, se abstienen de reproducirse. Esta asombrosa diferencia entre individuos genéticamente idénticos es un ejemplo clásico de 'plasticidad del desarrollo', un fenómeno biológico en el que un único genotipo (la composición genética específica de un organismo) puede producir fenotipos (las expresiones observables de esas características genéticas, influenciadas por el ambiente) drásticamente diferentes. Las hormigas hembra son, por tanto, un modelo excelente para estudiar cómo 'la naturaleza' (los genes) y 'la crianza' (el entorno) interactúan para moldear el destino de un ser vivo.

Algunos científicos ya sospechaban desde hace tiempo que el tamaño corporal podía desvincularse de la determinación de la casta. La teoría, de hecho, tenía sentido: en las moscas de la fruta, por ejemplo, y en otros insectos, los rasgos físicos suelen estar regulados hasta cierto punto por factores ambientales, independientemente del tamaño corporal. Sin embargo, trabajos recientes habían sugerido que las hormigas, a diferencia de otros insectos, siempre mantenían los rasgos de casta en estrecha relación con el tamaño corporal. «Es un tema muy debatido, al menos entre los biólogos de hormigas -explica Patrick Piekarski, de la Universidad Rockefeller y coautor del estudio-. Queríamos resolver esta cuestión, determinando si es posible desvincular el tamaño de algo como el desarrollo de los ovarios o el desarrollo de los ojos». La pregunta era pertinente: ¿podía una hormiga ser pequeña pero tener ovarios de reina, o grande pero con la morfología de una obrera?

Bajo la dirección de Daniel Kronauer, Stanley S. y Sydney R. Shuman, todos de la Universidad Rockefeller, los investigadores recurrieron para averiguarlo a la hormiga incursora clonal 'Ooceraea biroi'. Esta especie es un modelo poderoso gracias a su forma de reproducción clonal y su ciclo de vida sincronizado, lo que permite un control preciso sobre las variables genéticas y ambientales.

«Trabajamos con esta inusual especie de hormiga -explica Kronauer-porque, de lo contrario, no habríamos podido controlar el genotipo de la hormiga. Con las hormigas incursoras clonales, sin embargo, podemos hacer el equivalente a un estudio masivo de gemelos idénticos para determinar cómo el entorno impacta en el fenotipo adulto». Lo cual supone una inmensa ventaja, ya que permite tener miles de individuos genéticamente idénticos, clones perfectos, y poder variar solo las condiciones en las que se desarrollan. Todo un laboratorio natural para desentrañar la interacción entre herencia y ambiente, un sueño para cualquier biólogo del desarrollo. Maeterlinck, que se maravillaba con la organización aparentemente instintiva de las colonias, habría encontrado en este enfoque experimental la clave para desentrañar la 'voluntad' colectiva de la que hablaba en sus escritos.

Para su estudio, los investigadores comenzaron manteniendo el genotipo larval constante y manipulando el entorno de cría. Trabajos previos ya habían demostrado que la disponibilidad de alimento, la temperatura y el genotipo de las hormigas encargadas de cuidar a las larvas podrían influir en el desarrollo de la casta. Pero el equipo fue un paso más allá, y aunque los investigadores descubrieron que, en efecto, cada uno de estos factores influía en el resultado, también observaron que solo lo hacían cuando también alteraban el tamaño corporal final de la larva. Por ejemplo, cuando larvas genéticamente idénticas eran criadas con menos alimento, se hacían más pequeñas y tenían una menor probabilidad de desarrollar rasgos de reina. Pero si esas larvas lograban alcanzar un cierto tamaño a pesar de la falta de alimento, aún así desarrollaban rasgos de reina. En última instancia, por lo tanto, la casta estaba ligada al tamaño, y el tamaño por sí solo podía predecir casi perfectamente los resultados del desarrollo. Lo cual sugiere que, a nivel ambiental, el tamaño actúa como un mediador crucial: el entorno influye en la casta principalmente al dictar cuánto crece la hormiga.

Los genes tienen la última palabra

Pero la historia no termina aquí. El equipo, de hecho, comparó después diferentes genotipos larvales criados en condiciones ambientales similares para determinar si las diferencias genéticas también podían, por sí mismas, cambiar la relación que vincula el tamaño corporal con los rasgos de casta. Y fue aquí cuando llegó la verdadera revelación: aunque los genes pueden influir en el tamaño, también pueden cambiar el tamaño necesario para que las características de reina comiencen a emerger.

Imaginemos, como ejemplo, dos líneas genéticas de hormigas, la 'Línea M' y la 'Línea A'. Las hormigas de la Línea M, incluso cuando se criaban en condiciones ambientales idénticas, crecían consistentemente a tamaños corporales promedio más pequeños que las de la Línea A. Sin embargo, para cualquier tamaño corporal dado, las hormigas de la Línea M tenían más probabilidades de desarrollar rasgos de reina. Esto significa que dos hormigas pequeñas, una de la Línea M y otra de la Línea A, podrían tener probabilidades completamente diferentes de convertirse en reinas, independientemente del entorno de cría. Es como si la Línea M tuviera un 'interruptor de reina' que se activa a un tamaño más bajo que el de la Línea A.

Estos resultados, pues, sugieren que la variación genética puede influir en la morfología de la casta de dos maneras: afectando el tamaño que alcanzan las hormigas, o modificando el tamaño en el que se expresan los rasgos de reina.

Para Daniel Kronauer, las implicaciones de este trabajo van más allá de la mera determinación de la casta. Su laboratorio, de hecho, estudia las colonias de hormigas como 'superorganismos', sistemas biológicos complejos en los que individuos genéticamente idénticos asumen roles drásticamente diferentes, muy similar a cómo las células se especializan en un tejido. Con las hormigas como modelo, Kronauer combina el estudio de la biología del desarrollo con el comportamiento y la organización social.

«Los cerebros de una reina y una obrera son bastante diferentes -explica el científico-, y esto se correlaciona con diferencias sorprendentes en el comportamiento. Las obreras salen del nido para buscar alimento, cuidan de las larvas, construyen y expanden el nido; la reina, en su mayoría, solo se aparea y pone huevos. Así que entender cómo el tamaño corporal se relaciona con la casta no es solo una cuestión de morfología. Abre la puerta a comprender cómo los roles sociales, la función cerebral y la dinámica de la colonia se desarrollan y evolucionan juntos».

En 'La vida de las hormigas', Maeterlinck se maravillaba ante la aparente inteligencia colectiva de la colonia, una entidad que parecía operar con una mente propia, más allá de la suma de sus individuos. En su libro, el escritor describe meticulosamente cómo cada hormiga cumple su función con una precisión asombrosa, casi como si una fuerza invisible la estuviera guiando. Hoy, la ciencia moderna, a través de estudios como el de Kronauer y Piekarski, comienza a desentrañar los mecanismos biológicos subyacentes a esa 'voluntad' de la colonia. No es una fuerza mística, sino una intrincada danza entre el código genético y las señales ambientales, que esculpen el destino de cada individuo y, en última instancia, la funcionalidad de todo el superorganismo.

El estudio, por tanto, nos recuerda que el destino no está 'escrito en piedra', sino que es algo frágil y cambiante, el resultado de una negociación constante entre la herencia que traemos y el mundo que nos rodea, con una sorprendente capacidad de los genes para establecer los límites, los umbrales, de lo que cada individuo puede llegar a ser. Un pequeño paso en la comprensión de las hormigas, un gran salto en la comprensión de la vida misma.