Hormigas transgénicas develan secretos sociales

En un laboratorio de Manhattan se ha manipulado el ADN de estos insectos para crear a las primeras hormigas transgénicas las cuales desafían las preferencias estándar de su especie.

Ya sea en el aspecto personal o profesional, Daniel Kronauer de la Universidad Rockefeller es el tipo de biólogo que no deja ninguna piedra sin voltear. Apasionado de las hormigas y otros insectos desde el jardín de niños, Kronauer dice que aún le encanta dar vuelta a las piedras “solo para ver qué hay arrastrándose debajo”.

En un amplio laboratorio con ventanales en un cuarto piso en el lado este de Manhattan, él y sus colegas están analizando la biología, cerebro, genética y comportamiento de una sola especie de hormigas en forma ambiciosa e inflexiblemente detallada.

Los investigadores han decorado cuidadosamente a mano miles de hormigas invasoras clónicas, Cerapachys biroi, con puntos brillantes de pintura color rosa, azul, rojo y verde limón, un sistema de código de colores que permite a las computadoras dar seguimiento a los movimientos de las hormigas las 24 horas del día; y las hace parecer gomitas andantes.

Los científicos han manipulado el ADN de estas hormigas, creando lo que Kronauer dice que son las primeras hormigas transgénicas del mundo. Entre los sorprendentes resultados está un tipo al estilo Greta Garbo que desafían la preferencia estándar de las hormigas por la híper sociabilidad y más bien solo quieren que las dejen en paz.

Programando individuos

Los investigadores también han identificado las pautas moleculares y neurales que hacen que las hormigas actúen como enfermeras y alimenten a las jóvenes, o que actúen como reinas y se reproduzcan más jóvenes, o funjan como agentes policiales brutales, capturando a compañeras de hormiguero advenedizas, extendiéndolas en cruz en el suelo y reduciéndolas a astillitas quitinosas.

Kronauer, quien nació y se crió en Alemania y acaba de cumplir 40 años, es un hombre alto, de cabello color arena y ojos azules y está casado con una dentista. Es amigable y directo, y las ambiciones de su laboratorio son idealistas y pragmáticas.

“Nuestro objetivo final es tener una comprensión fundamental de cómo funciona un sistema biológico complejo”, dijo Kronauer. “Uso a las hormigas como modelo para hacerlo”.

Según lo ve, las hormigas en una colonia son como las células en un organismo multicelular, o como las neuronas en el cerebro: su destino está unido, su labor está sincronizada, el todo es una fuerza emergente que debe ser considerada.

“Pero uno puede manipular a una colonia de hormigas de maneras en que no puede hacerse fácilmente con un cerebro”, dijo Kronauer. “Es muy modular, y uno puede separarla y volverla a unir de nuevo”.

Kronauer y sus coautores describen su trabajo en una serie de reportes recientes que aparecen en las publicaciones especializadas Proceedings de la Academia Nacional de Ciencias, The Journal of Experimental Biology y otras.

Hacia un organismo modelo

Los investigadores esperan convertir a la hormiga invasora clónica en un organismo modelo, al lado de elementos fijos en los laboratorios como el E. coli y la Drosophila.

Pero aunque las bacterias y las moscas de la fruta han resultado invaluables para abordar interrogantes fundamentales de cómo operan los genes o surgen los planes corporales durante el desarrollo, las hormigas modelo de Kronauer ofrecen a los científicos la oportunidad de explorar, bajo condiciones controladas, el origen y evolución de las sociedades animales.

“Su sistema es increíblemente prometedor para quien quiera estudiar el comportamiento social”, dijo Corina Tarnita, profesora asociada de ecología y biología evolutiva en la Universidad de Princeton que ha trabajado con termitas y comunidades microbianas.

“Uno puede preguntarse: cuáles son los ingredientes básicos, las operaciones elementales que la naturaleza ha usado repetidamente para producir sociedades; ya sea que uno esté hablando de hormigas, moho del cieno, babuinos o incluso las primeras sociedades humanas”.

Gene Robinson, un experto en abejas melíferas y director de biología genómica en la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, dijo: “Las colonias de insectos sociales son el sistema complejo por excelencia, y Daniel ha desarrollado un conjunto de herramientas muy poderoso para abordar grandes interrogantes sobre cómo operan y cómo, a falta de control central, las interacciones locales pueden dar paso a patrones globales”.

Experimentos de socialización

Una clave para el potencial de la hormiga invasora como un caballo de batalla del laboratorio es su adaptabilidad. Muchas hormigas son quisquillosas. No la Cerapachys.

