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Ecología

Las hormigas agricultoras

Gracias a una estricta división de labores, una colonia de hormigas cortadoras de hojas conforma un perfecto sistema de alimentación y combate de las enfermedades con las más avanzadas normas sanitarias. De hecho, las hormigas cultivan su propio alimento y han utilizado antibióticos desde hace ocho millones de años sin generar resistencia.

Texto y fotos: Javier A. Pinzón

¿Pueden las hormigas cultivar su propio alimento? Sí, y no sólo eso, las hormigas cultivadoras, además, usan técnicas agrícolas para nutrir, fertilizar, desintoxicar, proteger, dispersar y hacer crecer el hongo con el que se alimentan. Y, para rematar, sus colonias cuentan con un sistema higiénico muy complejo para evitar la posible invasión de hongos perjudiciales.

Hermógenes Fernández-Marín, científico del Instituto de Investigaciones Científicas y Servicios de Alta Tecnología (INDICASAT-AIP), con sede en Panamá‚ comenzó a estudiar las hormigas en 1999 y con ese tema desarrolló maestría, doctorado y dos postdoctorados, el último de los cuales fue con la Universidad de Copenhague, en Dinamarca, y el Smithsonian Tropical Research Institute, en Panama. Fernández-Marin ha estudiado la biodiversidad de hormigas y sus comportamientos, enfocándose en las características que les permiten adaptarse a los ambientes cambiantes y controlar las enfermedades en su colonia. Pero lo que ha ocupado la mayor parte de su tiempo ha sido el estudio del comportamiento de las hormigas cultivadoras de hongos y sus parásitos.

Nos encontramos temprano en la mañana en su laboratorio y salimos hacia Gamboa, una localidad ubicada en el corazón de la cuenca del Canal de Panamá, sitiada por las aguas del Río Chagres y el Lago Gatún y sombreada por un tupido e intocado bosque. Empezamos nuestro recorrido en el Parque Nacional Soberanía en busca de colonias de hormigas. Lo primero que me aclara mientras caminamos es que las hojas que cargan las hormigas no son alimento, sino que las utilizan para cultivar un hongo que hace parte del grupo de los basidiomicetes.

Hermógenes puede descifrar información de la colonia con la misma facilidad con que un arquitecto comprende los vericuetos de una ciudad al observar sus planos. Por ejemplo, del número de entradas que tenga la colonia puede deducirse su edad: si el nido sólo posee una entrada, es de suponer que tiene un año de fundado, a los dos años tiene de tres a cinco entradas; a los tres años, más de diez entradas.

Fernández-Marín escarba suavemente con la ayuda de una piqueta geológica hasta escuchar un sonido bofo; entonces cambia la herramienta por una cuchilla. La idea es encontrar las cámaras, para extraer una parte del nido y del hongo. Su labor es paciente. Parece un arqueólogo frente a los tesoros de El Caño. Explica que con la llegada de las primeras lluvias millones de reinas salen de la colonia materna en algo que se llama el vuelo nupcial. Es su oportunidad, única, de copular. De acuerdo con la especie, pueden copular con cuatro a once machos. La idea es acumular la mayor cantidad de esperma posible para fecundar los huevos de la colonia que fundará y mantendrá durante toda su existencia. Y es que una colonia de hormigas comienza con un solo individuo: la reina. Ellas llegan al suelo, hacen su cámara, empiezan a cultivar el hongo y ponen las primeras larvas, de las cuales saldrán sus primeras obreras. Hay dos tipos de reinas de hormigas cultivadoras de hongos: aquellas que salen a forrajear y las que tienen suficiente recurso en su cuerpo para metabolizarlo durante tres a cuatro meses, hasta que sus primeras obreras empiecen a forrajear.

En la colonia hay tres tipos de individuos: los machos, que se producen únicamente durante la época reproductiva; las reinas, que buscan machos para luego crear un nuevo nido, y las obreras, que no tienen alas. En algunas especies de hormigas todas las obreras son del mismo tamaño y en otras tienen diferentes tamaños y formas, llamadas sub-castas. La genética es igual, la diferencia está en la cantidad de alimento que reciban durante la etapa de crecimiento, lo cual depende de las necesidades de la colonia.

Al evolucionar desde hormigas cazadoras, estas hormigas desarrollaron un sistema de cultivo que les ha permitido establecer un área de forrajeo y así poder llevar una vida más sedentaria. Esto hizo posible ampliar el número de individuos por sociedad, pero creó un problema, ya que aumentó la amenaza de las enfermedades y planteó el desafío del abastecimiento de alimentos.

El problema del suministro se solucionó al enfocar todos sus esfuerzos en cultivar un solo tipo de alimento. Primero las obreras salen del nido a forrajear, la cual será su labor por el resto de su vida. Ellas escogen hojas que no pierdan mucha agua para llevarlas al nido. ¿Cómo seleccionan las hojas? ¿Cómo forrajean? Eso aún no se sabe muy bien, pero hay estudios que afirman que ellas ajustan sus senderos de forrajeo para reducir el costo de transporte, y ser más eficientes llevando el material al nido. Cuando las obreras llegan al nido, le entregan la hoja a otra hormiga, que se dedica a limpiarla y si encuentra un hongo o bacteria, le pone antibióticos o bacterias, para eliminarlos.

