Cómo cambian de trabajo las hormigas

Animales con funciones bien definidas pueden cambiar de tarea cuando se producen variaciones ambientales.

Sin embargo, se sabe muy poco sobre los mecanismos genéticos y moleculares que provocan tales cambios.

En este aspecto, los insectos sociales constituyen excelentes modelos para estudiar la relación entre los genes y el ambiente dado que su organización social se basa en individuos que pertenecen a castas especializadas desde el punto de vista de su comportamiento y que se han originado por un desarrollo en diferentes condiciones (como, por ejemplo, alimentación).

Flexibilidad laboral. La hormiga Pheidole pallidula presenta dos castas: las soldados, de mayor tamaño, y las trabajadoras, más pequeñas.

Sin embargo, pueden cambiar sus funciones si las condiciones lo requieren.

Aun así, los miembros pertenecientes a una casta pueden alterar rápidamente su conducta en función de las necesidades de la colonia, proporcionando una gran flexibilidad frente a cambios repentinos en el ambiente.

Por ejemplo, las hormigas que se encargan de defender el hormiguero pueden cambiar su función a la de búsqueda de alimento si las circunstancias de la colonia así lo requieren.

La estructura social de hormiga Pheidole pallidula proporciona el sistema perfecto para estudiar el cambio de funciones desde el punto de vista genético y molecular.

Esta especie presenta dos castas que se diferencian por su tamaño y comportamiento.

Las de mayor tamaño son las soldados; tienen cabezas y mandíbulas grandes y están especializadas en la defensa de la colonia, protegen la entrada del hormiguero y patrullan los alrededores matando a los posibles intrusos.

Por otra parte, las de menor tamaño son las trabajadoras; se dedican a buscar comida y a transportar presas al hormiguero.

Sin embargo, los soldados pueden convertirse en trabajadoras bajo determinadas situaciones, demostrando la flexibilidad de sus comportamientos.

Una pista sobre las bases moleculares de este cambio de comportamiento la proporciona el gen for (por foraging) de Drosophila, un gen relacionado con la búsqueda de comida. De hecho, P. pallidula tiene un gen relacionado, llamado ppfor (por Pheidole pallidula for), que codifica una proteína quinasa dependiente de GMP cíclico¹ (PKG).

Esta enzima se encuentra en el cerebro de ambas castas, aunque en las soldados se expresa en una pequeña región que no lo hace en las trabajadoras y las primeras presentan una mayor actividad de esta enzima que las segundas, lo que sugiere que a) la diferencia en la expresión de esta proteína puede estar relacionada con la diferencia de comportamiento entre ambas castas y b) dado que las soldados tienen una mayor actividad de esta enzima, PKG podría tener alguna función relacionada con la defensa.

Relación entre las diferencias de actividad de PKG y las diferencias de comportamiento

Para comprobar esta posibilidad, hay que manipular el ambiente de las colonias de estas hormigas y analizar la actividad de PKG en ambas castas.

En presencia un estímulo para la búsqueda de alimento (es decir, comida en forma de gusano de la harina), las trabajadoras se movilizan rápidamente y más tarde recurren a la ayuda de las soldados para que despedacen la presa y la transporten al hormiguero.

Al analizar la actividad de PKG en el cerebro de ambas castas, se vio que había disminuido en relación con los controles (hormigas a las que se le había presentado un gusano de la harina de plástico). Del mismo modo, si se las priva de comida (otra forma de estimular la búsqueda de alimento), la actividad de PKG en ambas castas es menor comparada con controles bien alimentados.

El comportamiento defensivo se puede estimular colocando un intruso (hormigas de otras colonias, por ejemplo) cerca de la entrada del hormiguero.

Al analizar la actividad de PKG se vio que era elevada en ambas castas comparadas con controles (cuando se colocaba una hormiga de la misma colonia cerca de la entrada del hormiguero), lo que vuelve a sugerir una posible función de PKG en la defensa.

Relación entre PKG y la defensa

Para comprobar esta posibilidad se puede aumentar artificialmente la actividad de PKG mediante el uso de un fármaco activador y estudiar cómo se comportan las hormigas frente a comida (gusano de la harina) y frente a un invasor (hormigas de otras colonias).

En presencia de un gusano de la harina, las hormigas de ambas castas tratadas con el activador de PKG dejaron de tener interés por la búsqueda de comida (las soldados se mostraron especialmente apáticas) y en presencia de un invasor, las soldados tuvieron un comportamiento más belicoso mientras que no se vio afectada la respuesta de las trabajadoras.

Así pues, los resultados de estos experimentos ponen de manifiesto que un solo gen que se expresa en una pequeña región del cerebro es capaz de desencadenar un cambio en las funciones de los individuos de una colonia y que este cambio es flexible y dependiente de las condiciones ambientales. Además, la influencia que ejerce el gen for en el comportamiento está conservada en los animales, aunque el resultado es diferente dependiendo de las especies. Por ejemplo, la actividad de los genes for en Drosophila y en la abeja melífera es mayor cuando están buscando alimento, al contrario de lo que ocurre en las hormigas y el gusano nemátodo Caenorhabditis elegans.

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