500 años de matrimonio no tan bien avenido

En agosto de 1571 daba comienzo una de las aventuras científicas más apasionantes (y olvidadas) de la Historia de España. El Rey Felipe II encomendaba a su médico de cámara, Francisco Hernández de Toledo, un viaje de descubrimiento y exploración por las nuevas tierras americanas. La expedición obtuvo una generosa dotación de 60.000 ducados y una amplia tripulación que incluía diferentes botánicos, cartógrafos, médicos y pintores.

Después de tres años de andanzas por América Central y de una vida dedicada al estudio de las muestras, datos y plantas recogidas, Francisco Hernández entregó al monarca una magistral obra compuesta de 38 volúmenes en el que describía centenares de nuevas especies, incluyendo más de doscientas nuevas aves.

El tamaño y categoría de la obra de Hernández sobrepasó las expectativas del Rey Austria que, abrumado por su extensión y preocupado por su coste, envió el manuscrito a un editor italiano para que confeccionara una versión abreviada.

El incendio de la Biblioteca de El Escorial de 1671 en una publicación de 1910

El incendio de la Biblioteca de El Escorial de 1671 en una publicación de 1910

Curiosamente, la “tacañería” de Felipe II tuvo consecuencias (positivas y negativas) cuando en 1671 se declaró el terrible incendio de la biblioteca de El Escorial. Durante cinco días y cinco noches, y a pesar de los esforzados intentos por sofocar el fuego, gran parte de las más de 4.000 obras que allí se guardaban se perdieron para siempre en lo que bien se puede considerar nuestra tragedia de la biblioteca de Alejandría patria.

Los originales completos escritos por Francisco Hernández, pasto del fuego, terminaron convertidos en ceniza perdiéndose para no volver; pero como digo, aquella pequeña racanería real hizo que al menos en Nápoles se conservara una versión abreviada que en su día encargó.

Francisco_Hernández_(1615)_Quatro_libros_de_la_naturaleza_y_virtudes_de_las_plantas_y_animales

De la Naturaleza y virtudes de las plantas y animales (1615)

Gracias a esta edición recortada, y entre las multitud de nuevas especies descritas por Hernández, encontramos el primer documento escrito que habla de una increíble relación entre una planta y un ejército de hormigas que la defienden.

En concreto, Francisco Hernández se refería a la Acacia cornígera (que los indígenas llamaban “huitzmamaxalli”) y a unas hormigas del género Pseudomyrmex, destacando que la planta vivía en asociación con unas hormigas agresivas que la defienden del exterior.

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Extracto en el que el naturalista español cita las hormigas que habitan la acacia

Este primer contacto científico con el primer y más claro ejemplo de mutualismo entre plantas y hormigas se produjo en aquel viaje del siglo XVI y casi quinientos años después sigue fascinando a todos quienes en algún momento la han investigado.

En esta relación planta-insecto, las dos especies salen beneficiadas. Por un lado, la acacia provee a la colonia de un buen cobijo en su corteza y espinas huecas y suministra abundante alimento en forma de nutritivo y dulce néctar que brota de los foliolos de la planta. Por otro lado, las hormigas representan un fornido ejército que defiende a la acacia de ataques indeseados por parte de otros insectos e incluso de pequeños herbívoros a los que llegan a picar en el hocico cada vez que intentan alimentarse de sus hojas.

Este idílico matrimonio descubierto hace cinco siglos por el naturalista español representaba uno de los mejores prototipos de eficaz alianza y era mencionado como ejemplo palmario de mutualismo entre especies, sobre todo desde que en 1966 el célebre biólogo Daniel H. Janzen publicase su artículo “Coevolution of mutualism between ants and acacias in Central America”.

Coevolution of mutualism between ants and acacias in Central America

Coevolution of mutualism between ants and acacias in Central America

El experimento fue tan sencillo como brillante y consistió simplemente en eliminar las hormigas mirmecófilas de un lote de acacias y compararlas con otras a las que habían dejado su ejército defensor… Los resultados fueron contundentes y fatales para las plantas a las que Janzen retiró las hormigas. Los herbívoros despacharon a las acacias sin hormigas en un periquete mientras que en el grupo de control la planta se mantenía sana, verde e intacta.

Las acacias de Janzen en 1966 - diferencia con y sin hormigas

Las acacias de Janzen en 1966 – diferencia con y sin hormigas

Sin embargo, desde aquellos experimentos de Janzen en la década de los ’60 confirmando el provechoso acuerdo biológico entre acacias y hormigas, la relación entre estas dos partes ha ido pasando de “mutualismo” a “manipulación”.

Y es que, como en muchos matrimonios bien avenidos, las apariencias engañan y los estudios más recientes indican que existe una guerra química, hormonal y, al fin y al cabo, evolutiva en la que una de las partes ha desarrollado armas y tácticas realmente sorprendentes… y curiosamente, es la parte que en principio pensaríamos que es la menos “activa” en esta relación: la planta.

Una de estas estrategias ocultas fue desvelada por un estudio publicado en diciembre de 2009 por el biólogo Nigel Raine de la Royal Holloway en la Universidad de Londres, confirmando que la Acacia cornigera controla el ataque de las hormigas a determinados insectos, normalmente abejas, que la planta necesita.