De hecho, dependiendo del género al cual pertenezcan, las hormigas cultivadoras emplean diversas estrategias para mantener un sistema higiénico. Por ejemplo, la mayoría de las hormigas cultivadoras de hongos del género Trachymyrmex, ‚Äïcuyas colonias son pequeñas, entre 50 y 200 individuos‚Äï están equipadas con la bacteria del grupo actinomiceto, del cual extraen los compuestos antimicrobiales para combatir los hongos patógenos que atacan el hongo que ellas cultivan. Por su parte, hormigas del género Sericomyrmex‚Äïque forman colonias más numerosas, de 2.000 a 3.000 individuos‚Äï perdieron las bacterias y empezaron a utilizar antibióticos producidos en sus glándulas. Igualmente sucedió con las hormigas cortadoras de hojas del género Acromyrmex, cuyas colonias pueden tener de 150.000 a 200.000 individuos. Estas usan las bacterias actinomicetos como fuente primaria de antibióticos, mientras que las hormigas del genero Atta, que pueden tener hasta 8 millones de individuos por nido, perdieron las bacterias pero utilizan antibiótico producido por sus glándulas. Sin duda, el uso de antibióticos ha permitido el desarrollo de sociedades más complejas.

Luego de la limpieza, la hoja es cortada, macerada y regada con heces fecales, las cuales tienen enzimas de crecimiento que contribuyen al desarrollo del hongo. Por último, cortan pedacitos de hongo, lo colocan sobre la nueva hoja para que crezca. A continuación, le dan forma al jardín del hongo, proceso que puede demorar unas cinco horas. Hay una relación muy interesante en la estrategia agrícola, las modificaciones que ha sufrido el hongo para ser cultivado y las transformaciones que ha sufrido la hormiga para poder cultivarlo. Ellas perdieron el aguijón y desarrollaron mandíbulas más fuertes, que les permiten cortar las hojas y las diferencian de los sistemas primitivos de cacería que usan la mayoría de hormigas. Por su parte, el hongo adaptó la producción de unas estructuras que parecen uvas, que en conjunto se llaman estafilas.

Las hormigas cortan y maceran las estafilas para alimentar a las crías. Las adultas comen algo del hongo y del líquido que sale de las hojas que cortan. Sin embargo, los científicos aún no entienden muy bien la alimentación de los individuos adultos que no salen de la colonia. El hongo simbionte se utiliza también para proteger las crías; las hormigas las envuelven en este hongo para evitar que germinen esporas de otros hongos y bacterias; pero si a pesar de esto germinan, retardan su crecimiento, dándoles tiempo suficiente para removerlo.

Por otro lado, las hormigas deben lidiar con el manejo de las enfermedades, pues un solo individuo enfermo podría contagiar a toda la colonia. En particular, las arrieras sintetizaron el ácido fenilacético (AFA), poderosa sustancia química contra bacterias y hongos, que segregan por unas glándulas exocrinas ubicadas en su cuerpo. Lo interesante es que ellas sólo utilizan este antibiótico cuando tienen una enfermedad presente o una infección con hongo o bacteria.

Uno de sus principales enemigos es un hongo que coevolucionó con el que ellas cultivan del género Escovosis. Hay una relación entre el AFA y el Escovosis, ya que las hormigas han utilizado este antibiótico desde hace ocho millones de años para combatirlo. ¿Cómo es posible que un solo antibiótico sea exitoso durante tanto tiempo y cómo es que aún no se ha detectado una resistencia? La respuesta está en su sistema higiénico, que incluye un monitoreo constante para eliminar patógenos. Las hormigas tienen establecida una estricta división de labores: los individuos que manejan la basura no se contactan con los que trabajan en el jardín ni con los que realizan el forrajeo. Estos individuos son prácticamente una casta intocable: manejan la basura hasta morir; después de que ellos inician esta función nunca más regresan al jardín.

Hermógenes termina su extracción: ya sacó el hongo, la reina y parte de la colonia. El valioso botín será llevado a su laboratorio y se sumará a los cientos de colonias que son utilizadas para investigar el comportamiento de las hormigas frente a sus patógenos, si utilizan antibióticos o bacterias, y cuáles son los patrones epidemiológicos y de salud pública de las diferentes hormigas frente a los patógenos. Para obtener algún hallazgo con respecto a este último aspecto, él saca un pedacito del hongo, lo pone en platos Petri y espera a que crezca el patógeno, para aislarlo a un cultivo puro, con el fin de entender qué tan agresivo es y cómo es la dinámica en el nido cuando hay una infección.

Al estudiar estos mecanismos podríamos entender el éxito de las hormigas y, de alguna manera, aplicar este principio al ser humano. Al parecer algunas hormigas, han utilizado un pequeño grupo de antibióticos, como el AFA ,desde su origen, y no han creado resistencia, mientras que los humanos creamos resistencia contra nuevos antibióticos en un periodo muy corto, algunos de tres a cinco años. Nosotros llevamos noventa años utilizando antibióticos (desde el descubrimiento de la penicilina), mientras que algunas hormigas los utilizan desde al menos hace 120 millones de años y las hormigas agrícolas al menos por 60 millones de años, y al parecer, con todo éxito.

Queda mucho por descubrir y aprender sobre estos pequeños insectos, de ahí la importancia de institutos como INDICASAT-AIP, donde se apoya el recurso humano para la ciencia básica y aplicada en Panamá; y se busca despertar el interés del Estado y de otras instituciones sobre la importancia de generar conocimiento y apostar por la investigación y el desarrollo.