Las hormigas son reconocidas en el mundo de los insectos por su compleja estructura social y comportamientos. Las trabajadoras y recolectoras apoyan a la reina, desempeñando fielmente sus funciones sociales para la salud general de la colonia. Este complejo "superorganismo", como lo han denominado los científicos- se ha convertido en un modelo principal para explorar las raíces genéticas y conductuales de los organismos sociales.
Sorprendentemente, también hay casos raros de hormigas que no juegan bien con los demás y se olvidan de sus deberes sociales para convertirse en parásitos de carga libre entre sus parientes que viven en libertad.
Ahora, en un nuevo estudio publicado en Comunicaciones de la naturaleza , una colaboración internacional de investigadores de Europa las Universidades de Münster y Copenhague, Sudamérica Universidad de la República en Montevideo, Uruguay y los EE. UU. Dirigido por la Universidad Estatal de Arizona, se unieron para descubrir y recopilarEstos raros parásitos sociales de hormigas. Juntos, han obtenido y analizado las secuencias del genoma de ADN completo de tres especies raras de hormigas cortadoras de hojas "parásito social" llamadas Acromyrmex inquilines para comprender mejor las diferencias entre ellas y sus respectivas especies hospedadoras.
Es la primera vez que se pueden secuenciar los genomas de varias especies de hormigas socialmente parásitas.
"Nuestros hallazgos mejoran nuestra comprensión de las consecuencias genómicas de la transición a una historia de vida novedosa y altamente especializada y brindan información detallada sobre la evolución molecular del parasitismo social en las hormigas", dijo Christian Rabeling, profesor asociado de la Escuela de Ciencias de la Vida de ASU.y un autor correspondiente del estudio.
De parásito social a social
Es importante comprender la inusual transición de parásitos sociales porque los genomas de las hormigas han evolucionado durante más de 100 millones de años. Se produjo una única transición importante para introducir el nuevo nivel de "superorganismo" de estructura de organización social con segregación de casta de reinas y trabajadoras yaltruismo. Este superorganismo tuvo tanto éxito que produjo una biodiversidad de 17 subfamilias, 338 géneros y más de 13,900 especies vivas.
"Por lo tanto, no es de extrañar que los cambios paralelos a un comportamiento y estilo de vida socialmente parasitarios altamente especializados que abandonan esta condición ancestral fundamental, generalmente basada en la exogamia y poblaciones efectivas más grandes, dejen huellas genómicas significativas", dijo Rabeling. "Los resultados de nuestros análisisde solo tres de estas especies confirman que los parásitos sociales de las hormigas ofrecen importantes sistemas de estudio para identificar las características distintivas de la vida cooperativa de colonias sociales
Y al hacerlo, sus análisis han confirmado que durante un lapso de aproximadamente un millón y medio de años, estas especies de hormigas han encontrado formas independientes y separadas de evolucionar y convertirse en parásitos sociales.-se encontró que la erosión genética específica es más extrema en las hormigas parásitas sociales.
Piense en cómo comenzaría. Un grupo de hormigas reinas solo quiere vivir en una colonia sin hacer el trabajo. Y no trabajar más en el nido. Luego, las hormigas reinas se enfocan únicamente en producir nuevas reinas y machos, y estoEl tamaño pequeño de la población de parásitos sociales comenzaría la endogamia frecuente para sobrevivir. Esto reduce inmediatamente su diversidad genómica con el tiempo. Luego, en un abrir y cerrar de ojos en el tiempo evolutivo, debido a la selección natural y un aumento en la prevalencia de la deriva genética, mejoraría las tasaspor el cual se perdieron los rasgos ancestrales y al mismo tiempo ralentizó el ritmo por el cual podrían surgir nuevos rasgos más adaptativos.
Es casi como un fenómeno de 'dormitar y perderlo' ocurrido dentro del ADN de la hormiga parásita para desencadenar la erosión del genoma.
Para probar este efecto dentro del genoma de la hormiga, el equipo de investigación investigó la estructura genómica general y los genes individuales que pueden verse afectados por esta desintegración genómica. Primero, encontraron evidencia generalizada de reordenamientos e inversiones genómicas que son características de la inestabilidad y la desintegración.Luego, dentro de las redes de genes, identificaron 233 genes que mostraban evidencia de selección relajada en al menos una de las ramas del parásito social y firmas de selección intensificada en 102 genes ". Nuestro análisis mostró que la evolución de la familia de genes en tres de los cuatro parásitos socialesde hecho, los nódulos se caracterizan en gran medida por pérdidas de genes ", dijo Rabeling.
Las pérdidas y reducciones del genoma más afectadas fueron en el sentido del olfato de las hormigas parásitas sociales y, en menor grado, en el gusto.
Fallo en la prueba de olfateo
No solo algunos de los genes responsables del olor de las hormigas se perdieron con el tiempo, sino que, como resultado, las hormigas también mostraron un tamaño reducido en los lóbulos olfatorios de sus cerebros cuando se realizaron las exploraciones microCT.
"Esto no es una sorpresa porque las hormigas se comunican predominantemente a través de señales químicas y alguna vez se las describió como fábricas químicas", explica Rabeling. "Por lo tanto, la pérdida de genes olfativos se correlaciona con una transición extrema de cambios morfológicos y de comportamiento extensos".
