LA IMPORTANCIA DEL OLFATO EN LA CAPACIDAD DE LAS HORMIGAS PARA DISTINGUIR ENTRE COMPAÑERAS E INTRUSAS

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Las hormigas han intrigado a los científicos desde hace mucho tiempo, por ser un fascinante ejemplo de cooperación estrecha y compleja entre los miembros de una comunidad, que incluye tareas colectivas como el cuidado de los jóvenes, la recolección de comida y la defensa contra intrusos. Se ha estudiado cómo se coordinan para transportar grandes pedazos de comida, cómo consiguen mantener limpio su hormiguero, e incluso el fenómeno de la holgazanería entre ellas. Ahora, además, en un estudio reciente se ha profundizado en cómo las hormigas identifican a los diferentes miembros de su colonia respecto a los de otras.

Uno de los tipos de hormigas examinadas en la investigación. (Foto: Juergen Leibig)

El equipo de Anandasankar Ray, de la Universidad de California en Riverside, Estados Unidos, ha comprobado que las hormigas captan y emiten información sobre identidad usando una serie de sustancias, concretamente hidrocarburos, presentes en sus cutículas (sus caparazones externos). Las hormigas, que han desarrollado algunas de las más grandes familias de genes receptores del olfato en insectos, utilizan su potente sentido olfativo para detectar las sustancias presentes en la cutícula de cada individuo situado cerca y así identificar de forma precisa a los diferentes miembros de su sociedad.

Hasta ahora, se sabía poca cosa sobre cómo las hormigas utilizan la detección olfativa de feromonas para reconocer a individuos que pertenecen a diferentes castas de su misma colonia o a colonias distintas.

El equipo de Ray decidió concentrar su atención en las neuronas de las antenas de las hormigas obreras, y en sus respuestas ante determinadas sustancias sobre la cutícula. Se utilizó para ello un potente método electrofisiológico, para probar sistemáticamente ciertas clases de compuestos químicos presentes en la cutícula de la obrera típica y/o en la de la reina. De estos tipos de compuestos químicos ya se sospechaba previamente que actuaban como señales importantes.

El equipo de Anandasankar Ray, de la Universidad de California en Riverside, Estados Unidos, ha comprobado que las hormigas captan y emiten información sobre identidad usando una serie de sustancias, concretamente hidrocarburos, presentes en sus cutículas (sus caparazones externos). Las hormigas, que han desarrollado algunas de las más grandes familias de genes receptores del olfato en insectos, utilizan su potente sentido olfativo para detectar las sustancias presentes en la cutícula de cada individuo situado cerca y así identificar de forma precisa a los diferentes miembros de su sociedad.

Hasta ahora, se sabía poca cosa sobre cómo las hormigas utilizan la detección olfativa de feromonas para reconocer a individuos que pertenecen a diferentes castas de su misma colonia o a colonias distintas.

El equipo de Ray decidió concentrar su atención en las neuronas de las antenas de las hormigas obreras, y en sus respuestas ante determinadas sustancias sobre la cutícula. Se utilizó para ello un potente método electrofisiológico, para probar sistemáticamente ciertas clases de compuestos químicos presentes en la cutícula de la obrera típica y/o en la de la reina. De estos tipos de compuestos químicos ya se sospechaba previamente que actuaban como señales importantes.

SIMILITUD INESPERADA ENTRE EL EFECTO DE UN IMPACTO METEORÍTICO Y EL DE UN RELÁMPAGO

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De forma global, los relámpagos actúan 44 veces por segundo. Comparemos eso con los impactos significativos de meteoritos, que suceden solo de 5 a 10 veces por año, y tendremos claro que los relámpagos son una fuerza relevante a la hora de remodelar terrenos. Sin embargo, según un nuevo estudio, ambos fenómenos naturales pueden hacer la misma e inusual cosa: deformar rocas a nivel atómico.

Materia pétrea alcanzada por un relámpago. (Foto: Reto Gieré)

El equipo internacional de Reto Gieré, de la Universidad de Pensilvania en Estados Unidos, ha descubierto dicha similitud en una muestra de cuarzo de un afloramiento rocoso en el sur de Francia. La roca había sido golpeada por un relámpago y fracturada. Los investigadores pudieron ver que el área dentro y alrededor de la fractura estaba cubierta por un recubrimiento característico negro.

