Hormigas zombies: Hongo Capaz de cambiar el comportamiento de las hormigas - 【2020】
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Hormigas zombies: Hongo Capaz de cambiar el comportamiento de las hormigas

Puede sonar a ciencia ficción, pero los ladrones de cuerpos son reales. David Hughes los ha visto y los ha seguido desde las selvas de Tailandia hasta los bosques de Carolina del Sur. Los ha traído de vuelta a su laboratorio, los ha cultivado y ha comenzado a desentrañar sus secretos.

Hughes, profesor asistente de entomología y biología en Penn State, es un ecólogo de la selva tropical con un interés especial en los parásitos. En particular, está fascinado por ese subconjunto de parásitos que logra sus fines mediante el control mental: invadir el cerebro de un anfitrión desventurado y hacer que esa criatura cumpla sus órdenes. Comportamiento zombi, lo llaman los biólogos. Y los bosques, como dicen, están llenos de eso.

Hughes ha estudiado a los grillos obligados por gusanos parásitos a saltar a las piscinas y ahogarse, después de lo cual el gusano emerge retorciéndose y nadando para encontrar pareja. Ha observado avispas que reciben órdenes de pequeños insectos parásitos que salen de sus espaldas y que viajan de flor en flor para propagar las larvas del parásito.

Pero el único tema de su investigación que ha causado mayor revuelo — titulares de todo el mundo, documentales de CBC y BBC, trabajos de consultoría para películas de Hollywood y videojuegos de gran éxito — es el caso de las hormigas zombis.

Es posible que haya escuchado los bosquejos básicos. Infectados por el hongo Ophiocordyceps unilateralis , un habitante común de los bosques tropicales del mundo, los individuos de cierta especie de hormiga carpintera arborícola se comportan de la manera más peculiar.

Vagando como si estuvieran borrachos, dejan su nido en lo alto del dosel y se tambalean o caen al sotobosque de abajo. Allí se mueven sin rumbo fijo hasta que, a la hora señalada, muerden con fuerza con las mandíbulas la vena principal en la parte inferior de una hoja a unas 10 pulgadas del suelo.

Esas mandíbulas permanecen bloqueadas incluso cuando la hormiga muere, su cuerpo todavía se aferra a la hoja. Unos días después, el hongo victorioso empuja un tallo a través de un agujero en la cabeza de la hormiga muerta, y el tallo deja caer esporas para infectar a más hormigas desprevenidas.

Este espeluznante ritual no es nuevo para la ciencia: fue descubierto por primera vez en 1859 por el gran naturalista británico Alfred Russel Wallace. Pero es solo en los últimos años que los investigadores han descubierto sus detalles.

Durante ese lapso, Hughes y sus colegas de todo el mundo han comenzado a mostrar cómo el honhormgo le lava el cerebro a su víctima para lograr un conjunto preciso de comportamientos destinados a asegurar su propia supervivencia.

Los biólogos evolucionistas lo llaman fenotipo extendido. En efecto, el comportamiento del huésped secuestrado se convierte en una expresión de los genes del parásito. O, como ha escrito Hughes: “Si bien el individuo manipulado puede parecer una hormiga, representa un genoma fúngico que expresa el comportamiento fúngico a través del cuerpo de una hormiga”.

Regla de los parásitos

Hughes ha estado atrapado en los parásitos desde que era un estudiante de zoología con honores en la Universidad de Glasgow a fines de la década de 1990. “Siempre me cautivaron los insectos sociales, la idea del colectivo”, recuerda. “Y luego inmediatamente me interesé en cómo los parásitos irrumpen en ese colectivo y lo descomponen. Es la intersección entre esta biología bellamente orquestada y algo que está tratando de destruirlo lo que me interesa”.

Como estudiante de posgrado en Oxford, trabajó en “un organismo increíble y muy hermoso conocido como Strepsiptera “, el insecto que controla las avispas, en algún lugar entre un escarabajo y una mosca, descrito anteriormente. Esto no fue, enfatiza, una persecución marginal.

“La mitad de la vida en la tierra es parasitaria”, dice Hughes, “y los parásitos también dominan la biomasa. Solo nos hemos dado cuenta recientemente, pero la mayor parte de la energía que fluye a través del medio ambiente lo hace a través de los parásitos”.

Aquellos que manipulan el comportamiento, señala, son una “minúscula minoría, y eso solo tiene sentido. Es extremadamente caro biológicamente. El objetivo de un parásito es transmitir sus genes de un huésped a otro, y así continuar la próxima generación. La mayoría de los parásitos pueden hacer un buen trabajo sin tener que controlar el comportamiento “.

