image: A fungus-farming ant colony is a complex society with division of labor among many size classes. In this close-up, tiny nurse ants tending to white ant larvae are dwarfed by the queen ant in the upper right. All the ants feed upon protein-rich food produced by a white-grey fungus that they cultivate underground. The fungus decomposes fresh, leafy greens brought underground by leafcutters, which can defoliate whole trees to feed the colony. view more
Credit: Credit: Karolyn Darrow.
Un grupo de hormigas de América del Sur ha cultivado hongos desde poco después que se extinguieron los dinosaurios, nos comentó un equipo de investigación internacional que incluye científicos del Smithsonian. Los genes de las hormigas agricultoras y sus cultivos de hongos revelan una sorprendente historia antigua de adaptaciones mutuas. Esta evolución de dar y tomar ha llevado a algunas especies--las hormigas cortadoras de hojas--a desarrollar la agricultura a escala industrial que supera la agricultura humana en su eficiencia.
Los capítulos clave de la historia de la agricultura de las hormigas se escriben en los genes tanto de los insectos y sus hongos de cultivo. Un equipo incluyendo a Jacobus Boomsma, investigador asociado del Instituto Smithsonian de Investigaciones Tropicales y profesor de biología de la Universidad de Copenhague con sus colegas Sanne Nygaard y Guojie Zhang, observaron los genes de siete especies de hormigas cultivadoras y sus hongos asociados para entender cómo se desarrolló la asociación. En un estudio publicado en la revista Nature Communications, los científicos descubrieron que hace 55 a 60 millones de años las hormigas que pertenecen a la tribu Attini cambiaron de un estilo de vida de cazadoras-recolectoras a la agricultura de subsistencia, cultivando hongos que crecían en la materia vegetal leñosa en descomposición. Los hongos de crecimiento lento sostenían a pequeñas colonias de hormigas, pero esto fue el primer paso hacia la agricultura en una escala mucho más grande.
"Las hormigas perdieron muchos genes cuando se comprometieron a cultivar hongos," comentó Boomsma. Esto liga el destino de las hormigas a su comida, con los insectos dependiendo de los hongos por sus nutrientes, y los hongos aumentando su probabilidad de supervivencia si producen cultivos más nutritivos. "Esto condujo a una cascada evolutiva de cambios, no igualada por ningún otro linaje de animales estudiados hasta el momento."
Los investigadores descubrieron que hace alrededor de 25 millones de años un linaje de hormigas cultivadoras de hongos comenzó a cultivar unos hongos que producen bulbos diminutos, ricos en proteínas que las hormigas cosechaban preferentemente. Los alimentos más nutritivos apoyaban a colonias más grandes, estimulando aún más avances en la co-evolución hormiga-hongo hasta que, hace 15 millones de años, las hormigas cortadoras de hojas surgieron. Las especies de hormigas cortadoras de hojas a diario cortan y siembran sus granjas subterráneas con material vegetal fresco y verde, cultivando una especie de hongo totalmente domesticada a escala industrial que pueda sostener a colonias de hasta millones de hormigas.
La domesticación cambió a ambos socios en la relación. A diferencia de sus ancestros y parientes silvestres del presente, el hongo de las hormigas cortadoras de hojas ya no puede producir las enzimas que digieren la materia de plantas leñosas, por lo que es dependiente de las hojas verdes traídas por las hormigas. A su vez, el hongo produce cuerpos fructíferos hinchados de proteínas esenciales para el crecimiento de las hormigas. Las hormigas han evolucionado enzimas especiales para digerir fácilmente este súper alimento, y no pueden comer cualquier otra cosa. Incapaces de sobrevivir sin la otra, las hormigas cortadoras de hojas y sus hongos, forman las mayores colonias de cualquiera de las hormigas cultivadoras de hongos. Trabajan simbióticamente siendo los herbívoros dominantes en los bosques neo-tropicales.
Por el contrario, los humanos iniciaron la agricultura de subsistencia hace unos 10,000 años, progresando a la agricultura industrializada sólo en el siglo pasado. Dicho en términos humanos, comentó Boomsma, el éxito de las hormigas cortadoras de hojas sería similar a que encontráramos la manera de cultivar a escala industrial un súper-alimento único, de uso múltiple, resistente a enfermedades, a plagas y a la sequía, "durante la antigua civilización griega."
Gran parte de la investigación sobre las hormigas cultivadoras de hongos proviene de los científicos que trabajan en Panamá a través del Instituto Smithsonian de Investigaciones Tropicales durante los últimos 25 años. El reciente estudio es uno de los primeros intentos de observar toda la composición genética de las hormigas y de los hongos, en lugar de sólo unos pocos genes seleccionados de interés. El co-autor Ted Schultz, del Museo Nacional de Historia Natural del Smithsonian en los Estados Unidos, comentó que hay mucho más por descubrir. "Debido a que nuestros datos del genoma de cinco hormigas y seis hongos están disponibles al público, esperamos que investigadores adicionales las van a estudiar en los años venideros."
El Instituto Smithsonian de Investigaciones Tropicales, en ciudad de Panamá, Panamá, es una unidad de la Institución Smithsonian. El Instituto promueve la comprensión de la naturaleza tropical y su importancia para el bienestar de la humanidad; capacita estudiantes para llevar a cabo investigaciones en los trópicos; y fomenta la conservación mediante la concienciación pública sobre la belleza e importancia de los ecosistemas tropicales. Sitio web: http://www.stri.si.edu
El Museo Nacional de Historia Natural del Instituto Smithsonian dio la bienvenida a aproximadamente 7 millones de visitantes en el 2015, por lo que es uno de los museos más visitados del mundo. Inaugurado en 1910, el museo en el National Mall está dedicado a mantener y preservar la mayor colección de especímenes de historia natural y artefactos humanos de alrededor del mundo. Además, fomenta la investigación científica significativa y los programas educativos y exhibiciones que presentan al público el trabajo de sus científicos. El museo está abierto todos los días de 10 am a 5:30 pm (cerrado el 25 de diciembre). La entrada es gratuita. Para obtener más información, visite el museo en su página web y en Facebook y Twitter.
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Nygaard, S., Hu, H., Li. C., Schiøtt, M., Chen, Z., Yang, Z., Xie, Q., Ma, C., Deng, Y., Dikow, R., Rabeling, C., Nash, D. R., Wcislo, W. T., Brady, S. G., Schultz, T. R., Zhang, G. and Boomsma, J. J. 2016. Reciprocal genomic evolution in the ant-fungus agricultural symbiosis. Nature Communications. DOI: 10.1038/NCOMMS12233
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Una colonia de hormigas cultivadoras de hongos es una sociedad compleja con una división del trabajo entre muchas clases de tamaño. En este primer plano, las diminutas hormigas enfermeras que tienden a las blancas larvas de hormiga se ven pequeñas comparadas con la hormiga reina en la parte superior derecha. Todas las hormigas consumen un alimento rico en proteínas producido por un hongo color blanco-gris que cultivan bajo tierra. El hongo descompone hojas verdes frescas, llevadas bajo tierra por las hormigas cortadoras de hojas, que pueden defoliar árboles enteros para alimentar a la colonia. Crédito: Karolyn Darrow.
Journal
Nature Communications