Las hormigas cortadoras de hojas tienen una coraza biomineral nunca vista en insectos

Un equipo de investigadores ha descubierto un nuevo tipo de mineral, similar a la dolomita, que recubre el exoesqueleto de las hormigas cortadoras de hojas.

Publicado 26 nov. 2020 13:08 CET
Fotografía de la hormiga Acromyrmex echinatior

El exoesqueleto de la hormiga Acromyrmex echinatior tiene un nuevo tipo de capa biomineral que hace las veces de coraza.

Fotografía de Eduard Florin Niga / Eddimage Photography

Las hormigas cortadoras de hojas se llaman así por sus proezas hercúleas: cortan el follaje y transportan los fragmentos pesados, como banderas verdes que las superan en tamaño, durante largas distancias hasta sus colonias. Allí devoran las hojas para alimentar las granjas de hongos subterráneas. Por el camino, los insectos se enfrentan a todo tipo de depredadores y suelen enzarzarse en guerras contra otras hormigas.

Pero estos insectos son mucho más duros de lo pensado.

Un nuevo estudio demuestra que el exoesqueleto de una especie de hormiga cortadora de hojas de Centroamérica está cubierto de una especie de coraza natural. Esta capa está hecha de calcita con altos niveles de magnesio, un tipo que solo se encuentra en otra estructura biológica: los dientes del erizo de mar, que pueden triturar la piedra caliza.

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

La coraza de la Acromyrmex echinatior la ayuda a sobrevivir a las guerras contra otras especies de hormigas.

Fotografía de Eugenia Okonski, Smithsonian Institution

En las hormigas cortadoras de hojas, esta capa consta de cristales diminutos parecidos a placas que endurecen su exoesqueleto. Esta «coraza» ayuda los insectos a no perder extremidades en las batallas contra otras hormigas y evita las infecciones fúngicas, según un estudio publicado el 24 de noviembre en la revista Nature Communications.

El descubrimiento es particularmente sorprendente porque las hormigas son muy conocidas. «Hay miles de estudios sobre hormigas cortadoras de hojas», afirma Cameron Currie, coautor del estudio y biólogo evolutivo de la Universidad de Wisconsin-Madison.

«Estamos muy entusiasmados por haber descubierto [esto en] uno de los insectos más estudiados de la naturaleza», afirma.

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

Hormigas cubiertas de roca

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

Algunas de las casi 50 especies de hormigas cortadoras de hojas, entre ellas la hormiga del estudio, también albergan una bacteria simbiótica para impedir que otros hongos perjudiciales infecten sus «huertos». Este microbio cubre a las jóvenes obreras; mientras recorren los huertos de hongos, las bacterias segregan unas sustancias químicas que matan a los hongos invasores.

Hongjie Li, exinvestigador posdoctoral del laboratorio de Currie —y ahora investigador en la Universidad de Ningbo en China—, empezó a estudiar estas bacterias y enseguida le intrigaron los extraños cristales que cubrían el exoesqueleto de las hormigas. Convenció a unos geólogos de que le ayudaran a estudiar el material mineral, empleando varias técnicas de imagen como la microscopía electrónica para determinar la composición.

Cuando Li obtuvo los resultados una mañana de otoño de 2018 y vio que demostraban que las hormigas estaban cubiertas de un tipo de biomineral nunca visto en ningún insecto, se sintió eufórico.

«Había roca sobre las hormigas», afirma Li. «¡He descubierto hormigas con rocas!».

Li dice que la composición de la cobertura de las hormigas es muy similar al mineral dolomita, solo ligeramente más dura.

Como todos los insectos, las hormigas tienen exoesqueletos de quitina, que es dura y flexible. Para comprobar si esta capa adicional de biomineral actuaba como coraza, Li y sus colegas criaron hormigas en el laboratorio con y sin la capa biomineral. (Si las hormigas se separan de su colonia siendo pupas y se crían en condiciones determinadas, no desarrollan esa capa.) A continuación, realizaron varias pruebas.

Guerras de hormigas

Uno de estos experimentos consistía en enfrentar a estas hormigas contra otra especie algo más grande, pero emparentada, en una «guerra de hormigas», afirma Li. Durante una batalla de una hora, las «hormigas de roca» perdieron tres veces menos partes del cuerpo que aquellas sin la capa mineral.

A continuación, los investigadores expusieron a los insectos a hongos patógenos, que pueden infectar a las hormigas y están emparentados con especies fúngicas que provocan un comportamiento «zombi». Tras seis días, todas las hormigas sin biomineral habían muerto. En cambio, solo la mitad de sus parientes con coraza había sucumbido.

Otro experimento demostró que los exoesqueletos de estas hormigas tienen más del doble de dureza con biominerales que sin ellos.

La capa mineral también se expande a medida que las hormigas envejecen. Las hormigas jóvenes cuidan de los huertos fúngicos y no corren un alto riesgo de ataque por parte de otras hormigas o depredadores, por lo que no necesitan tanto esta capa. Para cuando empiezan a buscar alimento en el mundo exterior, tienen una capa más gruesa que de jóvenes, señala Li.

Andrew Suarez, entomólogo de la Universidad de Illinois, afirma que es muy emocionante ver este tipo de mineral en un exoesqueleto, teniendo en cuenta que los minerales similares se han hallado en estructuras más especializadas y aisladas como los dientes.

«Esto sería como tener el cuerpo cubierto de [cristales diminutos] de esmalte», afirma Suarez, que no participó en el estudio.

«He disfrutado de este estudio porque documenta algo nuevo: esqueletos biomineralizados en insectos», afirma Andrew Knoll, experto en biominerales de la Universidad de Harvard.

«Hay varios artrópodos que tienen exoesqueletos de carbonato cálcico, como los cangrejos y las langostas y los trilobites extintos, pero ampliar esto a insectos terrestres es muy interesante».

Corazas sin descubrir

Los científicos también señalan que este tipo de cristales biominerales podrían tener aplicaciones industriales en el futuro, como revestimientos o nanocristales que fortalezcan o prevengan la corrosión de diversos materiales.

Por ahora, los científicos dicen que el fin es entender el papel que desempeñan estos minerales en las hormigas y comprobar si hay otras corazas y biominerales sin descubrir.

Según Currie, es probable que los haya. «Si no se conocía el biomineral en esta especie, ¿qué dice esto del 99,9 por ciento de los insectos que apenas se han estudiado o que no se han estudiado en absoluto».

Este artículo se publicó originalmente en inglés en nationalgeographic.com.
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