La acacia obtiene un enorme beneficio alojando a todo un ejército de feroces hormigas que atacan a casi cualquier bicho que se le acerque, pero esto representa un gran problema puesto que para reproducirse necesita que otros insectos realicen la polinización… ¿Cómo evitar que las hormigas ataquen a las abejas polinizadoras?

Raine explica en su artículo que muchas plantas modifican su propia estructura desarrollando “barreras físicas” que protegen el acceso a las flores, pero éste no es el caso de la acacia ya que tiene flores muy abiertas y accesibles. Otra forma de mantener a raya a las hormigas es segregar cerca de las flores sustancias pegajosas que impidan a las hormigas llegar a la flor y atacar al insecto polinizador… pero tampoco es la táctica que utiliza la acacia.

Las hormigas son tan feroces que se han realizado experimentos cortando tallos de la Acacia y las hormigas atacaban las tijeras en cuestion de segundos

Las hormigas son rápidas y feroces. Se han realizado experimentos cortando tallos de la Acacia y las hormigas atacaban las tijeras en cuestion de segundos.

Entonces, ¿Cómo consigue la acacia que las hormigas no ataquen a los insectos polinizadores que necesita para reproducirse?

La respuesta es doble y fascinante… En las épocas de polinización, cuando la planta fabrica más polen, las propias flores de la Acacia cornigera segregan sustancias químicas que repelen a las hormigas.

Cuando en sus estudios el equipo de Raine retiraba el polen, las flores dejaban de segregar este repelente, permitiendo así que el ejército de hormigas pudiera volver a protegerla. También comprobaron que este repelente de hormigas es químicamente muy especial puesto que es exclusivo para ellas (evidentemente, si la sustancia también repeliese a las abejas la polinización no podría llevarse a cabo).

Y no solo eso, sino que además se demostró que la sustancia segregada por las flores no solo no aleja a las abejas sino que las atrae, consiguiendo así una doble función: Controla a su ejército defensor para que no acceda a las flores y sirve de llamada al resto de insectos polinizadores que le ayudarán a reproducirse… fascinante.

Cuando consigue su objetivo y las flores han sido polinizadas, la planta deja de segregar este repelente y las hormigas pueden volver a defenderla. Mientras tanto, y durante la época de polinización, para no dejar famélica a su legión de guardianes que no puede acceder a las flores, la acacia produce un extra de néctar que pone a disposición de las hormigas en otras zonas de la planta, como los cuerpos de Belt (Beltian bodys), que no segregan el repelente.

Hormiga Pseudomyrmex alimentándose del jugoso néctar de la Acacia cornigera

Hormiga Pseudomyrmex alimentándose del jugoso néctar de la Acacia cornigera

El estudio de Nigel Raine en 2009 y otros artículos publicados durante estos años, comenzaron a dejar claro que, en esa relación que durante muchos siglos se había considerado un “matrimonio” bien avenido, existía una manipulación oculta donde las partes pugnan por controlarse mutuamente desarrollando estrategias evolutivas sorprendentes…

En este punto voy a destacar la labor realizada por los diversos investigadores del Grupo de trabajo de Martin Heil en el Centro de Investigación y de Estudios Avanzados de México (Cinvestav) cuyos estudios publicados consecutivamente en estos últimos años han resultado reveladores en relación al néctar que la acacia “regala” a las hormigas Pseudomyrmex.

El análisis químico del alimento que la planta ofrece a sus huéspedes defensores ha demostrado que este néctar esconde más de una sorpresa. Para empezar, en mayo de este mismo año, descubrieron que no tiene las mismas consecuencias para todos los insectos que se alimentan de él.

Durante los experimentos realizados por el equipo del profesor Martin Heil salió a la luz un hecho notable. Los biólogos presentaron a un grupo de hormigas otros tipos diferentes de néctares que poseían más azúcar y componentes nutritivos que el néctar de la acacia… sin embargo, las hormigas siempre preferían el alimento procedente de la acacia.

Es más, si las alimentaban con esos otros néctares, las hormigas eran incapaces de procesarlos y fallecían irremediablemente a los tres o cuatro meses. ¡Las hormigas solo podían alimentarse con el néctar de la acacia!

La respuesta a esto es que el néctar de la planta está cargado con inhibidores de sacarasas (invertasas), las enzimas que los animales necesitan para poder digerir el azúcar. Las invertasas rompen los enlaces glucídicos y facilitan la conversión de la sacarosa (azúcar) en glucosa y frutosa. Y resulta que el dulce néctar de la acacia bloquea estas enzimas haciendo que los insectos que se alimentan de ellas consigan una buena indigestión.

A cambio de este bloqueo de enzimas, el néctar de la acacia ofrece a las hormigas su propia ración de invertasas, consiguiendo que las hormigas solo puedan alimentarse de ella, en lo que el propio investigador responsable del estudio ha denominado “una dulce adicción”.

Más aún… parece que la acacia no juega limpio.