Usando varios tipos de microscopios potentes, incluyendo uno que proporciona una resolución a escala atómica, Gieré y sus colegas examinaron delgadas rebanadas de la roca. Y hallaron que la capa negra superficial es un vidrio formado por el calor del relámpago, que vaporizó la capa externa de la roca.

Pero lo que realmente ha sorprendido a los investigadores es lo que han hallado justo debajo de esa capa de vidrio. Colocando una delgada rebanada de la muestra bajo un microscopio electrónico de transmisión, han captado rasgos peculiares que hasta la fecha solo se habían visto en minerales de puntos de impactos meteoríticos.

EL FENÓMENO DE LA INTELIGENCIA COLECTIVA DE LA CAPACIDAD EN HORMIGAS PARA CREAR PUENTES VIVIENTES

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El fascinante fenómeno de una columna de hormigas obreras discurriendo por un camino como si encarnasen a un único ser, con forma de serpiente, se queda corto en comparación con lo que estos insectos pueden hacer cuando su camino se ve interrumpido por lo que para ellos representa un precipicio. Si la distancia a salvar de un lado a otro no es mucha, las hormigas pueden ejercer una conducta colectiva todavía más parecida a la que pondría en práctica un solo individuo que las englobase a todas. Como si las hormigas pasasen a ser piezas de un animal mayor, por ejemplo una serpiente, se aferran con fuerza unas a otras del modo idóneo y construyen un puente entre ambas orillas. Y lo hacen sin ningún control centralizado desde el que partan órdenes de coordinación. Es algo espontáneo e improvisado.

Puente viviente de hormigas visto desde debajo. (Foto: Matthew Lutz, Princeton University, y Chris Reid, University of Sydney)

El equipo internacional de Matthew Lutz, de la Universidad de Princeton en Estados Unidos, y Chris Reid, de la de Sídney en Australia, ha estudiado a fondo el fenómeno de la construcción espontánea de puentes vivientes por hormigas de la especie E. hamatum. Y ha llegado a la conclusión de que estas estructuras son más sofisticadas de lo que la comunidad científica ha venido creyendo hasta ahora. Las hormigas exhiben un nivel de inteligencia colectiva que podría obligar a reescribir algunas páginas de los tratados sobre comportamiento animal, e incluso ayudar en el desarrollo de robots intuitivos que puedan cooperar entre ellos tan estrechamente como piezas de una misma máquina.

El comportamiento de una colonia de hormigas ya ha sido previamente la base de algoritmos para optimizar rutas de vehículos y trazados de telecomunicaciones, entre otras aplicaciones. Las hormigas estudiadas en la nueva investigación ejemplifican la “inteligencia de enjambre”, en la que interacciones a nivel individual producen un comportamiento de grupo coordinado, como por ejemplo el montaje y desmontaje de los puentes vivientes.

Extrayendo las reglas usadas individualmente por las hormigas sobre si iniciar, unirse o separarse de una estructura viviente, sería factible programar enjambres de robots simples para construir puentes y otras estructuras a base de conectarse entre sí.

Estos puentes de robots exhibirían las propiedades beneficiosas que observamos en los puentes de hormigas, como la adaptabilidad a las condiciones locales, la optimización en tiempo real de la forma y la posición, y la rapidez del montaje y el desmontaje sin necesidad de materiales de construcción externos. Dicho enjambre de robots sería especialmente útil en condiciones peligrosas e impredecibles, tales como las imperantes en zonas de desastres naturales.

LAS AVES, MENSAJERAS DEL CAMBIO CLIMÁTICO

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Las aves se encuentran entre los grupos faunísticos más estudiados y son poderosas centinelas del mundo natural. Un nuevo informe titulado Las Mensajeras usa los datos que nos aportan estos animales para alertar de la gravedad de las repercusiones del cambio climático.

En la foto, una carraca lila (Coracias caudata). A lo largo del tiempo y en todas las culturas, las aves han enviado señales acerca de la salud del medio ambiente./ Anthony Goldman

Las consecuencias del cambio climático centran el último informe de BirdLife International y National Audubon Society que bajo el título “Las Mensajeras” reúne cientos de estudios independientes que muestran cómo las aves alertan del peligro existente para especies y hábitats alrededor de todo el mundo.

