Los secretos de las conversaciones feromonales

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ZETA, (STRI).- ¿Por qué algunas especies de abejas se volvieron sociales, mientras que la mayoría ha permanecido solitaria? En la isla de Barro Colorado, una abeja que adopta ambas estrategias de manera intercambiable, podría tener la clave del origen evolutivo de los insectos sociales

Cuando Callum Kingwell pisó por primera vez la isla de Barro Colorado (BCI) del Instituto Smithsonian de Investigaciones Tropicales (STRI), su experiencia como investigador se limitaba a estudiar sobre el comportamiento de los peces en la costa Oeste de Canadá. Como estudiante de biología evolutiva en la Universidad de British Columbia, en Vancouver, tenía muchas opciones para hacer investigación marina.

Sin embargo, tenía una debilidad por los insectos. No fue hasta su pasantía con el científico de STRI, Bill Wcislo, en 2012, que se adentró en el mundo de las abejas y su comportamiento.

Siete años después, Callum sigue siendo un visitante frecuente en BCI, donde intenta revelar cómo las abejas Megalopta genalis se comunican a través de feromonas o señales químicas y el papel que estos químicos pueden jugar en la evolución del comportamiento social de las abejas. Esto es parte de su trabajo doctoral en el departamento de neurobiología y comportamiento de Cornell University.

Contrario a la creencia popular, solo una minoría de las especies de abeja son sociales, organizándose alrededor de una abeja reina y trabajando para ella, mientras que ella se reproduce. La mayoría de las especies tiene nidos solitarios. Lo que ha llevado a algunas especies a desarrollar una estrategia reproductiva sobre la otra es un misterio que Callum busca resolver con las Megalopta. Son una especie perfecta para explorar esta pregunta, ya que, dentro de BCI, algunas son sociales y otras son solitarias.

Para empezar, Callum tuvo que determinar qué feromonas estaban relacionadas con la sociabilidad. Si muestreáramos un grupo de 50 abejas Megalopta, probablemente hallaríamos unos 150 químicos diferentes, así que esto le tomó unos años. Una vez identificadas, Callum trabajó junto con químicos profesionales de la Universidad de California en Riverside y la Universidad de Fukui en Japón, para producir las feromonas sintéticamente y probar sus efectos sobre la fisiología y el comportamiento de las abejas en el laboratorio. Después de meses de pruebas, identificó un subconjunto de feromonas que hacían que las obreras actuaran sumisas y reprimieran el desarrollo de sus ovarios.

El foco de la investigación doctoral de Callum Kingwell es descubrir el origen evolutivo de las feromonas de las reinas, sustancias químicas producidas por todas las reinas de insectos sociales.

Para explorar su efecto en el entorno natural de la abeja, Callum pasó muchas horas en el bosque, recolectando abejas larvales de nidos silvestres y llevándolas al laboratorio para incubar. Una vez que emergieron, las colocó de nuevo en el bosque en nidos experimentales. Luego observó cómo sus niveles de feromonas cambiaban a medida que se desarrollaban como abejas jóvenes y hasta que se reproducían por primera vez.

“Un tercio de las Megalopta adopta una estrategia reproductiva solitaria: o bien solo producen descendencia masculina, que abandona el nido, o producen hembras, pero no logran reclutarlas como obreras. Los otros dos tercios se vuelven sociales, reclutando a una hija como obrera”, explica Callum.

Monitoreando a las abejas desde sus etapas más tempranas de desarrollo hasta que se reproducen, Callum ha observado que las abejas que reclutan a una obrera producen más feromonas que las abejas que no reclutan y se vuelven solitarias. Los niveles de estas feromonas parecen ser una forma de señalizar su nivel de fertilidad. Al aumentar su producción, la reina podría convencer a su hija de que invierta su tiempo y energía en ayudar a su madre altamente fértil a producir más descendencia. La hija debe decidir si ayudar a su madre a alcanzar su máximo potencial reproductivo será una estrategia más efectiva que abandonar el nido y tener sus propios hijos.

