Los insectos-Las hormigas

La evolución de los insectos. El estudio del ADN remonta el origen de la clase insecta a 480 Ma atrás, desde un grupo de crustáceos. La vida en la tierra tenía desafíos formidables: tratamiento de la deshidratación; lucha contra la gravedad; respiración de aire; extremos diarios de temperatura; la radiación solar. Las especies vivas más primitivas necesitan suelo húmedo para vivir. La evolución de los insectos despegó hace 440 Ma con una explosión de especies que incluyen diminutos ciempiés, ácaros, arañas. Están bien representados en fósiles en aguas ricas en sílice de una fuente de agua caliente volcánica de hace 410 Ma. Los primeros insectos voladores son de hace 400 Ma, donde el fósil más antiguo es Rhyniognatha hirsti (407-396 Ma). El ala fosilizada más antigua tiene 324 Ma. La mayoría de los órdenes existentes se desarrollaron en el Pérmico. Se sospecha que estos insectos subían los tallos de las plantas que bordeaban los pantanos para comer esporas. Los insectos más primitivos actuales tienen un par minúsculo de los lóbulos planos que se extienden fuera de su tórax, que usan para el control al caer. Las alas les dieron acceso a comida y compañeros, permitió colonizar nuevos hábitats, evitar depredadores y regular la temperatura corporal. Las alas se fosilizaron porque no se deterioraban con facilidad. Las aves y arañas suelen no comer las alas de los insectos. La metamorfosis permitió ser más pequeños, desarrollarse más rápido y tener poblaciones más grandes. Características que permiten la recuperación luego de una crisis. La pupa (fase de transición entre larva y adulto) permitió almacenar glicerol, ayudando a soportar la congelación y desecación. En el Triásico fue el auge para los escarabajos. Eran pequeños, fecundos y capaces de transformarse. Las alas anteriores se habían endurecido y protegían las hendiduras dobladas y conservaban la humedad y el calor. El Cretácico fue el momento de las plantas con flores y la explosión de insectos como mariposas, polillas, moscas, abejas y hormigas. Los fósiles están en ámbar, pellets fecales y residuos en los suelos fósiles. Los yacimientos de fósiles de insectos y plantas son lagos y áreas colindantes. Cuando morían se depositaban en el fondo y se preservaban en los sedimentos. El ámbar requiere un medio acuoso o agua salobre. Sin protección en sedimentos anóxicos, el ámbar se desintegra. En las calizas de Solnhofen (Alemania), el depósito lacustre fue tapado por un fino barro de la calcita que se asentó en bahías hipersalinas aisladas de los mares interiores. Los moldes depositados tienen óxido de hierro que precipitó en torno a las venas de las alas. <<< >>> Un estudio de 1.478 genes de 144 tipos de insectos permitió reconstruir la historia del origen. Los primeros insectos pueden haber aparecido hace 479 Ma. Se convirtieron en los primeros animales en volar, hace 406 Ma. La diversidad silvestre de hoy llega a 32 grandes grupos u órdenes. Se analizaron el subconjunto de 1.478 genes que comparten todos los insectos del estudio. Una conclusión es que los piojos parasitarios modernos divergieron hace 53 Ma, lo que contradice el escenario donde los piojos eran parasitarios de los dinosaurios. <<< >>> Se examinaron 962 especies de gusanos de 68 lugares en todo el planeta. Se encontró que el número de especies carnívoras eran menos en áreas con bajos niveles de oxígeno. La vinculación del oxígeno con los carnívoros proporciona información para interpretar la Explosión del Cámbrico. Otro punto de vista en cambio dice que el aumento de oxígeno fue un efecto de los animales en el ambiente, no la causa. <<< >>> Un fósil en ámbar contiene un insecto hembra que quedó atrapada mientras llevaba unos 60 huevos y las primeras ninfas nacidas. Los huevos y ninfas están envueltos en un saco de huevo recubierto de cera en el abdomen. Es una forma primitiva de cuidado de las crías para proteger las ninfas jóvenes de las condiciones húmedas y secas y de los enemigos naturales. Las ninfas jóvenes nacen dentro del saco del huevo y permanecen unos días antes de salir. Se cree que el surgimiento de plantas con