“Es una especie invasora”, dijo Kronauer. “Eso aplica a muchos organismos modelo: tienen una distribución mundial, son buenos invadiendo hábitats alterados, y se les puede criar fácilmente en un laboratorio”.

Para dar seguimiento a las enredadas madejas de la vida social de las hormigas, los investigadores adoptaron una variedad de enfoques. Desmontan los genes de las hormigas o editan la inscripción de los genes de las hormigas y ven cómo responden los insectos.

Llenan a las hormigas con neuroquímicos radioactivamente etiquetados y verifican dónde en los cerebros de las hormiga las moléculas señalizadas ganan terreno.

Miden los movimientos de las hormigas en fracciones de milímetro conforme los insectos deambulan por redes finamente calibradas trazadas sobre cerámica. Sobrealimentan a las hormigas y matan de hambre a las hormigas; mezclan y combinan a las hormigas de diversas edades, experiencias de vida y transgenicidad.

Resultados alternativos

El proyecto representa investigación básica en su aspecto más seductivamente cerebral, sin embargo bien podría revelar conocimiento sobre las enfermedades humanas, como por qué las células del cáncer ignoran todas las señales de detenerse emitidas por lo que las rodea, o por qué el cerebro se vuelve contra sí mismo durante la depresión.

“Al estudiar los neuromoduladores que hacen a las hormigas tan sensibles a su entorno social”, dijo Kronauer, “pudiéramos aprender algo fundamental sobre el autismo y la depresión a lo largo del camino”.

Más allá de su carácter invasivo, la hormiga invasora clónica parece casi hecha a la medida para la experimentación. Las alrededor de 12 mil especies conocidas de hormigas del mundo despliegan una variedad de estrategias reproductivas y de supervivencia.

Los ejemplos más conocidos son las hormigas totalmente eusociales, en las cuales muchas obreras femeninas estériles realizan todas las tareas, una sola reina grande deposita todos los huevecillos, y unas cuantas hormigas macho, o zánganos, proveen el esperma.

Entre las hormigas invasoras clónicas, no hay obreras y reinas permanentemente designadas. En vez de ello, todas las hormigas en una colonia cambian de un papel a otro. Aproximadamente la mitad del tiempo, se comportan como obreras, reuniendo comida para las jóvenes; generalmente invadiendo los nidos de otras hormigas y robando sus larvas.

Reproducción y sociabilidad

El resto del tiempo, activan su comportamiento de reinas y todos los miembros de la colonia depositan huevecillos juntos. Además, no hay hormigas invasoras macho: los huevecillos se desarrollan partenogenéticamente, sin esperma, creando falanges de clones femeninos genéticamente idénticos.

La combinación inusual de uniformidad genética y conducta extremadamente proteica de las hormigas ofrece una herramienta poderosa para desentrañar el antiguo dilema de la naturaleza contra la crianza, y los investigadores de Kronauer han estado trazando un mapa de la interacción entre los genes y las pautas ambientales para dar forma a comportamientos esenciales como la reproducción y la sociabilidad.

En su reporte en la publicación Current Biology, Kronauer y sus colegas describieron la forma estricta en que una colonia de hormigas clónicas sincronizaba su calendario: ahora todas depositaban huevecillos, ahora los huevecillos eclosionan en larvas, ahora las hormigas adultas desactivan sus ovarios y más bien atienden a las jóvenes hambrientas.

De vez en cuando, sin embargo, los ovarios de una hormiga siguen activos cuando deberían estar en suspenso, y otras hormigas pueden detectar la actividad ilícita a través de indicadores de hidrocarbono reveladores en la cutícula de la infractora.

Agentes ejecutores

Hormigas vigilantes pronto actúan contra el individuo híper ovárico, lo sacan a rastras del nido, lo someten y lo desmiembran, una ejecución que puede tomar horas o días.

“Estas hormigas son pequeños tanques”, dijo Kronauer.

¿Por qué es importante matar a una hormiga que pudiera reproducirse fuera de temporada cuando esa hormiga es tu gemela genética? Kronauer comparó a las hormigas policías con el sistema inmunológico del cuerpo, y a la hormiga rebelde con el cáncer.

“Una colonia de hormigas enfrenta problemas similares como un organismo multicelular”, dijo. “Uno no puede tener componentes que no respondan a las pautas reguladoras y empiecen a reproducirse sin control”.

Cuando las hormigas policías tocan a la puerta, no hay piedra lo suficientemente grande dónde ocultarse.