La inteligencia de las hormigas. Cerebros diminutos: ¿Cómo pueden construir sociedades enormes?

UNA SOCIEDAD SIN LÍDER
Cuando pensamos en sociedades complejas a menudo nos imaginamos ciudades bulliciosas, redes de comunicación globales o instituciones imponentes, pero mucho antes de que surgiera la civilización humana, la naturaleza ya había producido ejemplos extraordinarios de cooperación, división del trabajo y trabajo colectivo: las colonias de hormigas. Estos diminutos insectos, cada uno con un cerebro minúsculo, construyen sociedades notablemente sofisticadas; cuidan de sus crías, cultivan, libran guerras y coordinan proyectos masivos de construcción, todo sin un líder central.

Aunque una colonia de hormigas tiene una reina, ella no dirige ninguna actividad en el nido. Las colonias de hormigas a veces se llaman “super organismos” porque funcionan como un todo compuesto por muchas partes interdependientes. No hay una hormiga jefa que emita órdenes; en cambio, los comportamientos complejos emergen de innumerables pequeñas interacciones, principalmente a través de señales químicas llamadas feromonas. Esta coordinación descentralizada permite a las hormigas construir intrincados nidos, responder a los cambios ambientales y adaptar su fuerza laboral en función de las necesidades con una eficiencia extraordinaria.

Cada hormiga tiene un papel (enfermera, recolectora, soldado, reina) y pueden pasar de uno a otro dependiendo de la edad, las condiciones ambientales y las necesidades de la colonia. Lo notable es que estos cambios de comportamiento van acompañados de cambios profundos y dinámicos en la química, la estructura y la expresión génica del cerebro, un ejemplo sorprendente de la plasticidad cerebral en acción.

CEREBROS QUÍMICOS Y CONTEXTOS SOCIALES
A pesar de tener sólo unas doscientas cincuenta mil neuronas (en comparación con las ochenta y seis mil millones que tiene el cerebro humano), las hormigas dependen de muchos de los mismos neuromoduladores que nosotros, como la serotonina, la dopamina y la octopamina, para regular la motivación, el estado de ánimo y el comportamiento. En nuestro laboratorio, en el Instituto de Investigaciones Biomédicas de la UNAM, estudiamos cómo estas sustancias químicas cerebrales dan forma a los comportamientos sociales, cómo cambian con la edad o la tarea y cómo los diferentes cerebros de las hormigas están programados para trabajos distintos [ver: UNAM Internacional 1, p. 56].

Hemos descubierto que los genes implicados en la producción de neuromoduladores como la dopamina y la octopamina se activan o desactivan en función de la edad y el papel de la hormiga. Estos compuestos químicos ayudan a regular el comportamiento, sea para buscar alimento, para cuidar a las crías o para proteger el nido. A fin de comprender su impacto, estamos construyendo mapas detallados del cerebro de las hormigas, identificando dónde se encuentran los tipos clave de neuronas (las que producen dopamina, octopamina o serotonina) y cómo se conectan.

También estudiamos una molécula llamada inotocina, equivalente en los insectos a la oxitocina, que en los mamíferos desempeña un papel en el vínculo social. En las hormigas los niveles de inotocina son más altos en las recolectoras que en las nodrizas y el aumento de sus niveles puede hacer que las hormigas sean más propensas a abandonar el nido. Pero el mismo producto químico puede producir diferentes efectos dependiendo del contexto de la colonia. Por ejemplo, el aumento de la inotocina hace que las hormigas viejas se alimenten más cuando hay larvas presentes. Sin embargo, cuando las larvas están ausentes y las pupas presentes, la inotocina hace que las hormigas jóvenes busquen más alimento. Esta notable modulación dependiente del contexto pone de manifiesto lo flexibles y plásticos que son los cerebros de las hormigas, no sólo en su estructura y actividad génica, sino también en cómo son moldeados por las interacciones sociales y las señales ambientales.

Hormigas obreras de Acromyrmex sp.
Ingrid Fetter-Pruneda

EL ENIGMA REAL: FERTILIDAD Y LONGEVIDAD
Uno de los enigmas más fascinantes de la biología de las hormigas es el vínculo entre la reproducción y la longevidad. Las reinas viven de treinta a cuarenta veces más tiempo que las obreras, a pesar de que su genoma es esencialmente el mismo. En la mayoría de los animales la fertilidad tiene un costo para la esperanza de vida, pero las hormigas reinas son al mismo tiempo muy fértiles y notablemente longevas.