flores y hormigas fueron cruciales para la rápida evolución de muchas nuevas especies de insectos. El cuidado parental podría haber sido un importante impulso para la radiación temprana de los insectos durante el Mesozoico. <<< >>> El fósil más antiguo de un insecto es del Devónico, el Rhyniognatha hirsti (407-396 Ma). Esta especie ya poseía mandíbulas que es una característica asociada con los insectos alados, lo que sugiere que las alas ya pudieran haber evolucionado en este momento. Por lo tanto, los primeros insectos aparecieron antes, en el Silúrico. <<< >>> Los escorpiones pueden dar un ejemplo de cómo evolucionó la inseminación directa. El macho deposita un espermatóforo en el suelo, lo toma con sus garras y lo guía hacia la abertura genital de la hembra. Cuando los primeros insectos machos depositaron sus espermatóforos en el suelo es probable que agarraran a la hembra para arrastrarla sobre el paquete. Los antepasados de los odonatos desarrollaron el hábito de agarrar a la hembra detrás de la cabeza, lo que aumenta la posibilidad de éxito. Las posibilidades se incrementaron cuando fijaron el espermatóforo al abdomen antes de aferrar a la hembra. Otras ventajas incluyen la posibilidad de apareamiento en otros lugares, más seguros que la tierra plana, como en árboles o arbustos. <<< >>> Un experimento de 5 años en un suelo de bosque calentó nidos artificiales de hormigas para seguir su respuesta al cambio climático. Se encontró que en las cámaras más cálidas el tiempo de ocupación disminuía. Las colonias de hormigas compiten entre sí por el mejor hábitat lo que promueve la resistencia a los cambios ambientales dentro de la comunidad. La estadía en los mejores lugares llevó a una menor resistencia en la comunidad y a un aumento en la probabilidad de desintegrarse después de un evento de perturbación. <<< >>> En sedimentos de hace 200 Ma, y enmascaradas entre polen, esporas, trozos de plantas y patas de insectos, se encontraron evidencias de polillas y mariposas primitivas (Glossata). El 99% del material fósil eran restos de plantas, la “basura de un estanque”. Se creía que las mariposas habían evolucionado unos 70 Ma más tarde, junto con las plantas con flor. Pero había mariposas antes de que hubiera flores, aunque la probóscide de succión se usaba para extraer gotas de agua de las semillas de coníferas (Gimnospermas). Así que, Glossata luego dio origen a Lepidóptera y evolucionó con una adaptación de alimentación de los óvulos de coníferas o las gotitas de polen. <<< >>>
Las hormigas: (1) la evolución. El proceso detrás de castas de insectos eusociales es un ejemplo de cómo un solo genoma puede dar lugar a individuos que difieren en el comportamiento, la morfología y fisiología. El mismo conjunto de genes parecen estar asociados con la reina y obreras. Pero las castas surgen por diferentes niveles de expresión de los genes que comparten. <<< >>> Los estudios sugieren que los primeros linajes de hormigas formaron pequeñas colonias de depredadores subterráneos, solitarios y especializados. Pero los descubrimientos de fósiles del Cretácico sugieren una conducta grupal socialmente avanzada. <<< >>> Todas las hormigas y termitas son sociales y ubicuas. La sociabilidad avanzada (eusocialidad), cuyo sello es la especialización reproductiva en castas de obreros y reinas, es un fenómeno del grupo de invertebrados artrópodos. Las reinas y los machos reproductores toman los papeles como los únicos reproductores, mientras que los soldados y los trabajadores defienden y cuidan de la colonia. Se cree que la eusocialidad apareció primero en termitas hace 150-160 Ma. En el ámbar las hormigas y termitas representan las primeras ramas de cada árbol evolutivo, y las especies son muy diferentes de las actuales. Se encontraron 6 especies de termitas preservadas en ámbar con trabajadores, reproductores y soldados. Los fósiles congelaron comportamientos eusociales como la presencia de diferentes castas (reinas y trabajadoras); grupos de hormigas trabajadoras en una pieza de ámbar; compañeros de anidación forrajeando juntos; y dos trabajadoras de diferentes especies en combate. <<< >>> Las