Cómo la insulina ayudó a crear sociedades de hormigas

Po Jordana Cepelewicz

¿Cómo surgieron las organizaciones sociales de las hormigas y las abejas? Quizás simplemente desviando la vía metabólica de una hormona común, la insulina.

as hormigas, avispas, abejas y otros insectos llamados «sociales» viven en colonias altamente organizadas, donde una multitud de hembras renuncian a la reproducción, generalmente considerada la piedra angular de la perpetuación de la especie, para ocuparse de unas pocas reinas que ponen huevos y sus crías. ¿Qué camino evolutivo podría haber conducido a este modo de organización llamado “eusocial”? Los biólogos llevan más de 150 años intentando responder a esta pregunta y muchos suponen que el camino está pavimentado con múltiples y complejas modificaciones genéticas que ocurren a lo largo de un largo período de tiempo. La solución puede ser más sencilla…

De hecho, según el trabajo publicado en 2018 por el equipo de Daniel Kronauer en la Universidad Rockefeller de Nueva York, la clave de la eusocialidad reside en un mecanismo hormonal sorprendentemente básico, común también a todo el reino animal. Y este estudio, según varios expertos, constituye una de las historias moleculares más detalladas hasta la fecha en la comprensión del comportamiento eusocial. ¿Qué descubrieron?.

Niños manipuladores

Se cree que la división del trabajo reproductivo en las hormigas surgió cuando una antigua vía de señalización de insulina, generalmente involucrada en el control de la nutrición y el crecimiento, se volvió sensible a las señales sociales. Gene Robinson, entomólogo de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, considera que esto supone el descubrimiento de información crucial sobre «un proceso que subyace a cómo el medio ambiente se infiltra bajo la piel para afectar el comportamiento, la fisiología, la salud y el bienestar de los miembros de una sociedad».

Con la esperanza de descubrir un origen común para la evolución de las hormigas hacia la eusocialidad, Daniel Kronauer y sus colegas primero compararon genes expresados ​​de manera diferente en los cerebros de reinas y obreras de siete especies de hormigas. Detectaron una señal particularmente fuerte para un gen, ilp2 [especificar: «(para el péptido similar a la insulina 2 )»?], que codifica la versión de la insulina para hormigas y cuya expresión era sistemáticamente mayor en las reinas. También se ha descubierto que al menos otros dos genes son importantes, muchos de los cuales también están relacionados con la producción y señalización de insulina, o con la plasticidad cerebral.

Para determinar el papel del gen 
ilp2 una vez identificado, los investigadores se centraron en una sola especie, la hormiga asaltante clonal 
Ooceraea biroi , cuyas colonias carecen de una reina permanente: los miembros del grupo alternan entre los roles de trabajadora y reina, aparentemente en respuesta a la presencia de larvas. Tan pronto como estos están presentes, todas las hormigas adultas dejan de reproducirse para brindar cuidado a las crías.

La insulina es la fuerza impulsora detrás de este ciclo. La producción de hormonas disminuye cuando las hormigas están expuestas a las larvas, lo que induce el cese de la función reproductiva y la transición a un comportamiento de cuidado. Al eliminar las larvas, los niveles de insulina aumentan notablemente, mientras que inyectar insulina a los adultos reactiva los ovarios de las hormigas incluso cuando las larvas aún están presentes. «Es una manera increíble, pero también muy elegante y sencilla de hacer que un organismo sea social, de hacerlo sensible a las larvas», resume Daniel Kronauer. Y Allen Moore, un entomólogo de la Universidad de Georgia, bromea: «¡Todo padre sabe que su hijo se está metiendo con él!» »

«El hecho de que este único gen tenga un efecto tan grande sugiere que la transición de un estilo de vida solitario a una organización social puede comenzar con relativamente pocos cambios», dijo Andrew Suárez, también de la Universidad de Illinois. «No es necesario invocar nuevos genes ni alterar la arquitectura genómica o los patrones de expresión genética. »

Insulina sorpresa

Estos resultados confirman una teoría sobre los orígenes de la eusocialidad propuesta ya en 1987 por Mary Jane West-Eberhard, actualmente en el Instituto Smithsonian. Había observado que las avispas solitarias pasaban por fases alternas de reproducción y cuidado, cuya alternancia estaba sincronizada con su actividad ovárica, y postuló que la división eusocial del trabajo había surgido cuando ciertas partes de este ciclo ovárico se habían vuelto exclusivas de cada casta: las reinas tenían ovarios constantemente activos para la puesta de huevos, mientras que las obreras, con ovarios inoperantes, se dedicaban a la búsqueda de alimento y al cuidado de las crías.