“A lo largo del tiempo y en todas las culturas, las aves nos han enviado señales acerca de la salud del medio ambiente. Los mineros ya no usan canarios como sistemas de detección de alarma, pero las aves son nuestro nexo más cercano con la vida silvestre en el planeta y todavía nos avisan sobre la salud de los espacios compartidos por aves y personas”, explican Patricia Zurita, directora ejecutiva de BirdLife International y David Yarnold, presidente y director ejecutivo de National Audubon Society, en el prólogo del informe.

“Nunca antes su mensaje –que el cambio climático está aquí y una amenaza para la supervivencia de la avifauna y la humanidad– había sido tan claro o tan urgente”, remarcan

El informe identifica una serie de impactos previsibles. Según sus estimaciones, se espera que la mayoría de las especies de aves reduzcan su área de distribución, lo que incrementará el riesgo de extinción. 

Grullas de Manchuria (Grus japonensis). Las aves alertan del peligro existente para especies y hábitats alrededor de todo el mundo./ David Crane

El análisis de BirdLife International y National Audubon Society advierte de que ciertas amenazas actuales, incluidos fenómenos climáticos extremos y enfermedades, se agravarán con el paso de los años. Según los expertos, la sociedad experimentará muchos de esos riesgos y su respuesta a los mismos podría poner en peligro la naturaleza.

A pesar de la gravedad, el trabajo también incluye un fuerte mensaje de esperanza y ofrece soluciones para construir una adaptación natural para las generaciones venideras. Entre las medidas que proponen: la promoción de energías limpias y renovables, la protección y restauración de ecosistemas ricos en absorción de carbón y la conservación, manejo y conexión entre espacios clave que ayuden a las especies a adaptarse a los cambios.

Aconsejan también implementar una adaptación al cambio climático basada en los ecosistemas que permita aumentar la adaptación de las personas y abogan por emplear a las aves como nexo entre los seres humanos y la naturaleza y para comprensión del cambio climático. 

“El informe por primera vez muestra notables evidencias de todo el mundo que prueban que el cambio climático ya está causando impactos negativos en las poblaciones de muchas especies. Además, sintetiza muchos estudios regionales que concluyen que el número de especies que se espera que empeoren es más de dos veces el número de especies que se podrían beneficiar”, explica Stuart Butchart, responsable científico de BirdLife International y autor principal del informe.

La naturaleza batalla contra el cambio climático

Por su parte, Edward Perry, coordinador Global de Políticas sobre Cambio Climático de BirdLife International y coautor del informe, explica que la naturaleza juega un papel vital en atajar el cambio climático, aunque frecuentemente se ignora. 

“Los ecosistemas saludables secuestran y almacenan ingentes cantidades de carbón, mientras proveen a las personas de una primera línea de defensa ante las inundaciones, sequía y otras amenazas climáticas”, defiende el experto.

“Este informe demuestra que las soluciones basadas en la naturaleza no solo ofrecen una respuesta efectiva al cambio climático, si no que generan una serie de beneficios para las comunidades humanas y la biodiversidad”, concluye el investigador. 

LOS PECES PODRÍAN TENER EMOCIONES Y CONCIENCIA

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Un equipo internacional de científicos con participación de la UAB ha descubierto que los peces muestran "fiebre emocional", un pequeño incremento de la temperatura corporal ante situaciones de estrés. Esta fiebre se relacionaba hasta ahora con las emociones y la conciencia en mamíferos, aves y algunos reptiles, pero no se había observado nunca en peces.

Pez cebra. / NICHD

Investigadores de la Universitat Autònoma de Barcelona, ​​junto a científicos de las Universidades de Stirling y Bristol (Reino Unido), han observado por primera vez un incremento de la temperatura corporal de entre 2 y 4 grados en peces cebra, al someterlos a situaciones estresantes. Se trata de un fenómeno llamado fiebre emocional, dado que se relaciona con las emociones que sienten los animales ante un estímulo externo e, incluso, se ha relacionado, no sin controversia, con su conciencia. 

La fiebre emocional se había observado hasta ahora en mamíferos, en aves y en algunos reptiles, pero nunca en peces. Por este motivo, se consideraba a los peces como animales sin emociones ni conciencia. El experimento, con 72 ejemplares de pez cebra, ha dado un vuelco a esta visión. 

