Las hormigas armadas forman algunas de las sociedades de insectos más grandes del planeta. Son bastante famosas en la cultura popular, sobre todo en una escena aterradora en Indiana Jones. Pero también son ecológicamente importantes. Viven en colonias muy grandes y consumen grandes cantidadesde artrópodos. Y debido a que comen gran parte de los otros animales que los rodean, son nómadas y deben seguir moviéndose para no quedarse sin comida. Debido a su naturaleza nómada y al consumo masivo de alimentos, tienen un gran impacto en los artrópodospoblaciones a lo largo de los pisos de las selvas tropicales.
Sus incursiones masivas se consideran el pináculo del comportamiento colectivo de alimentación en el reino animal. Las incursiones son un enjambre de caza coordinado de miles y, en algunas especies, millones de hormigas. Las hormigas salen espontáneamente de su nido, moviéndose a través del bosquepiso en columnas para buscar comida. Las redadas son uno de los comportamientos colectivos más emblemáticos del reino animal. Los científicos han estudiado su ecología y observado su complejo comportamiento de manera extensa. Y aunque sabemos cómo ocurren estas redadas, no sabemos nada de cómoevolucionado.
Un nuevo estudio en Actas de la Academia Nacional de Ciencias dirigido por Vikram Chandra, investigador postdoctoral, Universidad de Harvard, Asaf Gal, becario postdoctoral, Universidad Rockefeller, y Daniel JC Kronauer, Profesor asociado Stanley S. y Sydney R. Shuman, Universidad Rockefeller, combina reconstrucciones filogenéticas y análisis conductual computacionalpara mostrar que las incursiones masivas de hormigas del ejército evolucionaron a partir de una forma diferente de caza coordinada llamada incursión en grupo a través de los efectos de escala del aumento del tamaño de la colonia
Los investigadores descubrieron que el estado ancestral de las incursiones masivas de las hormigas militares son las incursiones grupales de aspecto bastante diferente que realizan sus parientes hormigas no militares. La evolución de las incursiones masivas a partir de las incursiones grupales ocurrió hace decenas de millones de años y la transicióndesde incursiones grupales hasta incursiones masivas está perfectamente correlacionada con un aumento masivo en el tamaño de la colonia.
"Todas estas hormigas pertenecen a la subfamilia Dorylinae", dijo Chandra. "Las primeras hormigas doryline, que no eran hormigas armadas, vivían en pequeñas colonias de unos pocos cientos de trabajadores. Cuando las hormigas armadas evolucionaron su comportamiento de búsqueda de alimento de grupo a masaasaltando, también expandieron masivamente el tamaño de sus colonias. Las colonias de hormigas del ejército ahora tienen decenas de miles, y a menudo millones, de hormigas ".
El Laboratorio de Evolución Social y Comportamiento de Kronauer en la Universidad Rockefeller estudia la hormiga invasora clonal Ooceraea biroi , un pariente de las hormigas armadas. Las hormigas invasoras clonales son casi la única especie de hormiga que se puede mantener en un laboratorio y experimentar con ellas indefinidamente. También son genéticamente manejables, ya que los investigadores pueden crear líneas mutantes o transgénicas para comparar. Pero sontambién poco comprendido, poco estudiado y difícil de encontrar en el campo. Las incursiones masivas de hormigas armadas están bien estudiadas y descritas; sin embargo, las incursiones grupales no lo son. Y comprender las incursiones grupales es clave para comprender la trayectoria evolutiva de las incursiones masivas.
"Mi objetivo siempre ha sido estudiar cómo evoluciona y se controla el comportamiento social, y cómo han evolucionado las hormigas ejército", dijo Kronauer. "Hace unos años descubrimos que la forma en que las hormigas invasoras clonales se alimentan es a través de redadas similares aincursiones de hormigas del ejército. "
Para comprender cómo están estructuradas y organizadas las redadas, el equipo recopiló una gran cantidad de grabaciones de video de muchas colonias que realizaban redadas en condiciones controladas.
"Nuestro objetivo era comprender cuáles son las reglas de comportamiento subyacentes que siguen las hormigas y cómo surge una incursión del comportamiento de las hormigas individuales", dijo Gal. "Rastrear individuos en una colonia densa es un desafío y no tiene unsolución aplicable. Esto es especialmente cierto para las hormigas pequeñas a las que les gusta formar grupos densos, como las hormigas invasoras. "
Los investigadores superaron este desafío mediante el uso de un software de visión por computadora personalizado desarrollado en el laboratorio llamado anTraX que rastreó e identificó a las hormigas basándose en pequeñas marcas de color pintadas en su abdomen y tórax. El método les permitió recolectar trayectorias precisas para todas las hormigasdurante varias semanas con un mínimo esfuerzo humano y sin requerir costosas cámaras de alta resolución.
En un nido pequeño de 25 hormigas usaron 5 juegos de colores y pintaron cada hormiga con un juego de colores único. Los investigadores colocaron una pupa de hormiga de fuego la presa en la arena de forrajeo fuera del nido. El nido envíauna exploradora para buscar comida. Una vez que la exploradora encuentra la comida, establece un rastro de feromonas de regreso a casa. Dentro del nido libera, lo que los investigadores creen que es, una feromona de reclutamiento que atrae a las hormigas hacia ella.el nido y sigue su rastro hasta la comida en una incursión grupal.
A medida que los investigadores aumentaron el tamaño de la colonia, el número de exploradores enviados a buscar alimento también aumentó y comenzaron a ver actividades de búsqueda más coordinadas. Este mismo comportamiento se observa en las hormigas armadas, pero a una escala de decenas de miles o, a menudo, millones dehormigas, con un gran aumento en el número de exploradores.