hormigas y termitas son eusociales, viven en grupos comunales, comparten el trabajo y crían colectivamente. Los escarabajos convierten esto en una ventaja para picar las larvas de sus anfitriones y usar los túneles para protegerse. Los fósiles de 99 Ma en ámbar muestran que este parasitismo social se remonta al origen de la eusocialidad. <<< >>> Las hormigas son responsables de funciones ecológicas como la dispersión de semillas y polinización. Entre 1949 y 2014 se recopilaron 51.388 registros de abundancia y ocurrencia de hormigas de unas 2.693 especies y 7.953 morfoespecies (grupos que pueden no ser la misma especie, pero comparten rasgos comunes), en 4.212 lugares de todo el mundo. Se obtuvo información en museos y colecciones. Se observó que las hormigas aumentan la biodiversidad a medida que aumenta la temperatura ambiente, aunque los disturbios en los hábitats disminuyen la riqueza en especies. El efecto combinado puede afectar en forma compleja. <<< >>>
Las hormigas: (2) la simbiosis con hongos. Se encontró evidencia de los jardines de hongos dentro de los nidos de termitas fósiles de 25 Ma en Gran Valle del Rift (África). La cuna de la agricultura de termitas se encontraba en una selva africana, la transición a fungicultura ayudó a las termitas a dispersarse en la sabana. El 90% de la madera en ambiente seco es digerido por las termitas. <<< >>> Una especie de Hormiga Agricultora (Apterostigma megacephala) con 39 Ma de antigüedad cultiva un hongo (Leucoagaricus gongylophorus) que surgió hace 8 Ma. Este tipo de simbiosis es sorprendente, porque las hormigas que cultivan hongos pueden morir si se les cambia el hongo. Más de 240 especies de hormigas del hemisferio occidental, cultivan algún tipo de hongo como alimento. Las reinas jóvenes llevan un poco de hongos en la boca cuando salen para formar su propia granja. Las hormigas recolectan excrementos de insectos frescos, partes de flores y otros pequeños trocitos para alimentar al hongo, son desechos que no pueden procesar. El análisis de ADN del hongo demostró que era una especie joven de 8 Ma contra la hormiga de 39 Ma. <<< >>> Hace 60 Ma, los antepasados de las hormigas cortadoras de hojas iniciaron el camino del cambio desde el estilo de vida cazador-recolector a otro de granjeros de subsistencia con hongos. Hay una especie muy antigua en Centroamérica que todavía no logró domesticar a los hongos que son su cosecha. Las hormigas cortadoras de hojas modernas viven en simbiosis con sus hongos. De hecho, las reinas jóvenes llevan un poco de hongos de su nido cuando vuelan para establecer un nuevo nido. Los intereses egoístas de las hormigas más primitivas no encajan con los hongos ya que buscan reducir al mínimo el aporte de alimento a las setas no comestibles llenas de esporas. Para las hormigas es mejor si el hongo crece más hifas fúngicas que llenan las cámaras en sus jardines subterráneos y sirven de alimento a las hormigas y sus larvas. El estudio de Mycocepurus smithii, demostró que las hormigas ajustan al mínimo la concentración de proteínas y carbohidratos que proporcionan a los hongos. Estas hormigas se reproducen asexualmente y son todas hembras. <<< >>> Un grupo de hormigas de Sudamérica cultivan hongos desde hace 55-60 Ma. Los genes de las hormigas y los hongos revelan una historia antigua de adaptaciones mutuas cuando las hormigas cambiaron la vida cazador-recolector a la agricultura de hongos. Esta evolución de colaboración llevó a las hormigas cortadoras de hojas (Attini) a un nivel de agricultura industrial que supera a la humana en su eficiencia. Los hongos de crecimiento lento fueron usados por las hormigas en forma parcial como primer paso de conversión. Las hormigas perdieron muchos genes cuando sometieron a los hongos en la agricultura; pero los hongos aumentaron la probabilidad de supervivencia con el aporte de nutrientes. Un estudio en Panamá durante 25 años analizó la carga genética de ambos miembros de una coevolución coordinada. Se trata de una cascada evolutiva de cambios sin parangón. (1) Hace 25 Ma un linaje de hormigas comenzó a cultivar hongos que producen bulbos