Lo fascinante no es que la hormiga se haya adaptado para consumir solo y exclusivamente el néctar de la acacia (lo cual, evolutivamente hablando, no tendría mucho sentido puesto que restringiría sus fuentes de alimento), lo verdaderamente sorprendente es que ha sido la acacia la que ha adaptado su química para “atar” a la hormiga y conseguir que solo pueda procesar su néctar.

Imagen Dan L. Perlman

El néctar esconde algo más que dulce alimento…

Los análisis de Heil han demostrado que las larvas de estas hormigas poseen las invertasas necesarias para procesar el azúcar de cualquier tipo de néctar pero que, una vez se han alimentado del néctar de la acacia con inhibidores de invertasa, ya solo podrán comer de él… Cómo afirmaba Domancar Orona Tamayo, otro de los investigadores del Cinvestav: “un primer sorbo y una vida de esclavitud”

El propio autor de los estudios lo explicaba de manera muy gráfica y entendible en una entrevista en National Geographic cuando, en una metáfora muy clarificadora, decía que el néctar de la acacia era una especie de preparado lácteo para intolerantes a la lactosa. Lo que ocurre es que la empresa que fabrica este producto es muy tramposa y hace que sus clientes, que en un principio pueden beber cualquier tipo de leche, tras probar su producto ya no puedan alimentarse de otras leches y dependan exclusivamente de la suya.

Como veis, lo que en un principio (hace ya casi 500 años) pensábamos que era un matrimonio ideal, es en realidad una relación tumultuosa en donde la evolución ha desarrollado algunas de las más sorprendentes estrategias químicas y genéticas que existen en la Naturaleza.

Este post ha sido realizado por Javier Peláez (@irreductible) y es una colaboración de Naukas con la Cátedra de Cultura Científica de la UPV/EHU.

[Nota del autor: El lector especializado deberá perdonar ciertos usos “antropomórficos” utilizados en el texto como “matrimonio”, “ejército”, “esclavizar”, etc… He elegido estos términos procedentes de la cultura humana de manera divulgativa puesto que ayudan al lego a visualizar mejor la relación evolutiva establecida entre la Acacia cornígera y la hormiga Pseudomyrmex]

Referencias científicas y más información:

Francisco Hernández (1615) Quatro libros de la Naturaleza. Versión Viuda de Diego Lopez Davalos.

Janzen, D. H. 1966. Coevolution of mutualism between ants and acacias in Central America. Evolution: 20(3) 249-275

Willmer, P. G.; Nuttman, C. V.; Raine, N. E.; Stone, G. N.; Pattrick, J. G.; Henson, K.; Stillman, P.; Potts, S. G.; Knudsen, J. T. Floral volatiles controlling ant behaviour Functional Ecology, Vol. 23, No. 5, 2009, p. 888-900.

Heil M, Barajas-Barron A, Orona-Tamayo D, Wielsch N, Svatos A.(2013) “Partner manipulation stabilises a horizontally transmitted mutualism”. Ecol Lett. doi: 10.1111/ele.12215.

Ed Yong “Trees Trap Ants Into Sweet Servitude” National Geographic

Orona-Tamayo, Wielsch, Blanco-Labra, Svatos, Farias-Rodriguez & Heil M. (2013). Exclusive rewards in mutualisms: ant proteases and plant protease inhibitors create a lock–key system to protect Acacia food bodies from exploitation. Molecular Ecology http://dx.doi.org/10.1111/mec.12320

Phenomena “Ant Bodyguards Get Exclusive Contract from Trees” Not Exactly Rocket Science: May 20, 2013

Victoria Gill “Acacia plant controls ants with chemical” BBC 27 diciembre 2009

Sagers, C. L., S. M. Ginger, et al. “Carbon and nitrogen isotopes trace nutrient exchange in an ant-plant mutualism.” Oecologia 123: 582-586. (2000)

13 Comentarios

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Emilio RebollarEmilio Rebollar

una magnifica explicación de un fenómeno natural muy bien planteado

Yayo-Wan KenobiYayo-Wan Kenobi

Me gustó, ¡y mucho! 🙂

Roberto BahamondeRoberto Bahamonde

Muy, pero muy interesante.

Dos detalles en el texto: la expedición fue hace menos de 500 años y se desarrolló totalmente en América del Norte (de Veracruz a Ciudad de México, de ahí a los alrededores y luego a Oaxaca, Guerrero, Michoacán e Hidalgo).

Saludos.

CreadesCreades

Curioso a más no poder, sería una interesante metáfora para muchas cosas cotidianas lo que les ocurre a estas hormigas…

Me ha gustado mucho el artículo 🙂

DanDan

Está muy bien, pero supongo que se entiende mal que la planta actúa en su beneficio porque ha controlado la vida de la hormiga. La planta y la hormiga debieron desarrollar esta relación por convivir casualmente y provechosamente entre sí por miles de generaciones.

JorgeJorge

Apasionante. Y gracias por explicarlo tan claramente para nosotros, los legos.

Domancar OronaDomancar Orona

Una dulce drogadiccion para mantener un ejercito que defiende indirectamente a una planta. Buen post y gracias por citarnos.

🙂

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