Más tarde, el biólogo describió esta evolución como un modelo para el surgimiento de grandes cambios dentro de las especies a través de la «reorganización del desarrollo» y la llamó una forma de «crear algo nuevo (aquí, los fenotipos de las obreras y las reinas) a partir de partes viejas», en este caso, los viejos comportamientos vinculados a las diferentes fases del ciclo ovárico de las avispas solitarias.

Este escenario carecía de un detonante potencial para esta reorganización en las avispas o cualquier otro insecto social. Este sería, al menos en el caso de las hormigas, el  gen ilp2 , manipulando las larvas a los adultos a través de sus vías de insulina para convertir a la mayoría de ellos en guardianes de tiempo completo y a unas pocas en madres de la comunidad.

En retrospectiva, la participación de la insulina tiene sentido, dice Kronauer, dado que se sabe que la hormona juega un papel central tanto en la ingesta de alimentos como en la reproducción. Después de la adaptación inicial, las fuerzas evolutivas habrían alejado las diferencias innatas en los niveles de insulina entre los individuos para consolidar castas distintas. Incluso entre las Ooceraea biroi sin reina , el biólogo y sus colegas observaron que algunas hormigas, con ovarios ligeramente más grandes y activos que los de las otras, salían menos a buscar alimento, a pesar de la presencia de larvas. De hecho, sus niveles de insulina eran más altos desde el principio.

«Incluso en este estado precursor, parece haber un vínculo entre el comportamiento reproductivo y los niveles de insulina», señala Daniel Kronauer. Finalmente, los individuos con niveles más elevados de insulina se convirtieron en reinas y las demás en obreras. “Inicialmente, todos los miembros de una población son muy similares, pero a lo largo de la evolución, estas pequeñas diferencias se agravan. »

Confirmando este trabajo, investigaciones anteriores habían implicado a la insulina en la división del trabajo, esta vez en las abejas melíferas, pero de una manera diferente. Para estos insectos, que desarrollaron eusocialidad independientemente de las hormigas, la señalización de insulina ayuda a determinar si las obreras buscan alimento o se quedan para alimentar a las larvas, y puede determinar el tipo de alimento que prefieren las recolectoras (lo que afecta además su fisiología y las tareas que realizan). Tanto en las hormigas como en las abejas, el mecanismo de la insulina está relacionado con la sensibilidad a la descendencia.

¿Un efecto sobre la esperanza de vida?

Así que habría algo muy general en el modo en que procede la evolución cuando aumenta la complejidad de un sistema. Según Andrew Suárez, esto significa que este tipo de innovación evolutiva es de alguna manera «predecible, que hay escenarios genéticos comunes».

El hecho de que la insulina haya sido utilizada múltiples veces de forma independiente también respalda una nueva idea de que la evolución reutiliza regularmente vías metabólicas y de desarrollo conservadas para dar lugar a nuevos rasgos y comportamientos complejos. En el caso de los insectos sociales, las vías de insulina y reproductivas simplemente estaban esperando a ser cooptadas para funciones sociales, es decir, «derivadas de planos ancestrales», dice Karen Kapheim de la Universidad Estatal de Utah.

«La evolución es un tejido de lo viejo y lo nuevo», filosofa Gene Robinson. Y para aclarar: «Esto es lo que se desprende de este trabajo. La antigua y altamente conservada vía de la insulina presenta un nuevo elemento: una etapa particular de la vida —la juventud— influye en el funcionamiento de esta vía y, por lo tanto, en el estado fisiológico de los adultos».

Queda por descubrir cómo las larvas activaron este mecanismo en los adultos y cómo la insulina se volvió sensible a las señales sociales. También es necesario comprender qué sucede en el cerebro de las hormigas.

¿Participa la hormona también en la evolución de comportamientos sociales primitivos en otras especies? Ésta es la pregunta que plantea Allen Moore, quien estudia las transiciones hacia la organización social en los escarabajos. En este contexto, «no tenemos una historia tan completa», lamenta.

El hecho de que la vía de señalización de la insulina sea tan importante en estos animales tiene implicaciones más amplias. Por ejemplo, las reinas de los insectos son mucho más grandes que las obreras y tienen una vida útil mucho más larga. Todavía no está claro por qué, pero según Daniel Kronauer, la insulina podría estar implicada. El biólogo pregunta: «En otros organismos, incluidos los humanos, ¿juega la insulina un papel similar en la modulación de algo como la esperanza de vida?» »