Los investigadores dividieron los peces en dos grupos de 36 ejemplares y los introdujeron en un gran tanque con diferentes compartimentos con temperaturas que iban de los 18 ºC hasta los 35 ºC, comunicados entre ellos.

¿Una prueba de fiebre emocional?

Los peces del grupo control se mantuvieron sin hacer nada especial en la zona que estaba a su temperatura preferida: 28 ºC. Al otro grupo se les provocó una situación de estrés: fueron confinados en una red dentro de la pecera, a 27 ºC, durante 15 minutos. Después de este tiempo, el grupo fue liberado. Mientras los peces control permanecieron en los compartimentos en torno a los 28 ºC, los peces que habían sufrido estrés se desplazaron hacia los tanques calientes, incrementando su temperatura corporal entre 2 ºC y 4 ºC. Para los investigadores se trata de una prueba de que estos peces expresaban fiebre emocional. 

Sobre el grado de conciencia de los peces existen opiniones diferentes entre los científicos. Algunos investigadores argumentan que no pueden tener conciencia por la simplicidad de sus cerebros, sin córtex cerebral, sin capacidad de memoria ni de aprendizaje, con un repertorio muy limitado de comportamientos y sin la habilidad de experimentar sufrimiento. Otros, en cambio, apuntan que, pese al tamaño reducido del cerebro de los peces, el análisis detallado de su morfología y de su comportamiento muestra semejanzas entre algunas estructuras de su cerebro y las que se observan en otros vertebrados, como el hipocampo (relacionado con el aprendizaje y la memoria espacial) y la amígdala (relacionada con las emociones) de los mamíferos. 

Para Sonia Rey, investigadora del Instituto de Acuicultura de la Universidad de Stirling y del Instituto de Biomedicina y Biotecnología (IBB) de la UAB, "estamos ante unos resultados muy interesantes, el hecho de expresar fiebre emocional sugiere por primera vez que los peces tienen un cierto grado de conciencia". 

La investigación ha sido publicada esta semana en Proceedings of the Royal Society of London, Biological Sciences. Se inició en el Instituto de Biomedicina y Biotecnología (IBB) de la UAB hace tres años y se ha concluido en la Universidad de Stirling por los mismos investigadores, Sonia Rey, Simon Mackenzie, Reynaldo Vargas y Sebastian Boltaña, en colaboración con la investigadora Felicity Huntingford, de Striling y el investigador de la Universidad de Bristol, Toby Knowles, que ayudó en el análisis estadístico de los datos.

MODELOS MATEMÁTICOS PARA AYUDAR A CONSERVAR EL QUEBRANTAHUESOS

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Científicos españoles han aplicado por primera vez un modelo matemático para estudiar los efectos que las extracciones de huevos o pollos pueden tener en la dinámica poblacional del quebrantahuesos, un ave carroñera en peligro de extinción en los Pirineos. Los resultados muestran un escenario preocupante, ya que en un panorama actual sin manejo, solo en un 23% de los escenarios hay crecimiento poblacional. El estudio desaconseja el manejo de los huevos o pollos por los efectos negativos que puede tener en la viabilidad poblacional de la especie.

Un quebrantahuesos adulto. / A. Margalida (ETSEA-UdL)

Un equipo de científicos españoles pone de manifiesto los resultados de la aplicación de un modelo matemático para estudiar la viabilidad poblacional del quebrantahuesos en Pirineos en el caso de extraer huevos o pollos para realizar proyectos de reintroducción en otras cadenas montañosas de la Península Ibérica y otras regiones europeas.

Según el estudio, publicado en Scientific Reports, si se tienen en cuenta los actuales parámetros demográficos y se simulan diferentes combinaciones y escenarios de la cantidad de extracciones, los resultados muestran un escenario preocupante.

"En un panorama como el actual y sin ser sometido a manejo de extracciones de huevos y pollos, solo un 23% de los escenarios muestra tendencias de crecimiento poblacional durante los próximos 30 años, pero los más plausibles son inferiores a un 1%", comenta Antoni Margalida, autor principal del estudio e investigador en la Universidad de Lleida.