"Nuestro análisis de comportamiento muestra que las redadas grupales tienen una estructura estereotipada y que se conservan en todo el Dorylinae. Debido a que la transición de las redadas grupales a las masivas a lo largo del tiempo evolutivo está perfectamente asociada con aumentos masivos en el tamaño de la colonia, nos preguntamos si esto tenía algoque ver con la transición en el comportamiento de incursión ", dijo Chandra." Poco a poco aumentamos nuestras colonias de 10 a 100 hormigas y vimos este aumento muy agradable en el comportamiento de búsqueda coordinada a medida que aumenta el tamaño de la colonia ".
"Nuestros experimentos muestran que en colonias más grandes, las hormigas se sincronizan más cuando salen del nido para explorar. En otras palabras, cuando una hormiga se va, las posibilidades de que más hormigas la sigan son mayores en colonias grandes.No puedo decir mucho directamente sobre el mecanismo real que subyace a esta observación, sabemos por otros sistemas complejos que un aumento en la sincronicidad es el resultado de retroalimentaciones positivas más fuertes entre los individuos ", dijo Gal." En el límite de tamaño de la hormiga militar, esto resultará en lo quelo conocemos como una redada masiva ".
Pero la semejanza con el comportamiento de la hormiga armada visto a medida que aumenta el tamaño de la colonia no se limitó a la sincronización temporal. Los experimentos también mostraron que las hormigas armadas y sus parientes siguen el mismo conjunto de reglas de comportamiento cuando buscan comida. Algunas hormigas armadas abandonan el nidoal principio sin rastro de feromonas afuera. Dudan al salir y luego parecen vacilar, darse la vuelta y volver corriendo. Pero hay hormigas dentro del nido que quieren irse, así que las empujan hacia afuera o toman su lugar. Debido a que cada hormiga que se va y regresa está dejando un rastro de feromonas, el grupo está extendiendo lentamente el rastro desde el nido en ráfagas. Esta 'fiesta de empuje' es cómo las hormigas armadas crean una columna de hormigas que abandonan el nido y viajan bastante lejos.los investigadores ampliaron el tamaño de la colonia de hormigas invasoras clonales, observaron el mismo comportamiento.
"Es difícil de ver en las colonias pequeñas porque hay muy pocas hormigas", dijo Chandra. "Pero mostramos estadísticamente que esto realmente está sucediendo y tenemos casos en los que es bastante dramático. Entonces, incluso en pequeñas colonias de raider clonalhormigas, cada hormiga parece estar siguiendo reglas muy similares para el comportamiento de búsqueda en comparación con una hormiga del ejército, aunque puede que no lo parezca a primera vista. Y a medida que aumenta el tamaño de la colonia, las interacciones entre estas hormigas conducen a una mayor coordinación, comienzapara ver 'fiestas de empuje' más obvias y empiezas a ver columnas espontáneas de hormigas que abandonan el nido ".
Para probar esto doblemente, el equipo experimentó con dos colonias de 5,000 trabajadores cada una, que es un orden de magnitud más grande que el visto en las colonias naturales de esta especie. En estos estudios, las redadas mostraron los cuatro rasgos característicos de las hormigas armadas.Incursiones masivas: una gran cantidad de hormigas que participan en la incursión, un sendero bifurcado que permite a las hormigas armadas atacar múltiples fuentes de presas, un reclutamiento que ocurre fuera del nido en el frente de la incursión y una incursión iniciada espontáneamente.
En colonias pequeñas, estas reglas se manifiestan como redadas grupales y, a medida que aumenta el tamaño de la colonia, ya sea experimentalmente o durante el tiempo evolutivo, estas reglas dan lugar a redadas masivas. El equipo concluyó que las expansiones en el tamaño de las colonias en los antepasados del ejércitoLas hormigas son suficientes para haber causado la transición de un ataque en grupo a un comportamiento de ataque masivo.
"Probablemente el patrón más común es que el comportamiento colectivo evoluciona a través de la selección natural actuando y ajustando las reglas de interacción que siguen los animales individuales", dijo Kronauer. "Pero nuestro estudio es un buen ejemplo de un mecanismo diferente: efectos de escala asociados conel tamaño del grupo puede brindarle resultados dramáticamente diferentes en términos de comportamiento colectivo, aunque las reglas individuales no cambien mucho ".
Gal estuvo de acuerdo, "Por supuesto, se sabe desde hace mucho tiempo que cambiar el tamaño del grupo puede tener un efecto dramático en el comportamiento colectivo emergente. Esto se ha demostrado tanto teórica como experimentalmente. Ahora hemos demostrado que este efecto también puede ser aprovechado por la evolución, y que el comportamiento colectivo se puede adaptar en escalas de tiempo evolutivas sin modificar realmente el comportamiento de los individuos ".
Hasta donde se sabe, el comportamiento coordinado de las hormigas invasoras clonales es uno de los comportamientos sociales más complejos que se pueden inducir o estudiar en el laboratorio. Los autores están trabajando actualmente en un estudio detallado de cómo se comportan las hormigas individuales durante el curso.de la redada, y cómo la estructura de la redada responde a la variación en el medio ambiente y la composición de la colonia.
"Sospechamos que las hormigas se especializan hasta cierto punto en tareas específicas", dijo Chandra. "Probablemente hay una división del trabajo muy interesante y también hay una comunicación claramente compleja: las hormigas usan varias feromonas diferentes para hablar con cada una de ellas.otros y para organizar la redada. Y hay varias decisiones que la colonia debe tomar en el transcurso de la redada. Es un comportamiento increíblemente rico y hay muchas preguntas que podríamos hacer en el futuro y estamos sentando las bases para eso ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Harvard, Departamento de Biología Organísmica y Evolutiva . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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