diminutos, ricos en proteínas. (2) Esta relación motivó colonias más grandes, estimulando la coevolución. (3) Hace 15 Ma, surgieron las hormigas cortadoras de hojas, que aportan hojas diariamente como material fresco para los hongos domesticados y que sostienen colonias de millones de individuos. (4) Los hongos actuales no pueden producir enzimas para digerir plantas leñosas, por lo que dependen de las hojas verdes traídas por las hormigas. Los hongos producen proteínas esenciales para el crecimiento de las hormigas. Las hormigas han evolucionado enzimas especiales para digerir la producción de los hongos y no pueden comer otra cosa. Incapaces de sobrevivir aisladas, hormigas y hongos, forman las mayores colonias de hormigas agrícolas. <<< >>>
Las hormigas: (3) la inteligencia. Las hormigas no tienen un sistema explícito de organización, no tienen cadena de mando, ninguna hormiga da órdenes a otras hormigas. Una hormiga puede ser bastante tonta, pero juntas funcionan con notable eficiencia. Las hormigas se autoorganizan mediante los olores, de forma que diferentes hormigas con diferentes trabajos emiten olores diferentes. Si una hormiga descubre que no hay suficientes hormigas patrullando en busca de alimentos (no han olido a hormigas de esa especialidad por un tiempo), entonces cambian su trabajo. Es un sistema de autoorganización adaptativa. <<< >>> Las hormigas individuales tienen diferencias de conducta (personalidad) que afectan las decisiones de las colonias. Las más arriesgadas son la imaginación de la colonia. Por ejemplo, las Hormigas Rojas (Temnothorax albipennis) hacen colonias en grietas y necesitan mudarse cuando se daña la grieta. Entonces envían exploradores que buscan una entrada de 1 a 1,5 mm, una altura de techo de 2 mm, un área interna de 20 cm2 y bajos niveles de luz. En laboratorio se tomaron 16 hormigas de 10 colonias y se les mostraron nidos artificiales de diferente calidad. Cuanto mejor es el nido potencial, más tiempo pasan dejando feromonas para que sea detectado por otras hormigas. Esta es la forma de contribuir al quórum. Cuanto más tiempo se quedan, más probable es que otras hormigas se unan. Existe mucha variabilidad entre la cantidad de tiempo y la calidad del lugar. Algunas hormigas son exigentes, otras son más liberales y aceptarán casi cualquier cosa siempre y cuando sea mejor que el nido existente. En cualquier toma de decisiones hay un balance entre velocidad y precisión. La heterogeneidad es más rápida pero menos precisa, y es la clave de su flexibilidad. Las hormigas individuales pueden ser influenciadas por la experiencia previa: si antes vieron un nido de baja calidad pasarán más tiempo en el siguiente nido. Demostraron adquirir información y usarla para modular el comportamiento futuro. La diferencia de conducta puede deberse a niveles hormonales, el número de receptores sensoriales, la edad y experiencia, el tamaño del cuerpo, etc. <<< >>> En un estudio se formaron 6 colonias de 56 hormigas marcadas. Luego de 3 días de ayuno se les dio una solución con dos concentraciones de 3,5 y 4,0% de sacarosa. Este proceso se repitió. Se encontró que las hormigas individuales tenían diferentes preferencias: algunas se alimentaron de cualquiera de las dos soluciones. Cada una tiene umbrales diferentes de detección de sacarosa. Pero cuando alimentaron cada colonia con las soluciones encontraron que la mayoría de las hormigas en las 6 colonias eligió la solución de sacarosa al 4,0%, sin ser influenciado por otras hormigas en la colonia. La decisión “colectiva” de la colonia era así por la solución más nutritiva. Ni las hormigas con un umbral bajo, ni las de umbral alto contribuyeron a la toma de decisiones colectivas. Los primeros no se preocupaban por la concentración y los segundos se negaban a ambas concentraciones. Por lo tanto, los hacedores de la decisión fue el grupo del medio que prefiere la concentración más alta. Hay decisiones binarias (sino) en las hormigas individuales que pueden conducir a una decisión racional colectiva. <<< >>> Unos 18 géneros de hormigas son cosechadoras de semillas. Algunas especies pueden almacenar más de 300.000 semillas en sus graneros subterráneos. Hasta ahora, se pensaba que son capaces de romper las semillas. Pero la evidencia de una especie cosechadora (Pogonomyrmex badius) indica que desarrolló una estrategia de agricultura inteligente. Consiste en plantar la semilla, esperar a que germine y luego comer los despojos blandos. Otra especie (Philidris nagasau) hace crecer la planta squamellaria y cosecha sus frutos. <<< >>>