Para entender cómo sucede esto estudiamos los cerebros y ovarios de reinas y obreras. Una diferencia clave que hemos encontrado está en la vía de señalización de la insulina, un importante regulador del envejecimiento y el metabolismo: en las reinas esta vía es más activa en el cerebro. Estos hallazgos sugieren que las hormigas reinas han desarrollado formas únicas para evitar la compensación típica entre fertilidad y longevidad. Estos cambios son un ejemplo más de la extraordinaria plasticidad neuroendocrina que se encuentra en estos insectos. Descubrir cómo lo hacen podría ayudarnos a comprender mejor el envejecimiento y la salud del cerebro en los seres humanos.

ESTO DESAFÍA LA IDEA LARGAMENTE SOSTENIDA DE QUE EL CEREBRO PIERDE PLASTICIDAD A EDADES MÁS AVANZADAS

RECABLEADO DEL CEREBRO EN LA EDAD ADULTA
Para entender lo flexible que puede ser el cerebro estudiamos tres especies de hormigas con sistemas sociales muy diferentes. En uno, los roles como reina y obrera están fijados de por vida. En otro, algunas obreras pueden asumir el papel de la reina si ella muere, comportándose como reinas, activando sus ovarios y viviendo más tiempo. Una tercera especie está formada por clones que cambian naturalmente entre comportamientos de reina y de obrera.

Al comparar estas especies estamos descubriendo los genes y las vías que permiten a las hormigas adultas cambiar su comportamiento, su fisiología e incluso su función cerebral. Estos descubrimientos arrojan luz sobre cómo los cerebros se adaptan a las circunstancias cambiantes de la vida.

Creemos que nuestros hallazgos en hormigas ofrecen un poderoso ejemplo de cuán flexible puede ser el cerebro adulto. En algunas especies, los individuos pueden remodelar drásticamente sus cerebros y cuerpos en respuesta a cambios en su entorno social, mucho después de que se complete el desarrollo. Esto desafía la idea largamente sostenida de que el cerebro pierde plasticidad a edades más avanzadas. Al estudiar estas notables transformaciones en las hormigas, esperamos arrojar luz sobre los mecanismos biológicos que sustentan la plasticidad cerebral, un conocimiento que eventualmente podría informar la investigación sobre el aprendizaje, la recuperación y el envejecimiento en el cerebro humano.

Al estudiar a las hormigas no tratamos sólo de comprender a los insectos, sino también los principios fundamentales del comportamiento social, de la cooperación y de la adaptabilidad que rigen todo tipo de vida. Las hormigas nos muestran que la inteligencia no siempre requiere de un gran tamaño ni de control centralizado. Puede surgir de la interacción: entre las neuronas, entre los individuos y entre el cerebro y el medio ambiente.

Hormigas cortadoras de hojas (Atta mexicana) alimentándose de una rosa
Ingrid Fetter-Pruneda

Creemos que estos pequeños animales tienen claves gigantes para entendernos a nosotros mismos; no sólo cómo pensamos y envejecemos, sino cómo vivimos y trabajamos juntos. Mediante el uso de hormigas como sistemas modelo novedosos nuestra investigación descubre principios fundamentales de plasticidad cerebral, comportamiento social y longevidad que a menudo son inaccesibles en los modelos tradicionales. Este trabajo, basado en ciencia básica, ha sido apoyado por organizaciones internacionales y nacionales, incluyendo el Consorcio Global para la Longevidad e Igualdad Reproductiva (GCRLE) del Instituto Buck, y el programa PAPIIT de la UNAM. Nuestros hallazgos ponen de manifiesto el poder de los enfoques comparativos en biología y cómo incluso las criaturas más pequeñas pueden transformar la forma en que entendemos la vida misma.

AL ESTUDIAR A LAS HORMIGAS NO TRATAMOS SÓLO DE COMPRENDER A LOS INSECTOS, SINO TAMBIÉN LOS PRINCIPIOS FUNDAMENTALES DEL COMPORTAMIENTO SOCIAL

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