De hecho, dice, la idea de que algunos parásitos controlan a sus huéspedes fue resistida durante mucho tiempo en los círculos científicos. Sus primeros campeones, entre ellos Richard Dawkins, el conocido biólogo evolutivo, enfrentaron una oposición considerable. “La gente lo descartó como una narración”, dice Hughes. “Es solo ahora en los últimos cinco años que se ha vuelto realmente aceptado”.

La dificultad, explica Hughes, ha sido que “para demostrar que un parásito controla el comportamiento, hay que demostrar que ese comportamiento es adaptativo. Que en realidad está beneficiando la aptitud del parásito para sobrevivir”. Esta fue la tarea que se propuso con el hongo hormiga zombi.

Eligió Ophiocordyceps principalmente por razones prácticas. “En primer lugar, tienen un genoma pequeño, por lo que puedes hacer mucha genética con ellos”, dice. “En segundo lugar, las industrias de la cerveza y la levadura se basan en las enzimas de los hongos, por lo que ya sabemos mucho sobre los productos químicos que producen. Pero lo más importante es esto”.

Saca un pequeño bote de película y levanta la tapa para mostrar dos hormigas muertas clavadas a un círculo de corcho, una que muerde una hoja diminuta y la otra una ramita. Cada hormiga tiene una serpentina de hongos secos que sale de su cabeza.

“La mayoría de las interacciones parásito-huésped son efímeras”, dice. “Pero en este caso, como puede ver, el comportamiento está congelado. Es posible que estas hormigas hayan muerto meses antes de que las encontrara, pero todavía puedo ver lo que estaban haciendo en los últimos minutos de sus vidas. Esto nos permite hacer grandes estudios en todo el mundo “.

Hormiga zombi con el hongo manipulador del cerebro.

Esta foto muestra una hormiga zombi con el hongo manipulador del cerebro (Ophiocordyceps unilateralis) que ha sido castrada por un hongo hiperparásito (blanco con material amarillo).

Siguiendo en secuencia

Al principio, esos estudios consistieron en peinar la jungla durante períodos prolongados, localizar “cementerios” de hormigas donde cientos de cadáveres de hormigas se acumulan con el tiempo, y luego encontrar y observar hormigas vivas. “No es ciencia espacial”, dice alegremente Hughes.

Trabajando en una selva tropical protegida en Tailandia en 2006 y 2007, él y sus colegas demostraron que la infección por hongos causa el caminar en estado de embriaguez y convulsiones que sugieren un deterioro del sistema nervioso central y, en última instancia, lleva a las hormigas a un lugar preciso para morir.

Demostraron que ese lugar, fuera del nido pero sobre el suelo, e incluso la hora programada de muerte, el mediodía solar, son óptimos para el crecimiento y la reproducción de los hongos. Al examinar secciones delgadas de hormigas con microscopios potentes, encontraron cabezas repletas de células fúngicas y también atrofia de los músculos de la mandíbula, un factor probable en el “agarre de la muerte” que mantiene a la hormiga muerta fijada a la hoja.

El suyo fue uno de los primeros estudios en demostrar la aptitud, dice Hughes. En los cinco años transcurridos desde entonces, el estudio de los parásitos que controlan la mente se ha disparado. El año pasado, coeditó un libro para Oxford University Press que ofrece una amplia descripción del campo, con un prólogo del propio Richard Dawkins. El término “fenotipo extendido” se ha puesto de moda científica.

“Esto ha sido impulsado principalmente por nuestra capacidad para comprender la evidencia química”, dice Hughes. Con las poderosas herramientas de secuenciación de genes ahora disponibles, explica, los investigadores han pasado de describir comportamientos notables observados en el campo a explicar sus mecanismos químicos precisos.

Así, utilizando los recursos del Instituto de Genómica de Penn State, una parte de los Institutos Huck de Ciencias de la Vida, Hughes y sus estudiantes actualmente están secuenciando el genoma y transcriptomas de dos especies de Ophiocordyceps que manipulan el comportamiento de las hormigas, con el objetivo de compararlos con los genomas de especies que no lo hacen.

Una herramienta complementaria es la metabolómica: analizar las sustancias químicas bioactivas que produce un genoma determinado. Hughes dice que este enfoque ya ha identificado en el hongo un compuesto que probablemente causa la atrofia de los músculos de la mandíbula de las hormigas. Más recientemente, un postdoctorado de su equipo, Charissa de Bekker, que trabaja con Andrew Patterson y Phil Smith en las instalaciones de metabolómica del Instituto de Genómica, encontró moléculas que juegan un papel clave en el control del cerebro de la hormiga.