Las hormigas: (4) el plaguicida natural. Las hormigas hacen control biológico de plagas. El primer caso es la convivencia de las hormigas cortadoras de hojas (género Atta) con diferentes tipos de hongos y bacterias. Estas hormigas (40 especies en América) pueden vivir en colonias de un millón de individuos. Son conocidas por dañar los cítricos y otros árboles frutales u ornamentales, pero son difíciles de controlar por medios tradicionales porque son agricultoras y no responden a la mayoría de los cebos y venenos. Ellas cultivan su alimento que es producido por un hongo especializado que coevolucionó en una relación simbiótica (mutualista) durante 50 Ma. A la colonia de hongos benéficos las hormigas la alimentan con hojas y ésta entrega nutrientes. Estos hongos conviven con bacterias fijadoras de nitrógeno para producir las proteínas que necesitan las hormigas. Esta relación circular benéfica entra en crisis con el hongo parásito y patógeno Escovopsis que ataca los cultivos y las hormigas. Cuando una hormiga es infectada por el hongo se defienden usando bacterias (actinomicetos) que producen antibióticos y mediante una secreción de ácido fenilacético (antimicrobiano) desde una glándula (metapleural) en el tórax. Un grupo de hormigas obreras se especializa en esta tarea porque desarrollan glándulas más grandes. No se conocen casos donde el hongo destruyó una colonia, aunque se sabe que pueden generar resistencia. ¿Cómo logran las hormigas mantener este sistema que controla al hongo parásito por millones de años? Se especula que las hormigas aplican el ácido en forma muy controlada, solo cuando hay una infección y solo en las áreas infectadas. Es un serio contraste con el uso de plaguicidas en la agricultura humana. Todavía no se conoce el ciclo de vida completo del patógeno Escovopsis como para entender las causas del debilitamiento de la salud de la colonia. <<< >>> Un caso más complejo involucra a tres tipos de actores. Una especie de hormiga roja (género Myrmica) cava túneles que puede afectar las raíces de la planta de orégano silvestre. Entonces, la planta libera el gas tóxico carvacrol, el principal componente de su defensa. Este compuesto ataca a otras hormigas, pero Myrmica evolucionó la forma de neutralizarlo. Cuando esto ocurre el orégano aumenta la cantidad de carvacrol liberado lo que atrae a la Gran Mariposa Azul. Esta mariposa pone los huevos en las flores del orégano y cuando la oruga lleva dos semanas de vida cae al suelo y es transportada por las hormigas al interior del hormiguero. Allí, la oruga se transforma en un parásito que se alimenta de las larvas de hormigas durante 10 meses y aumenta 50 veces el peso hasta convertirse en crisálida. De esta forma, la planta de orégano controla la población de hormigas a costa de perder algunas flores; la mariposa encuentra un hogar seguro para dejar sus huevos y alimento gratis y las hormigas pierden huevos, pero obtienen un área de cría libre de otras hormigas. <<< >>> Un caso diferente son las Hormigas Tejedoras (género Oecophylla) que consumen una gran variedad de insectos y otros artrópodos como fuente de proteínas. Los árboles se benefician porque los libera de potenciales plagas. Estas hormigas se usan en forma tradicional como control biológico en China desde hace 2.500 años. Su uso en Australia fue exitoso en frutales porque terminan produciendo frutas de mayor calidad, muestran menos daños en las hojas y requieren una menor aplicación de pesticidas. En el sudeste de Asia se construyen puentes de cuerdas entre árboles para llevar a las hormigas y se les provee de alimentos para evitar la migración. Pero, se sabe también que en algunos casos pueden tener efectos negativos en