En una variante maliciosa de este experimento, Callum induce a algunas abejas a cambiar su estrategia reproductiva, introduciendo hembras jóvenes en los nidos de las abejas solitarias. En cuanto a las abejas reinas, les quita a sus obreras.

Parte importante de la dieta de la Megalopta proviene del árbol pseudobombax, que también es bueno para la reproducción, ya que produce una gran cantidad de polen, la base de la dieta larval de las abejas.

“Puedes convertir a una reina en solitaria al quitarle a su obrera, pero también puedes convertir a una solitaria en reina, introduciendo una hembra joven no relacionada en su nido. Ella se ve repentinamente presionada a indicar qué tan fértil es, para reclutar a esa potencial obrera, y podemos observar qué sucede con su producción de feromonas”, agrega.

Callum también aumenta artificialmente los niveles de feromonas en algunos de los nidos. Cuando una reina pone su primer huevo y emerge una abeja hembra, las lleva al laboratorio y mide sus niveles de feromonas. Luego, le unta feromonas sintéticas a la reina y las regresa a su nido. Esto lo repite cada dos días durante 10 días. Otros nidos actúan como el grupo de control. Sus niveles de feromonas también son monitoreados, pero las reinas no reciben el aumento artificial.

“Normalmente, dentro de 10 días, la obrera decide si se queda”, dice Callum. “Luego puedo ver si el aumento en las feromonas de la reina tiene algún efecto en el desarrollo de los ovarios de la obrera”.

Si los resultados en la naturaleza coinciden con los resultados en el laboratorio, se inhibiría el desarrollo de los ovarios de las obreras expuestas a un aumento en la señal de fertilidad de las reinas, y esto sería consistente con una división reproductiva del trabajo: uno de los pilares de la sociabilidad.

La abeja Megalopta es atractiva, con su cabeza y tórax de color verde brillante y su abdomen de color miel.

Callum aumenta artificialmente los niveles de feromonas en algunas abejas, para ver el efecto en sus crías. Para hacerlo, las lleva al laboratorio y mide sus niveles de feromonas antes de aplicar feromonas adicionales en el abdomen de la reina.

Para Callum, estos esfuerzos ya están resultando en algunos hallazgos interesantes.

“Pareciera que las feromonas asociadas a la reina, que influyen en el comportamiento y la fisiología de las obreras, se pueden encontrar incluso en esta etapa temprana en la evolución de la sociabilidad, aún cuando las obreras en esta etapa son capaces de reproducirse solas”, sugiere Callum.

A medida que las abejas Megalopta comienzan a revelar los orígenes evolutivos de las feromonas de reina en los insectos sociales, queda una pregunta sin resolver: ¿son sus señales honestas o engañan a las obreras para que no se reproduzcan? Y si son deshonestas, si las abejas reinas no son tan fértiles como sus señales están llevando a las obreras a creer, ¿cómo procesa la selección natural esta información?

Callum espera abordar esto de dos maneras. Primero, midiendo la producción de feromonas en algunas abejas y monitoreando sus niveles de fertilidad de por vida. Esto le permitiría probar directamente el vínculo entre las supuestas señales de fertilidad y la fertilidad real de las abejas. Por otro lado, analizará la expresión de genes relacionada con la producción y recepción de las señales de fertilidad. Si las señales son deshonestas, se esperaría ver los genes receptores de las abejas obreras cambiar rápidamente para no dejarse influir. A su vez, los genes que producen las señales en las reinas se adaptarían aceleradamente para continuar manipulando a las obreras.

“Si las Megalopta están brindando señales honestas sobre los beneficios de no reproducirse, podrían potencialmente facilitar una transición evolutiva de la vida solitaria a la social. A medida que la diferencia en la fertilidad potencial de las abejas en el nido aumenta, estas feromonas permitirían a la casta de obreras nacientes detectar esa diferencia y responder de manera adaptativa”, concluye Callum.

https://stri.si.edu/es/noticia/conversaciones-feromonales

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