En última instancia, dice Hughes, espera avanzar hacia la genética inversa, una táctica utilizada con éxito por su colega de Penn State, Kelli Hoover, para resolver otro misterio de larga data sobre el comportamiento de los insectos. Solo el año pasado, Hoover y sus colegas, incluido Hughes, pudieron identificar el gen viral responsable de la enfermedad de las copas de los árboles, un fenómeno similar a un zombi observado desde la década de 1890 en las orugas de la polilla gitana que están infectadas con un virus parásito.

Lo hizo infectando orugas en el laboratorio con una versión del virus en la que el gen que sospechaba había sido inactivado y comparando el comportamiento resultante con el causado por la versión completa.

Comportamiento defensivo

Además de la última tecnología, Hughes utiliza habilidades de carpintería anticuadas, recreando nidos de hormigas en el laboratorio para observar mejor el comportamiento de las hormigas. “Como trabajamos en la selva tropical y conocemos bien los hábitats de las hormigas, podemos construir jaulas que sean realistas”, enfatiza. “Una de las cosas que queremos hacer es reconstruir la red social dentro de la colonia de hormigas”.

Esta es la otra cara de la ecuación parásito-huésped: comprender cómo la especie huésped se defiende contra la infección. “En el caso de las hormigas”, dice, “las cosas están preparadas para proteger a la reina, cuya vida es indispensable para la supervivencia de la colonia”.

En términos más generales, “Estamos interesados ​​en cómo las sociedades se defienden, tanto de manera profiláctica, al establecerse de esta manera, pero también de manera activa”, dice Hughes. “Si aumentamos el nivel de infección, ¿cambia la red?”

El propio Hughes se maravilla de la forma en que ha evolucionado el sistema zombi-hormiga. Aparentemente, ha tenido tiempo suficiente para hacerlo: ha identificado las características marcas de mordedura de agarre mortal en una hoja fósil de más de 48 millones de años. A lo largo de los milenios, las hormigas han desarrollado una defensa conductual que obliga al hongo a abandonar la colonia para transmitir sus genes a la siguiente generación.

En respuesta, el hongo ha tenido que aumentar su propio arsenal: los químicos que alteran la mente y que hacen que la propia hormiga abandone el nido. “Tenga en cuenta que esto es solo una levadura, no diferente a la de su cerveza”, señala Hughes. “No puede ver el mundo. Está dando la vuelta al mundo moviendo esta hormiga”.

Con el tiempo, agrega, ambos oponentes se han vuelto altamente especializados. Hughes y sus colegas nombraron recientemente cuatro nuevas especies de hongo Ophiocordyceps , cada una asociada con una especie diferente de hormiga carpintera. Especula que puede haber mil especies de Ophiocordyceps en total.

De manera igualmente notable, dice, “de todos los cientos de especies de hormigas en el Amazonas, solo el 13 por ciento está infectado por estos hongos. Entonces, ¿qué tienen algunas hormigas que las convierte en zombis potenciales y otras no?”

Ah, y hay un giro más en estas hostilidades en curso. Resulta que las hormigas tienen un aliado. Recientemente, Hughes informó sobre un segundo tipo de hongo que acecha en las sombras, moviéndose para atacar a Ophiocordyceps cuando emerge del cadáver de la hormiga. Este llamado hiperparásito, un parásito de otro parásito, castra eficazmente el hongo hormiga zombi, evitando que propague sus esporas e infecte a más hormigas.

Al final, por supuesto, todo es parte de un complicado equilibrio ecológico. El hecho de que el hiperparásito mantenga a Ophiocordyceps bajo control evita que el hongo aniquile a su anfitrión por completo y, por lo tanto, ponga en cortocircuito su propia supervivencia. En cambio, Ophiocordyceps mata solo suficientes hormigas individuales para promover su causa, mientras que la colonia más grande de la que depende permanece casi intacta.

Es una historia de interdependencia que, lejos de la ciencia ficción, es algo que Hughes, que ha trabajado en 11 países de los cinco continentes, ha presenciado en la naturaleza una y otra vez. “Hay un millón de otras cosas que podrías descubrir que son tan complejas y hermosas como el fenómeno de las hormigas zombies”, dice. “El problema es que pocos de nosotros, incluso los biólogos, estamos dispuestos a ponernos de rodillas y pasar meses en el bosque mirándolos”.

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