"Las simulaciones sugieren que la mayor parte de los escenarios que contemplan la extracción de puestas o pollos incrementarían todavía más los efectos negativos en la demografía de la población donante", alerta el equipo entre los que han participado científicos del Instituto Mediterráneo de Estudios Avanzados (CSIC-UIB), la Universidad de Berna (Suiza) y la Estación Biológica de Doñana (CSIC).

  De acuerdo con el estudio, "los modelos sugieren que los efectos de las extracciones no se detectarían hasta pasados nueve años, por lo que la suelta de individuos criados en cautividad o la extracción del segundo pollo, en el caso de puestas de dos huevos, representan opciones mucho más apropiadas para las acciones de reintroducción de esta amenazada y emblemática especie".

España, con cerca de 130 parejas reproductoras, alberga más del 60% de la población europea de quebrantahuesos estimada en poco más de 200 parejas. Algunos proyectos de reintroducción se han basado en la extracción de puestas y pollos de la población pirenaica, pero el estudio desaconseja dicho manejo por los efectos negativos que puede tener en la viabilidad poblacional de la especie.

Hasta la fecha ningún estudio había modelado los efectos poblacionales que las extracciones podrían ocasionar al conjunto de la población pirenaica. Estos resultados permitirán optimizar la toma de decisiones a gestores y conservacionistas que trabajen con especies amenazadas de larga vida.

Referencia bibliográfica:

Margalida, A.; Colomer, M. A.; Oro, D.; Arlettaz, R. & Donázar, J. A. (2015). "Assessing the impact of removal scenarios on population viability of a threatened, long-lived avian scavenger". Scientific Reports 5:16962. (23 Noviembre 2015). www.nature.com/articles/srep16962

EL DIÓXIDO DE CARBONO DISPARA LA ABUNDANCIA DE ALGAS MICROSCÓPICAS

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Al contrario de lo que se pensaba hasta ahora, el aumento en los niveles de CO₂ está haciendo proliferar algunos tipos de microalgas que lo utilizan para crecer más rápidamente. Es el caso de los cocolitóforos, microalgas cubiertas de calcio, que en los últimos 45 años han multiplicado por diez su concentración en el Atlántico Norte. El cambio incontrolado en el jardín oceánico puede repercutir sobre el ciclo del carbono y, en último término, en la industria pesquera.

Muestra al microscopio de cocolitóforo recogida en el Atlántico Norte. / Amy Wyeth- Bigelow Laboratory for Ocean Sciences

Un alga marina microscópica prolifera a un ritmo que desafía las predicciones científicas y que puede tener importantes consecuencias para el almacenamiento del carbono atmosférico.    

En un estudio que publica la revista Science, investigadores de la Universidad Johns Hopkins advierten que la abundancia de cocolitofóridos –algas unicelulares recubiertas de carbonato cálcico– en el Atlántico Norte se ha multiplicado por diez en 45 años, del 2% a más del 20% entre 1965 y 2010.

Los científicos creen que tal incremento está relacionado con el aumento de los niveles de dióxido de carbono en el océano. Lo que no saben decir es si esta proliferación de microplancton será buena o mala para el planeta, pero seguro que tendrá efectos en el ciclo del carbono.

“Nuestro trabajo muestra un aumento en la presencia de un tipo de alga microscópica llamada cocolitóforo. Este tipo de microalga, como las plantas, realizan fotosíntesis, lo cual significa que toman el CO₂ y la energía solar para producir materia orgánica, crecer y reproducirse; pero tiene la peculiaridad de que, además, se rodea de un escudo de placas de carbonato de calcio, parecido a la tiza”, explica a Sinc la española Sara Rivero Calle, investigadora de la Universidad John Hopkins formada en la Complutense de Madrid, y autora principal del estudio.

Cuando esta alga muere, las placas de carbonato, al ser más pesadas, tienden a hundirse, lo cual es una forma de transportar carbono de la atmósfera al fondo del mar. En ese sentido, los cocolitóforos podrían ayudar a mitigar el problema del aumento de CO₂ en la atmósfera.

“Este fenómeno está ocurriendo en todo el Atlántico Norte y el Mar del Norte. En algunas zonas el incremento es incluso mayor. Hay otro estudios que apoyan nuestro hallazgo, pero en lugares puntuales”, añade la científica. Un ejemplo es un trabajo publicado este mismo año sobre las islas Bermudas que apuntaba un incremento del 37% en la cantidad de cocolitóforos con respecto a 1991.