Esto incluye la reducción o pérdida completa del sistema de castas de trabajadores, piezas bucales, antenas y tegumentos simplificados, pérdida de ciertas glándulas hormonales y un sistema nervioso de complejidad reducida probablemente asociado con un repertorio de comportamiento drásticamente reducido.
A partir de su análisis comparativo, también pudieron poner estos cambios en la perspectiva más amplia del tiempo evolutivo. También pudieron fechar los orígenes del parasitismo social dentro del árbol genealógico de las hormigas cortadoras de hojas.
Dos orígenes independientes de parasitismo social ocurrieron en el género de hormigas Acromyrmex. Dentro de este género, A. heyeri, una hormiga social, es la especie hospedadora de las especies parasitarias de A. charruanus y P. argentina.
Primero, un linaje sudamericano de hormigas sociales A. heyeri separado del último ancestro común considerado socialmente parasitario de A. charruanus y P. argentina antes de que los dos parásitos sociales divergieran. En segundo lugar, una especiación centroamericanaevento ocurrió cuando A. insinuator divergió de su anfitrión A. echinatior.
Ambos orígenes del parasitismo social son evolutivamente recientes, se estima que hace unos 2,5 millones de años para la divergencia entre A. heyeri y el último ancestro común de A. charruanus y P. argentina, y hace aproximadamente 1 millón de años para la divergencia entreA. insinuador y A. echinatior.
"Inferimos que la selección natural relajada aceleró la erosión general del genoma en los parásitos sociales y alivió las limitaciones evolutivas, lo que facilitó la rápida evolución adaptativa de rasgos específicos asociados con un estilo de vida socialmente parasitario", dijo Rabeling.
Alegría del descubrimiento
¿Por qué tomó tanto tiempo hacer el análisis del genoma? Resulta que la parte más fácil del estudio puede haber sido el análisis comparativo del genoma. Encontrar las hormigas en primer lugar resultó ser el mayor obstáculo. ¿Por qué?
Las poblaciones de parásitos sociales de las hormigas son casi invariablemente pequeñas y están distribuidas de manera irregular. ¿Qué tan desiguales?
Bueno, la última vez que una de las especies, P. argentina, fue vista en estado salvaje fue en 1924, mucho antes del descubrimiento del ADN como la unidad química hereditaria de la vida.
Rabeling recuerda viajes anteriores a Sudamérica que fueron en vano porque no pudieron encontrar P. argentina. Luego, hace aproximadamente una década, una llamada telefónica del colega Martín Bollazzi y coautor del estudio le cambió la vida.
"Martín Bollazzi dijo que su esposa Leticia acaba de redescubrir P. argentina !!!"
Rabeling se subió a un avión lo más rápido que pudo. Cuando vio a P. argentina de cerca, fue un momento de descubrimiento que nunca olvidará.
"El redescubrimiento de Leticia de P. argentina fue el hallazgo de su vida. Lo que me encanta especialmente es conectar el trabajo de campo de las hormigas y las observaciones de la historia natural con las nuevas tecnologías como la secuenciación del genoma completo, y tener la oportunidad de hacerlo fue taluna alegria."
Ahora, podrían hacer realidad sus sueños de investigación recolectando P. argentina y poner a prueba sus hipótesis basadas en el trabajo de campo haciendo la primera secuenciación moderna del genoma completo de hormigas parásitas sociales.
Próximos pasos
Sus resultados no solo son importantes para comprender a las hormigas, sino que ofrecen información sobre el papel de estos sistemas de estudio de `` pérdida de función '' genómicos en otros parásitos y para identificar las características distintivas de la vida cooperativa en colonias sociales tanto a nivel fenotípico como genómico..
"Los parásitos sociales vinieron a explotar los esfuerzos de búsqueda de alimento, el comportamiento de enfermería y la infraestructura de la colonia de sus anfitriones", dijo Rabeling.
Rabeling también señala a otras especies, como el pez cavernario ciego mexicano u otros parásitos como la tenia como ejemplos de organismos que perdieron rasgos importantes con el tiempo. En cada caso, han desarrollado y explotado nichos ecológicos novedosos.supervivencia de las especies.
De estas 3 primeras especies de hormigas parásitas sociales, han aprendido mucho. A continuación, planean futuros estudios genómicos de estos parásitos sociales de hormigas para generar más conocimientos interesantes, particularmente con tecnologías de secuenciación de lectura larga que permiten análisis con mayor detalle.
Pero Rabeling y sus colegas ahora están involucrados en otra carrera contra el tiempo, ya que cada año, más y más hábitats naturales de hormigas se pierden debido a la deforestación y el desarrollo. Ahora, nuestra comprensión de la evolución de las hormigas depende de que las personas cooperen para salvar la biodiversidad.- mientras podamos.
"Esperamos que tales estudios futuros puedan ampliar nuestro conocimiento sobre las firmas de la evolución del comportamiento social en las hormigas, para lo cual pocos otros sistemas modelo pueden ofrecer tales tamaños de muestra a nivel de especie de varias docenas".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Estatal de Arizona . Original escrito por Joe Caspermeyer. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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