las plantas al reducir el consumo de frutos por parte de algunos mamíferos y aves, lo que reduce la dispersión de semillas. Además, disminuyen la visita de polinizadores y reducen la productividad porque protegen a insectos que se alimentación de su savia y secreciones. Un problema fue detectado en Patagonia luego de 35 años que se plantaron las primeras forestaciones de Pino Ponderosa. Se encontró que las áreas forestadas carecen de hormigas, lo cual indica que los bosques implantados producen efectos colaterales sobre el ecosistema. Al modificar los ecosistemas naturales se producen alteraciones cuyas consecuencias son aún desconocidas. <<< >>>
Las hormigas: (5) las hormigas argentinas. La denominada Hormiga Argentina (Linepithema humile) tiene origen el valle del río Paraná (Paraguay y Argentina) con 4 Ma de antigüedad. Hace 380.000 años empezó a desarrollar resistencia al frio, llegando hace 60 años a Buenos Aires. En Sudamérica tienen múltiples competidoras y enemigos naturales (virus, bacterias, protozoos) y viven bajo stress (inundaciones y otras colonias). La guerra entre colonias de hormigas es un factor que mantiene las poblaciones de hormigas en equilibrio. Pero las hormigas argentinas se reconocen entre sí y no pelean. En otros lugares son una pesadilla. Es una especie invasora y virulenta, que eliminan la competencia (hormigas, abejas, termitas). La sabiduría dice que si ves a estas hormigas ya es demasiado tarde. La hormiga argentina entró a Estados Unidos por Nueva Orleans en un mercante de café de Brasil en la década de 1890. Pero, una excepción es la Hormiga Invierno que es nativa de California y que prospera en territorio conquistado por la hormiga argentina. La hormiga invierno tiene ventajas sobre la argentina: nidos más profundos y un ciclo diferente de actividad estacional. <<< >>> El genoma de la Hormiga Argentina tiene cerca de 16.000 genes contra 23.000 en los humanos. Tienen un gran número de genes del citocromo P450, que son importantes en la desintoxicación de sustancias nocivas. Hay 111 genes en la hormiga argentina cuando en las abejas europeas hay 46. Esto se atribuye a la gran variedad de toxinas que detectan en su dieta amplia y variada. <<< >>> Las formas de control de la hormiga argentina tienen escaso éxito. (1) El uso de insecticidas residuales, que permanecen en la superficie por largo tiempo, tiene la desventaja de propagarse al agua y dañar a especies acuáticas. (2) Los cebos mezclados con insecticida deben ser agradables, de acción lenta, transferible, e inaccesible a otras especies diferentes. (3) Está la posibilidad es añadir feromonas que reduce la actividad de las hormigas en un 74% luego de un mes, cuando sin feromonas el cobo con insecticida lo hace en el 42%. (4) El uso de cebo biodegradable basado en algas reduce las poblaciones entre 40-68% después de 4 semanas de aplicación. Después de un segundo tratamiento de 4-5 semanas, la reducción de población de hormigas se mantuvo en el 61-79%, hasta el final del experimento de 8 semanas. (5) Los hidrogeles se aplican en el suelo donde las hormigas forrajean. Una vez que una hormiga encuentra el hidrogel y lo bebe, pasa por el nido y comparte el líquido tóxico con compañeras. También crean un rastro de hidrogeles que seguirá a sus compañeras de nido. <<< >>> Las hormigas argentinas basan su éxito en varios factores: tienen más de una reina por colonia; viven de forma transitoria en lugar de construir nidos permanentes; son altamente agresivas y compiten con otras especies de hormigas locales por alimentos y recursos; usan secreciones químicas como armas con las hormigas cosechadoras; protegen las plagas de las plantas (áfidos) a cambio de las secreciones de melaza que estos insectos producen. <<< >>> La Hormiga Argentina está desapareciendo de Nueva Zelanda sin intervención humana. Llegó en 1990 y se expandieron, pero están colapsando en 60 localidades. Se cree que la baja diversidad genética, que se asocia con la resistencia a las enfermedades reducida, es la razón más probable de la desaparición de la hormiga. <<< >>>

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