Cambios en la productividad del océano

En el Atlántico Norte hay tres grupos de algas fitoplanctónicas principales: las diatomeas, los dinoflagelados y los cocolitóforos. Este trabajo y otros anteriores señalan que las poblaciones de diatomeas y dinoflagelados se han reducido enormemente desde 1960.

Según Rivero Calle, estas reducciones pueden deberse a varias razones, entre ellas, el calentamiento del océano y la reducción de nutrientes. “Permite que otros grupos con necesidades más flexibles de temperatura y nutrientes, como los cocolitóforos, puedan tener ciertas ventajas. Si, además, añadimos a esto que los niveles de CO₂ en el océano son mayores hoy que en los años 60, y que los cocolitóforos crecen más rápido cuando hay mayores concentraciones de CO₂, tenemos las condiciones perfectas para aumentar su presencia en el Atlántico”.

Sin embargo, lo que también saben los científicos es que cuando hay cambios en la base de la cadena trófica (el fitoplancton), esto repercute a su vez en la productividad del océano. “Entre otras cosas, determina qué tipos de pescado van a ser más abundantes, así que esto puede tener importantes consecuencias socioeconómicas para muchos países”, concluye la experta.

Los investigadores no pueden determinar con certeza qué pez se alimenta de los cocolitóforos, pero sí que una disminución en diatomeas es, probablemente, una mala noticia para la industria pesquera.

Según Rivero Calle, estas reducciones pueden deberse a varias razones, entre ellas, el calentamiento del océano y la reducción de nutrientes. “Permite que otros grupos con necesidades más flexibles de temperatura y nutrientes, como los cocolitóforos, puedan tener ciertas ventajas. Si, además, añadimos a esto que los niveles de CO₂ en el océano son mayores hoy que en los años 60, y que los cocolitóforos crecen más rápido cuando hay mayores concentraciones de CO₂, tenemos las condiciones perfectas para aumentar su presencia en el Atlántico”.

Sin embargo, lo que también saben los científicos es que cuando hay cambios en la base de la cadena trófica (el fitoplancton), esto repercute a su vez en la productividad del océano. “Entre otras cosas, determina qué tipos de pescado van a ser más abundantes, así que esto puede tener importantes consecuencias socioeconómicas para muchos países”, concluye la experta.

Los investigadores no pueden determinar con certeza qué pez se alimenta de los cocolitóforos, pero sí que una disminución en diatomeas es, probablemente, una mala noticia para la industria pesquera.

Bombas de carbono

Un segundo estudio, publicado también en Science, utiliza los corales de las profundidades para valorar cómo ha cambiado la abundancia del plancton en el Pacífico Norte durante el último milenio. Un equipo internacional de investigadores midió la huella que dejan los aminoácidos del fitoplancton en el esqueleto de los corales, y de esta forma pudieron determinar distintos periodos en los que unos u otros microorganismos han dominado las aguas.

En una primera transición, las cianobacterias que no fijan el nitrógeno dieron paso a las microalgas eucariotas. Después, hacia el principio de la era industrial, hubo otra transición hacia una comunidad de cianobacterias fijadoras de nitrógeno.

Según el estudio, mientras que la primera transición duró más de 600 años, la segunda, más reciente, se produjo en menos de 200 años.

Algunas de estas bacterias son muy eficientes eliminando el dióxido de carbono de la atmósfera. Por eso, el autor principal, Kelton McMahon, de la Universidad de California en Santa Cruz, cree que la tendencia actual podría dar lugar a un sistema cada vez mayor de bombas de carbono en los océanos.

Referencias bibliográficas:

Sara Rivero-Calle, 1,2* Anand Gnanadesikan, 1 * Carlos E. Del Castillo, 1,3 William Balch, 4 Seth D. Guikema5. “Multidecadal increase in North Atlantic coccolithophores and the potential role of rising CO2” Science 26 de noviembre de 2015, 10.1126/science.aaa8026.

Kelton W. McMahon, Matthew D. McCarthy, Owen A. Sherwood, Thomas Larsen, Thomas P. Guilderson. “Millennial-scale plankton regime shifts in the subtropical North Pacific Ocean”, Science 26 de noviembre de 2015, 10.1126/science.aaa9942.